汽车设计任务钢板悬架设计

1、工程技术学院课程设计题目 ：设计载货汽车的纵置刚板弹簧专业 ：车辆工程年 级：11 级学号：43姓名 ：黄林指导教师 ：韩继光日 期：2014年 6 月 25 日云南农业大学工程技术学院目录一、课程设计任务书 3、课程设计的性质、 目的、题目和任务 3 、课程设计的内容及工作量 3二、设计计算说明书 4、确定其宽度 b 的计算4 、 确定各片钢板长度 5 、钢板弹簧刚度验算 6 、总成自由状态下的弧高 6 、钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 7 TOC o 1-5 h z 、各片弹簧的弧高8 、 钢板弹簧总成弧高的核算8 、钢板弹簧卷耳内径的确定 9三、设计总结9四、设计参考资料9、课程设

2、计任务书、课程设计的性质、目的、题目和任务 本课程设计是学生在完成基础课、技术基础课和大部分专业课学习后的一个教学 环节，是培养学生应用已学到的理论知识来解决实际工程问题的一次训练， 并为毕业 设计奠定基础。1、课程设计的目的是：（1）进一步熟悉汽车设计理论教学内容；（2）培养学生理论联系实际的能力；（3）训练学生综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题的能力。2、设计题目 : 设计载货汽车的纵置钢板弹簧（1）纵置钢板弹簧的已知参数序号弹簧满载载荷静挠度伸直长度U型螺栓中心距有效长度119200N9.2cm116cm6cm110cm材料选用 60Si2MnA , 弹性模量取 E=2.1105M

3、Pa3、课程设计的任务：（1）由已知参数确定汽车悬架的其他主要参数；（2）计算悬架总成中主要零件的参数；（3）绘制悬架总成装配图。 、课程设计的内容及工作量根据所学过的机械零件设计、汽车构造、汽车理论、汽车设计以及金属力学性能 等课程，完成下述涉及内容：1学习汽车悬架设计的基本内容2选择、确定汽车车悬架的主要参数3确定汽车悬架的结构4计算悬架总成中主要零件的参数5撰写设计说明书6绘制悬架总成装配图、零部件图共计 1张 A2、设计计算说明书、钢板弹簧片数取为 10，确定其宽度 b 的计算：、确定其宽度 b 的计算有关钢板弹簧 的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入 挠度增大系数

4、 加以修正。 因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩 J0 。对于对称钢板弹簧：J0( L ks)3 c 48E式中，s为U形螺栓中心距（ mm）；k为考虑 U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如 刚性夹紧，取k=0.5 ，挠性夹紧，取k=0）；c为钢板弹簧垂直刚度 （N/mm），c Fw/fc；为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数n1，再估计一个总片数 n0, 求得n1n0 ，然后用1.5其中， n1.04 (1 0.5 n1101.04 （1 0.5 ）初定 ）E为材料的弹性模量。1.51.5，取 n1 1，则 1.10.952 ，将其代入：3 3 19200 5

5、4J0 Lc3c /(48E) 11003(100.8 105) 37852.93mm492W0 FW Lc /( 4 W) =19200N 1100mm/(4 450MPa ) 11733.3mm3 ；初取hp2J0 /W042 37852.93mm4311733.3mm36.64mm ，取 b=8hp =53.12mm.根据 J0nbh312得：h 3 12nbJ0 3 1210375835.212.939.49mm；片宽 b 对汽车性能的影响：增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大前悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得增加片 数，

6、从而增加片间的摩擦弹簧的总厚推荐片宽与片厚的比值 b/ hp在 610范围内选取。查表确定 b 和 h 的值，使其符合国产型材规格尺寸，又因为 60Si2MnA 的厚度一 般不超过 9.5mm，故取 b=60mm , h=9mm。钢板弹簧图如下：零件图(左) ，装配图(右) 、 确定各片钢板长度钢板弹簧长度 L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离 , 在总布置可能的条件下， 应尽可能将钢板弹簧取长些。在下列范围内选用钢板弹簧的长度： 轿车： L=(0.400.55 )轴距； 货车: 前悬架： L=(0.260.35 )轴距； 后悬架： L=(0.350.45 )轴距。应尽可能将钢板弹簧取长些 ,

7、 原因如下：增加钢板弹簧长度 L 能显著降低弹簧应力， 提高使用寿命降低弹簧刚度， 改善 汽车平顺性。在垂直刚度 c 给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。刚板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时， 作用到钢板弹簧上 的纵向力矩值。增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形。 本设计中 L=1100mm设主簧片长为 l1 ，按钢板叠放顺序他们的长度依次 l1、l2、l3 l 10 ，则由于 l1=l2，且各簧片等厚，其长度成等差数列，即 li l2 (i 2)a，i 0,10 。其中 l10 s a，1100 1640将 s 60mm,l2 1160m

8、m 代入得 a 1100mm ， l10 1640mm，则各板 长度为： 99l111540mm、l2 =1160mm、l9293403 =mm 、398240l4mm、l5957140mm、l696040mm、9=4940mm、l8=3840mm、l92740mm、9l10=1640mm。9 、钢板弹簧刚度验算在此之前，有关挠度增大系数 、总惯性矩 J。、片长和叶片端部形状等的确定都 不够准确，所以有必要验算刚度。用共同曲率法计算刚度的前提是，假定同一截面上 各片曲率变化值相同， 各片所承受的弯矩正比于其惯性矩， 同时该截面上各片的弯矩 和等于外力所引起的弯矩。刚度验算公式为c 6 E ak

9、3 1(Yk Yk 1)， k11其中 ak 1 12(l11lk 1),Yk k , 0.9 ；其中，Jii1152) (4a)3(152 2)55n 3 1 3 3 33(5a)3(2k 1ak3 1(Yk Yk 1) 8b1h3 a3(6 4) (2a)3(4 3) (3a)3(3172)(6a)3(17232)(7a)3(3234)(8a)3(4356)65 X37 72 23 35519200 装配刚度时 X=9a，代入数据可求得装配刚度 c=209 N / mm 19200N /mm;92 检验刚度时 X=l1, 代入数据可求得检验刚度 c=201 N /mm.、总成自由状态下的弧

10、高图 4.3（1） 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 H 0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 （如图 4.3 ），称为钢板弹簧总成在自由状态下的 弧高 H 0用下式计算：H0 fc fa f式中， fc为静挠度； fa 为满载弧高； f 为钢板弹簧总成用 U形螺栓夹紧后引起的 弧高变化. f s3L S2L2fa fc ,s为U形螺栓中心距； L为钢板弹簧主片长度。H 0fcfaf fcfas(3L s)( 2f cfa ) , 取 fa20mm ，0ca ca 2L2 a将 fc 92 mm, s 60mm, L 1

11、160mm 代入求得 H 0 120.5mm;钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 R0 L (8H ) =1395.85mm.l2然后由 H0i li 求出各钢板在装配总成中的弧高，其值如下： H 01 147.2mm 、 8R0H02 120.5mm、 H03 96.4mm 、 H04 75.1mm 、 H05 53.4mm 、 H06 40.3mm 、H 07 27.0mm 、 H 08 16.3mm 、 H 09 15.5mm 、 H 010 2.9mm 。、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，装配后各片产生预应 力，其值确定了自由状态

12、下的曲率半径 Ri 。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 命接近。矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径由下式确定Ri1 2 0iR0 / EhiR0式中， Ri为第 i 片弹簧自由状态下的曲率半径（ mm）； R0为钢板弹簧总成在自由 状态下的曲率半径（ mm）； 0i为各片弹簧的预应力（ N/mm2）；E 为材料弹性模量N /mm2 ），取 R1 R2 R3 541mm ； hi 为第 i 片的弹簧厚度（ mm）。取主片的预应力 01 80MPa ，最短片的预应力为 010 40MPa ，由于是矩形叶片，且其厚度相等

13、，故由式 01h102h22 . khk2 0得 01 02 . 010 0 ，按 01010 依次增大的规律，分配各预应力如下：01 80MPa 、 02 50MPa 、03 30MPa 、 04 0MPa 、 05 10MPa 、 06 20MPa 、 07 25MPa 、 08 30MPa 、 09 35MPa 、 010 40MPa 。R1 1583mm 、R6 1356mm 、又由 Ri R01 2 R （Eh）（*）求得各片自由状态下的曲率如下：R2 1507mm 、 R3 1461mm 、 R4 1396mm 、 R5 1375mm 、R7 1346 mm、 R8 1337mm

14、、 R9 1327mm 、 R10 1318mm 。、各片弹簧的弧高 Hi li2 (8Ri) ，将各数据代入求得弧高为：H1 129mm 、H2 112mm 、H 3 92mm 、H 4 75mm 、H 5 57mm、H6 42mm、H7 28mm、H8 17mm、 H9 9mm、H10 3mm。、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 oi 后用式（ *） 计算， 受其影响，装配后钢板弹簧总成的弧高与用式 R。=L2 8Ho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

15、， 由此可 求得等厚叶片弹簧的 R。为1154010440934082407140604049401Ri1li n l = 1583150714611396137513461346 +Rii 1 li659003840 2740 16401337 1327865900从而解出 R 1408mm 1395.85mm R0 ;L2 11602(8R) 8 1408119.5 120.5 H 0、钢板弹簧卷耳内径的确定：取路面附着系数0.8，则 FX 的最大值为 FW 0.8 19200N 15360N , 取许用应力 350MPa ，则3FX（D h） /（bh2 ） F

16、X bh 。将 FX 15360 N , h 9mm,b 60mm代入上式求得 D 22.49mm 。三、设计总结根据以上计算结果，钢板弹簧各项参数如下表：参 数钢板 序号长度li （mm）宽度 bi （mm）厚度 hi （mm）预应力0i （MPa）自由曲 率 Ri （mm）自由弧 高Hi （mm）总成曲 率 R0 （mm）总成弧 高 H 0i （mm）1号11540/9-801583129147.22号1160-501507112120.53号9340/9-3014619296.44号8240/901396751395.8575.15号7140/96091013755753.46号6040/92013564240.37号4940/9