钢板弹簧课设说明书

1、目录1 .绪论12 .悬架主要参数的确定33 .钢板弹簧参数确定53.1钢板弹簧的布置方案53.2板断面尺寸及片数的确定63.3确定各片钢板弹簧的长度64 .钢核84.1钢板弹簧的刚度验算84.2状态下的弧高及曲率半径计算114.2.1 .钢板弹簧总成在自由状态下的弧高Ho124.2.2钢板弹簧各片自由状态下曲率半径白确定124.3钢板弹簧总成弧高的核算144.4钢板弹簧的强度验算154.5钢板弹簧卷耳内径的确定164.6设计结果175 .总结186 .参考文献191绪论悬架是汽车的车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。它的作用是弹性地连接车桥和车架，缓和行驶中车辆受到的冲击力。保证货物完好

2、和人员舒适，使汽车在行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力和侧向反力以及这些力所造成的力矩，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。悬架是汽车中的一个重要组成部分，它把车架与车轮弹性地连接起来，关系到汽车的多种使用性能。悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“

3、点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。现代汽车悬架的发展迅速，不断出现崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，汽车姿态只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼.现代汽车对平顺性和操纵稳定性和舒适性的要求越来越高，已成为衡量汽车性能好坏的标准。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车

4、行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的组成之一。汽车的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和簧载质量所决定。人体所习惯的垂直振动频率约为11.6Hz。车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才能满足舒适性要求。在悬架垂直载荷一定时，悬架刚度越小，固有频率就越低，但悬架刚度越小，载荷一定时悬架垂直变形就越大。这样若没有足够大的限位行程，就可能会撞击限位块。若固有频率选取过低，很可能会出现制动点头，转弯侧倾角大，空载和满载车身高度变化过大。一般货车固有频率是1.52Hz,旅行客车1.21.8Hz,高级轿车11.3Hz。另外，当悬架刚度

5、一定时，簧载质量越大，悬架垂直变形也越大，而固有频率越低。空车时的固有频率要比满载时的高。簧载质量变化范围大，固有频率变化范围也大。为了使空载和满载固有频率保持一定或很小变化，需要把悬架刚度做成可变或可调的。影响汽车平顺性的另一个悬架指标是簧载质量。簧载质量分为簧上质量与簧下质量两部分，由弹性元件承载的部分质量，如车身、车架及其它所有弹簧以上的部件和载荷属于簧上质量mi车轮、非独立悬架的车轴等属于簧下质量，也叫非簧载质量M如果减小非簧载质量可使车身振动频率降低，而车轮振动频率升高，这对减少共振，改善汽车的平顺性是有利的。非簧载质量对平顺性的影响，常用非簧载质量和簧载质量之比m/M进行评价。影响

6、汽车平顺性的另一重要指标是阻尼比，此值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到车身，值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张小。悬架的侧倾角刚度及前后匹配是影响汽车操纵稳定性的重要参数。当汽车受侧向力作用发生车身侧倾，若侧倾角过大，乘客会感到不安全，不舒适，如侧倾角过小，车身受到横向冲击较大，乘客也会感到不适，司机路感不好。所以，整车侧倾角刚度应满足：当车身受到0.4g侧向加速度时，其侧倾角在2.504范围内，汽车有一定不足转向特性，前悬架侧倾角刚度应大于后悬架侧倾角刚度。一般前悬架侧倾角刚度与后悬

7、架侧倾角刚度比应在1.42.6范围内，如前后悬架本身不能满足上述要求，可在前后悬架中加装横向稳定杆，提高汽车操纵稳定性。2、钢板弹簧参数的确定表2-1条件参数名称数值备注总重G错误！未找到引用源。=9996NG=1020X9.8N自重G0=3822NG=39042.7N/mm（符合）工九-丫卜书）k14.2钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算4.2.1.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0钢板弹簧各片装配后，在预压缩和U形螺栓夹紧前，其主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差，称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H。，用k=7,as=11-l8=415-90=325mmk=8

8、,a9二11-19=415-0=415mm其中:YkYk错误！未找到引用源。1212kbhk1bh错误！未找到引用源错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。Y-丫2bhY2-丫3bh3bh3丫4-丫55bh3丫5-丫65h丫6-丫77bh丫7-丫814bh丫8-丫9128bh代入数据可得:23+（丫小丫卜书）=23008式4-2式中，fc为静挠度；fa为满载弧高；Af为钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径Ro=L2/8H0取fa=15,则前弹簧:s(3L-s)(fafc)62(3621-62)(1586.5)f=5=214.69mm2L22621H0=(fcfa

9、f)=86.5+15+14.69=116.192因止匕，RO=L2/8H0=621/(8父116.19)=414.88mm后弹簧：83(3828-83)(1569.3)9二12.25mm28282H0-(fcfaf)=69.3+15+12.25=96.55mm2因此，R=L/8H0=828/（8父96.55）=887.6mm4.2.2.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同（图4-1）,装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径R各片自由状态下做成不同曲率半径的目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，减少主片工作应力，使各片寿

10、命接近。下式计算弧高变化，f=s(3L-s)(fafc)2L2为U形螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度。s(3L-s)(fafc)2L2图4-1钢板弹簧各片自由状态下的曲率半径矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径由下式确定式中，R为第i片弹簧自由状态下的曲率半径（mm）；R。为钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径（mm）;仃oi为各片弹簧的预应力（N/mm2）;正为材料弹性模量（N/2、/mm）0在已知钢板弹簧总成自由状态下曲率半径Ro和各片弹簧预加应力仃3的条件下,可以用式（3-3）计算出各片弹簧自由状态下的曲率半径Rio选取各片弹簧预应力时，要求做到：装配前各片弹簧片问间隙相差不大，且装配后各片

11、能很好贴和；为保证主片及与其相邻的长片有足够的使用寿命，应适当降低主片及与其相邻的长片的应力。为此，选取各片预应力时，可分为下列两种情况：对于片厚相同的钢板弹簧，各片预应力值不宜选取过大。推荐主片在根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力在300350N/mm2内选取。14片长片叠加负的预应力，短片叠加正的预应力。预应力从长片到短片由负值逐渐递增至正值。在确定各片预应力时，理论上应满足各片弹簧在根部处预应力所造成的弯矩M之代数和等于零，即nMMi或i1因此取各片预应力R=EL_1（2；”）式4-3n工o0iWi式4-4i1二02二30MPa前弹簧：仃01=Y0MPa二05=10MPa二06=15

12、MPa得：RI=1(2-01R0)=608.97mm=591.81mm错误！未找到引用源。=570.56mm=560.23mm错误！未找到引用源。=552.86mm错误！未找到引用源。=547.67mm如果第i片的片长为Li,则第i片弹簧的弧高为二03=-20MPa二04二0MPa二07=25MPar08=40MPa错误!未找到引用源。同理：错误！未找到引用源。=600.26mm错误！未找到引用源。Hi:L2/8R式4-5则,H1:L；/8R=6302/(8608.97)=81.47mm2_H2630/(8600.26)=82.65mm2_H35602/(8591.81)=66.24mmH42

13、4902/(8575.56)=52.14mm后弹簧:H5H6H7H84202/(8567.80)=38.83mm：3502/(8560.23)=27.33mm_2/-：280/(8552.86)=17.73mm_._2/_：210/(8547.67)=10.07mm。1=-50MPa错误！未找到引用源。二02二-35MPa错误!未找到引用源错误！未找到引用源。错误!未找到引用源错误！未找到引用源。错误!未找到引用源错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=567.80mm错误！未找到引用源。得：R=RE=i311.61mm1(2二0尺)同理：错误！未找到引用源。=1260.11mm错误！未找到

14、引用源=1212.47mm错误！未找到引用源。=1154.30mm错误！未找到引用源。=1127.26mm错误！未找到引用源=1101.46mm错误！未找到引用源。=1076.81mm错误！未找到引用源。=1042.93mm贝LH1定L2/8R=8302/(8m1311.61)=65.65mm2H2：8302/(81260.11)=68.34mmH3：6502/(81212.47)=43.56mm2H4：5502/(81154.30)=32.76mmH5：4602/(81127.26)=23.46mmH63702/(81101.46)=15.54mm2/H7270/(81076.81)=8.4

15、6mm2/_H8180/(81042.93)=3.88mm4.3、钢板弹簧总成弧高的核算由于钢板弹簧叶片在自由状态下的曲率半径Ri是经选取预应力叫后用式(3-3)计算，受其影响，装配后钢板弹簧总成的弧高与用式错误！未找到引用源。R0=L2/8H0计算的结果会不同。因此，需要核算钢板弹簧总成的弧高。根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的R为：Li式4-6式中，L为钢板弹簧第i片长度。其中,n“，Lii1210+547.67n，Li=630+630+560+490+420+350+280+210=3570mmi1因止匕，=8.14,得，R0=4

16、38.57mm414.88mm=R(符合)R03570钢板弹簧总成弧高为H定L2/8R0=6302/(8M438.57)=113.12mm上116.19mm=H(符合)后钢板：nk=+Z+ZL_R1311.611260.111212.471154.301127.261101.461076.81+180=4.41042.93nVLi=830+830+650+550+460+370+270+180=4140mmi1（符合）钢板弹簧总成弧高为H%L2/8%=8302/（8父940.9）=91.52mm%96.55rnm=H（符合）4.4、钢板弹簧的强度验算（1）紧急制动时，前钢板弹簧承受的载荷最大，

17、在它的后半段出现的最大应力仃max用下式计算式中，GI为作用在前轮上的垂直静负荷；m1为制动时前轴负荷转移系数，轿车:前钢板:LiR630630560608.97+600.26+591.81490+420575.56567.80350+280560.23552.86=8.14因此,1_4.4R0-4140得，RO=940.9mm昔误！未找到引用源。887.6mm=RmaxG1m1l2(l1c)(1I12)WO式4-7m1=1.21.4,货车：=1.41.6;l1、I2为钢板弹簧前、后段长度；平为道路附着系数，取0.8;Wo为钢板弹簧总截面系数；c为弹簧固定点到路面的距离如下图二max其中，取c

18、=300mm错误！未找到引用源。=1.50,中=0.8=G1m+囹=3498.6、1.50、315M(315+0.8M300)=896.3Mpa1000(符合)(11l2)W0(315315)574.6(2)汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在它的前半段出现最大应力仃max用下式计算_G2m211a2+c)G2m2:。=+max(1I2)W0bh1式4-8式中，G2为作用在后轮上的垂直静负荷；m；为驱动时后轴负荷转移系数，轿车:m2=1.251.30,货车：m2=1.11.2;中为道路附着系数；b为钢板弹簧片宽；几为钢板弹簧主片厚度。其中，取错误！未找到引用源。=1.15,错误！未找到引用

19、源。一=G2m21I(12：c)G2m2：、-max一(1112)W0bh1_6497.41.15415(4150.8300)6497.41.150.8(415415)1164.8164=992.8MPcK1000MPa(符合)4.5、钢板弹簧卷耳内径的确定取路面附着系数0=0.8,则FX的最大值为中FW,取许用应力仃=350MPa,则F为二审FW1=0.81558.2N-1246.56NFx2=FW2=0.82962.05N=2369.64No=3FX(D+h)/(bh2)+FX/bhE。式4-9将FX1=1246.56N,%=4mm,1bl=16mm代入上式求得D118.63mmo将FX2

20、=2369.64N,h1=5mm,b1=45mm代入上式求得D2宽度(mm厚度hj(mm预应力仃0i(MPa自由曲率Ri(mm自由弧高Hi(mm总成曲率R0(mm总成弧高H0i(mm1 号830455-501311.6165.651313.9083.52 号830-351260.1168.3483.53 号650-201212.4743.56554 号55001154.3032.7647.35 号460101127.2623.4638.26 号370201101.4615.5421.87 号270301076.818.4618.18 号180451042.933.8810.25、设计总结这次设计通过传统典型部件-钢板弹簧的设计， 从方案拟订到机构设计计算、 制图及标准的使用等的综合训练。培养我们运用所学的理论知识进行汽车典型部件的结构分析及结构设计计算的能力，它是汽车设计教学过程中的一个重要实践环节。通过本次课程