钢板弹簧课程设计46546.doc

目 录1. 汽车钢板弹簧结构选择42. 钢板弹簧结构设计计算53. 初定片数、截面尺寸74. 按作图法求各片弦长85. 挠度计算86. 钢板弹簧各片应力计算87. 加预紧力98. 钢板弹簧各片实际弦长的计算139. 在自由状态下各片的曲率半径计算1410. 钢板在极限工作下的强度验算1611. 卷耳和销的计算1712. 参考文献1813. 附表114. 附图汽车设计课程设计题目设计题目：汽车钢板弹簧设计主要技术和性能参数（第二组）前轴轴负荷（N）空载 15144满载19344前轴非簧载质量（kg）420钢板弹簧作用距离L（mm）1300两个”U”型螺栓中心距S（mm）110静绕度fc（mm）（满载） 80-90动绕度fa(mm) 56钢板弹簧满载时弧高F 28钢板弹簧卷耳固定点至路面距离C 550汽车钢板弹簧简介钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种元件。它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可不等），曲率半径不等的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹簧梁。钢板弹簧的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的村套，以便用弹簧销与固定在车架上的之家或吊耳作铰链连接。钢板弹簧主要由主片、副片、弹簧夹、螺栓、套管、螺母等组成。钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。汽车钢板弹簧的材料一般用60Si2Mn、55SiMnVB。一、汽车钢板弹簧结构选择1. 选择断面形状有矩形，T形，单面有抛物线边缘，单面有双槽等断面形式为了提高疲劳强度，选用60Si2Mn材料即最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。因为矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的堆成位置上。工作时，一面受拉应力、另一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。故选择矩形断面形式。2.长度圆整圆整为“0”“5”尾数3.叶片端部形状选用矩形：4.卷耳、吊耳的结构方案 吊耳 卷耳 包耳5.材料为了提高疲劳强度，选用60Si2MnE（弹性模量）= MPa6.采用等厚度钢板弹簧二、汽车钢板弹簧设计计算（一）初定片数、截面尺寸1.主片数=2、总片数n=82.计算钢板弹簧平均厚度1）转动惯量 弹性模量E=2.1xN/ 系数2）挠度增大系数3）刚度4）=（轴荷非簧载）/2 N 满载轴荷：19344N 非簧载：mg=420x9.8=4116N =(19344-4116)/2=7614N 满载静挠度取fc=90mm 刚度=84.6N/mm5) 无效长度系数K=0.56）钢板弹簧静应力 N/许用应力=（1.391.55）fc+(245315)= （1.391.55）90+(245315) N/所以的范围是370.1454.5 N/，一般 选取大一些，使小；大，以满足制动时的要求；故取=440 N/ 钢板弹簧总截面系数 钢板弹簧作用距离 L(mm)=1300mm 两个U型螺栓中心距 S(mm)=110mm平均厚度 7）计算比应 8) 计算最大应力 动挠度 最大应力 3、 计算片宽b片厚h 1） 片厚 圆整 h=10mm2） 片宽(矩形断面)mm 圆整b=31mm 按型材GB12222-84选b=65mm3） 校核 b/h=6.5 b/h在范围内，故合适。4） 粗校固有频率 Hz N/mm mm N=1.68255Hz三、 按作图法确定各片的弦长4)求各片的弦长L片序号长度mm取整mm圆整mm单边mm双边mm最短片L143.6143140140280L232.1232230225450L320.7320320305610L409.3409410309780L497.9497500470940L586.458658555011006756756756751350763.67636756751350n=8，四、桡度计算1、钢板弹簧刚度的计算（列表）。见附表1页2、 钢板弹簧总成刚度 N/mm1)、刚度差=65.6552%2)、钢板弹簧总成抗度 mm （）3)、钢板弹簧的固有频率N（Hz）=2.73017（Hz）N在1.32.3Hz之间。五、 钢板弹簧各片应力的计算列表计算，见附表1页六、 加预紧力1、 主片（一、二）加负的预紧力 在-（80-150）N/mm2、其他各片加正的预紧力 在2060N/mm范围之内，基本相等，且寿命相当。3、要求任一截面中预应力造成的弯矩和等于零 即=00102030405060708-90-90303030303030七、钢板弹簧各片实际长度的计算（即计算弧长的各片曲率半径R） 1）、主片1 、满载是弧高f=f+(i-1)h mm=40mm 、弦长L=1350 、计算弦长mm 、曲率半径 、夹角 、弧长L=2R=2 0.1234 5260.7=1298.29mm 、实际弧长mm 2）、主片2 、满载时弧高 、弧长 、计算弦长 、曲率半径 、夹角 、弧长mm 、实际弧长mm 3）、片3 、满载时弧高 、弧长 、计算弧长 、曲率半径 、夹角 、弧长 、实际长度 4）片4 、满载时弧高 、弧长 、计算弧长 、曲率半径 、夹角 、弧长 、实际弧长 5）、片5 、满载是弧高 、弦长 、计算弦长 、曲率半径 、夹角 、弧长 、实际弧长 6）、片6 、满载时弧高 、弦长 、计算弦长 、曲率半径 、夹角、弧长 L=2R=2 0.597 520.313=621.251mm、实际弧长 L= L+K=621.251+0.5 110=676.251mm7）、片7 、满载是弧高 、弦长 、计算弦长 、曲率半径 、夹角 、弧长 、实际弧长8）、片8 、满载是弧高 、弦长 、计算弦长 、曲率半径 、夹角 、弧长 、实际弧长2. 主片1 卷耳内径 D=35mm 卷耳长度L = （D+h） =3.14 (35+10) =123.7163 mm 滑动处延伸度 L = 50mm3. 主片 2 包耳长度 L= (27.5+h) +12=3.14 (2.75+10) +12=188.7375 mm 侧钩弯曲半径 R= 15mm 侧钩长度 L =(R+)/2 +25 =56.42 mm 各片总成伸直长度= L =1350+123.7163+40=1513.72mm L =1350mm L =1170mm L =990mm L = 820mm L =640mm L =460mmL = 280mm八、钢板弹簧总成在自由状态下各片的曲率半径R 1 未夹紧”U”型螺栓的m空载弧高F=f+f+ 动拢度f=63 预压缩产生的塑性变形 = (0.055 0.075)(f+f)=0.075(100+63)=8.965mm F=100+ 50+8.965=158.965mm 型螺栓夹紧时对弧高的影响H H= =17.71233mm2.求自由状态下的总弧高F F=F+H=158.965+17.71233=176.6773mm3.求主片的曲率半径R 由公式 F（R）=0 (计算到小数点后5位) 1）设R=1500 R=2000； 则F（R）= -0.017750 ；F(R)=-0.0340702）令R=（R+R）/2=1750； 则F(R)=-0.0271303）R= (+ R)/2=1625； 则F(R)=-0.0232804）R=( R+ R)/2=1687.5； 则F（R）=-0.0253805）R=( +R)/2=1656.25； 则F(R)=-0.0243706）R=( + R)/2=1640.625； 则F(R)=-0.0234807）R=( + R)/2=1632.81； 则F()=-0.0235608）R=( + R)/2=1636.719； 则F()=-0.023700 则装配后的曲率半径R01=(Rx8+Rx11)/2=1632.8mm4.基于各片的曲率半径R为R的同心圆 即R= R+（i-1）h(mm)R=1633.29 R=1643.29R=1653.29 R=1663.29R=1673.29 R=1683.29R=1693.29 R=1703.29九、钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径计算1求各片的曲率半径R公式：R=R/(1+2/Ehi)(mm) R=1934.149758 R=1593.41 R=1602.82 R=1612.21 R=1621.6 R=1630.996 =1693.29 =1703.292 做弧高验算 分配后的总成的曲率半径为R 由最小势能原理可知 1/ R =（IL/R）/( IL) I : 第i片的惯性矩=bh/12 L: 第i片的的长度 R: 第i片自由状态下的曲率半径 各片厚度相等 则 1/R=( L/R)/ L =1671.65 弧高的比较 F与F= F+F+H进行比较 F-F=130.495-176.677=-46.182mm ( F-F)/ F*100 =-46.182/176.677 100%=-26.139%3.求各片在自由状态下的弧高F L=(L-K/2)mm L=647.5 L=647.5 L=557.5 L=467.5 L=382.5 L=292.5 L=202.5 L=112.5则有F=111.602 F=137.49F=100.08 F=69.2696F=45.757 F=26.4426 =12.152 =3.71934.给出产品的出厂检验标准空载时(p=0) F=F=130.4952mm载荷 P=2000N时， 在载荷P下产生的动挠度 C=268.3985 F=F-Fc1=123.044 十、 钢板总成在极限工作下的强度计算1，紧急制动时，前钢棒弹簧承受的载荷最大，在他们后半段出现最大应力 C：满载时弹簧固定点道路面的距离C=600mm l1、l2弹簧前、后段长度：l1=l2=L/2=675mm :作用在前轴上的静载荷的一半（N）= ：钢板弹簧总截面系数：考虑KS处断面。（L*b*h*h1）取140*45*10*6 （根据b；h；取）=9197.515. 通过不平路面k=（fc+fd）/fc=1.006834=340.568900 1000N/m十一、卷耳和销的检验1，卷耳的检验：由弯曲应力和拉应力合成的。（取大的安全系数）Fx：沿弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力，N。Fx=G1m1=9679.005D：卷耳内径：35mm2