钢板弹簧课程设计第三组.docx

1、钢板弹簧课程设计第三组 贵州大学课程设计论文 课 程： 汽 车 设 计 题 目： 汽车钢板弹簧的设计 专 业： 车 辆 工 程 年 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013年12月5日 贵州大学机械工程学院 录 目 3 . 汽车设计课程设计题目 4 . 第1章 汽车钢板弹簧简介 . 52章 钢板弹簧的设计方案 第 . 52.1 汽车钢板弹簧的布置 . 52.2 汽车钢板弹簧的结构选择 . 52.2.1钢板弹簧的断面形状 . 62.2.2弹簧片端部形状 . . 62.2.3卷耳、吊耳的结构方案 . . 72.2.4钢板弹簧的材料 . . 82.2.5等厚度钢板弹簧 . 8汽车钢板弹簧设计计

2、算 . 第3章 8初定片数、断面尺寸 . 3.1 0 1确定各弹簧片的弦长 . 3.2 11 . 挠度计算 .3.3 2 1 . 3.4 钢板弹簧各片应力的计算2 . 13.5 加预紧力 3 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） . 13.6 6 . 13.7 钢板弹簧总成在自由状态下各片的曲率半径7 . 13.8 钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径计算 89 . 13.9 钢板总成在极限工作下的强度计算 .9 1钢板弹簧强制动时强度校核 . 3.9.19 1 . 通过不平路面时强度校核3.9.29 . 1 3.10 卷耳和销的检验0 . 2.3.10.1钢板弹簧卷耳强度校核

3、 0 2. 3.10.2钢板弹簧销的校核 . . 错误！未定义书签。结 总 2 . 2参考文献 2 贵州大学机械工程学院 汽车设计课程设计题目 设计题目：汽车钢板弹簧的设计 主要技术和性能参数（第三组） N） 前轴轴负荷（ 空载11358 满载 15458 ） 前轴非簧载质量（kg360 （mm） 钢板弹簧作用距离L1200 ）”型螺栓中心距两个”US（mm 115 （满载） ）（静绕度fcmm 85 动绕度fa(mm) 50 F 钢板弹簧满载时弧高 16 C 钢板弹簧卷耳固定点至路面距离 500 3 贵州大学机械工程学院 汽车钢板弹簧简介1章 第它是由若干片等宽钢板弹簧是汽车悬架系统中应用最

4、广泛的一种弹性元件。，曲率半径不等的合金弹簧片组合而成的但不等长（厚度可以相等，也可不等） 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，内装青铜或以便用弹簧销与固定在车架上的之家或吊耳塑料、橡胶、粉末冶金制成的村套，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。 钢板弹簧结构图1.1 而多片弹还兼起导向元件的作用，汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外，保养方使用维修、簧片间的摩擦还起系统阻尼的作用。由于钢板弹簧结构简单，汽车上常使用的钢板弹簧便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。目前， 常

5、见的有以下几种。所示，这种弹簧主要用在载货汽车和大型普通多片钢板弹簧，如图1.2-a 1.3-a所不，呈线性特性。客车上，弹簧弹性特性如图所不，为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长少片变截面钢板弹簧，如图1.2-b。这1.3-a度方向制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图 种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。所示，这种弹簧主要用于大、中型1.2-c两级变刚度复式钢板弹簧，如图所示，为两级变刚度特性，开始时仅主簧载货汽车后悬架。弹性特性如图1.3-b 当载荷增加到某值时副簧与主簧共同起作用，弹性特性由两条直线组成。起作用，所示，这种弹簧多用于轻型载货汽车与厢1.2-d渐变刚度

6、钢板弹簧，如图弹簧特性式客车后悬架。副簧放在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用， 所示。呈非线性特性，如图1.3-c 4 贵州大学机械工程学院 1.3图图1.2 钢板弹簧的设计方案章第2 汽车钢板弹簧的布置2.1 必须设置附钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只有在极少数汽车上应用。纵 置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。上的固（桥）纵置钢板弹簧有对称式和不对称式之分。钢板弹簧中部在车轴若不定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧；相等，则称为不对称式钢板弹簧。多数情况下

7、，汽车采用对称式钢板弹簧。由于又要改变轴距或者整车布置上的原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动， 通过变化轴距达到改善轴荷分配的目的时，采用不对称式钢板弹簧。 本设计中采用对称式钢板弹簧布置方案。 汽车钢板弹簧的结构选择2.2 钢板弹簧的断面形状2.2.1字形、梯形、单面有抛物线边缘和单面有双钢板弹簧的断面形状有矩形、T 槽等断面形式。因为矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上。工作时，一面下表面的名义拉应力和压应力的绝对受拉应力、另一面受压应力作用，而且上、 5 贵州大学机械工程学院 所以选择钢板弹造价较低，并且矩形断面钢板弹簧加工成型比较简单、值相等。 簧的断面形式为矩形断面

8、。 弹簧片端部形状2.2.2 钢板弹簧端部形状表2.1 端部名称 弹簧片端部形状 矩形簧片 三角形簧片 倒角簧片 压延簧片 造价由于端部为矩形的钢板弹簧成型简单，上表为弹簧片端部常用的形状， 较低，所以选择钢板弹簧的端部形状为矩形。 2.2.3卷耳、吊耳的结构方案主片两端弯成卷耳，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的村套，以便用 6 贵州大学机械工程学院 是薄弱处。弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。主片卷耳受力严重，包在主片卷耳的外面为改善主片卷耳的受力情况，常将第二片末端也弯成卷耳， 称为包儿。 卷耳 包耳 吊耳 2.1 图 2.2.4钢板弹簧的材料等。为了提高疲劳强度，、55Si

9、MnVB汽车钢板弹簧的材料一般使用60Si2MnE= 60Si2Mn材料即最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。其弹性模量选用510?2.1 MPa。? 1）弹簧满载静应力m2 ? 前弹簧cm4500kgf/?3500m2? 后主弹簧cmkgf/?45005500m2? 后副弹簧cmkgf/?20002500m2? 平衡悬架弹簧cm/?35004500kgfm 2）弹簧比应力_2?cmkgf/cm/550?450 载货汽车前、后弹簧 _2?cm/cm?750850kgf/ 载货汽车后悬架副弹簧_2?cm/800kgfcm650? 越野车平衡悬架弹簧? 3）弹簧极限应力max 钢板弹簧在极限动行程时的

10、应力值称之极限应力，极限应力许用值为：2 ?一般弹簧cm?9000kgf/10000max2 ?平衡悬架弹簧cm/kgf?13500max因此选取弹弹簧许用应力与汽车使用条件、悬架结构及弹簧制造工艺有关， 7 贵州大学机械工程学院 许用静应力可取簧许用应力时，应根据具体情况而定，一般说静挠度大的弹簧， 上限，而比应力应取下限。 2.2.5等厚度钢板弹簧为了钢板弹簧各片厚度可以相等也可以不相等。有时因主片工作条件恶劣，加强主片及卷耳，常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此时，要求一副钢板弹簧为使各片寿命接近有要求最厚片与最薄片厚度之比应小于的厚度不宜超过三组。 1.5。本设计选用厚度相等的弹簧片为使

11、钢板弹簧结构简单以及各簧片寿命相等， 组成钢板弹簧。 汽车钢板弹簧设计计算3章 第 初定片数、断面尺寸3.1 nn=6片，总片数一般选取3、初定主簧片数11=2、总片数（主片一般选取0 。14片）6 2、计算钢板弹簧平均厚度：?3)?ks(LC 转动惯量?J0E485210mmE=2.1x N/ 弹性模量)(n0.333?0? 系数 n1.236?).5?.?151.04(10 1）挠度增大系数C?F/f ）刚度2cwF N）3）（满载轴荷非簧载重量）=/2 （wmg=360x9.8=3528N 非簧载：15458N 满载轴荷：?215458?3528)(F? 5695N W?f 85 mm

12、满载静挠度取 c?fC?F 刚度 70.176 mmN/ cW 8 贵州大学机械工程学院 K) =0.5(刚性夹持4）无效长度系数2? 5）钢板弹簧静应力mmWN(FL?ks)4?0cW?315) ）+(245许用弯曲应力=（1.391.55fcc2N/315) （1.391.55）85+(245=?mm ）2?选取大一些，的范围是423.42435.9使（N/Wmm一般所以），0cc?等材料，表的要求；对于60Si2Mn或55SiMnVB小；大，以满足制动时h1max?350推荐在下列范围内选取：前弹簧和平衡悬架弹簧为面经喷丸处理后，c MPMPMP250220450；后主簧为450550后

13、副簧为。；aaa 3 钢板弹簧总截面系数： mmW)4W?F(L?ks 00W ）（mm 由题可知，钢板弹簧作用距离 L=1200 mm（） 由题可知，两个U型螺栓中心距 S=115 6）带入以上数据可得：?)4?W?F(Lksc0W533?88.48?1.2?10)?12919?)L?ks19C(48E)?(1200?0.5115)(?70.18J?(0 1145?1200?0.5?115ksL?21311025)?(L?ks 由以上数据可得平均厚度为：2?Ef6?ks)?h?2JW(L c00c1 7）计算比应力：2?(L?ks)Eh?6 1比 8）计算最大应力为：?f?f?dmaxc比

14、=678.9441 mm85f?f?50mm满载静挠度为： 动挠度：cd b与h： 3、确定片宽片厚312?nbh/J 0h?1.1h?1.1?7.710518?8.4815698mm1 1）适当加厚弹簧片厚为： 9 贵州大学机械工程学院 ?h ）7（ 圆整弹簧片的厚度为：mm3nJ/h/b?121) ）片宽(矩形断面2 ）mm（0b （mm 圆整弹簧片的宽度为：）=31b mm选取弹簧片宽度 按型材标准GB12222-84）=50（10h?/6?b） b/h（经验比值）校核：3=6.5 b/h 在允许范围内，故选取数值合适。735.Hz)?1?N?16/f0.5(c （ Hz ）4） 校核固

15、有频率3/12=8575 J0=nbh）N/mm（ =46.5763 C=J0*48E/(L-KS)）mm（ fc=Fw/C=128.069N Hz） 可得：=1.4138（ 计算值大于许用值，所以前面所选数值可以使用。 3.2 确定各弹簧片的弦长 3.1 图作图法确定钢板弹簧长度 10 贵州大学机械工程学院 A(L/2,0),B(S/2,nh) ）两点直线方程：1 （y1-y2）=（y-y1）/x-x1（）/（x1-x2x=ay+b 即：xx2=S/2=55 1=L/2=600 =-0.31788 y1-y2） a=（x1-x2）/（=709y1-y2） b=x1-（x1-x2）*y1/（3

16、3 b)ha?L?(8?h?n?n L ）各弹簧片的弦长2 各弹簧片长度值表3.1 片序号 长度mm 取整mm mm 圆整单边mm mm 双边 最短片L1164 164 160 160 320 L 2273 273 275 275 550 L 3382 382 2380 380 760 L4491 491 490 490 980 L5600 600 600 600 1200 L6709 709 710 710 1420 815 n=6，?ll?6n 3.3 挠度计算 页。1、钢板弹簧刚度的计算，见附表第1 ）n =101.0178（N/mm2、钢板弹簧总成刚度 C=6EIn/ln3/100%C

17、?)(C?C/ 30.53058%刚度差=3) 理实实F2P?(cmm)/p?f2 mm（）（）4)钢板弹簧总成挠度59.049wnnc 11 贵州大学机械工程学院 1616N 。=5)钢板弹簧的固有频率（Hz=）= 2.082158 25.3053fc 钢板弹簧各片应力的计算3.4 页。各片钢板弹簧的应力见附表第1 加预紧力3.5 由于各片钢板弹簧在自由状态下曲率半径不等，用中心螺栓将各片弹簧夹钢板弹簧在未承受外加负荷并产生预加应力，紧时，各片曲率半径将发生变化，当弹簧承载时弹簧各片由于各片弹簧存在预应力，时，这种应力就已经存在了， 应力状态将重新发生变化。而且每一片弹簧在自由状态或装假设装

18、配好的钢板弹簧各片彼此完全接触，配成总成后，沿整个长度曲率半径都相等。基于这种假设，各片弹簧在装配时， 弹簧变形可看成是纯弯曲，弹簧各片端作用大小相等，方向相反的力矩。 、2片）弹簧加负的预紧力：1、 主片（12? ）-150）（N/mm。在（-80i0 2、其他各弹簧片加正的预紧力：2? 60（N/mm）范围之内，基本相等，且寿命相当。 在20i0? 即=0。3、要求任一截面中预应力造成的弯矩和等于零， ?00i 3.2 钢板弹簧叶片的变形图 3.2 各片弹簧应力值表? 06050102030450 30 50 -80 -80 30 各片的应力值均在允许范围内。 12 贵州大学机械工程学院

19、3.6 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） 3.1 图1 1）主片 mm） 满载时弧高f=f+(i-1)h =28（a1a ）弦长 L=1630（mm11105*1300?0.)(L?ks?L?1682.5(mm) 计算弦长 1l2f221a?/f2/28?282?R?5?622.L/2曲率半半径23295.31mm 1am1l12?arcsin(R)?75)?arcsin(L/.6225/6933.夹角 0.0293(rad) 1ml11?6933.75=1365.19(mm) =2 弧长L=20.0899R?111m?.5?110ksLL?1246.68?0?1420.

20、195(mm) 实际弧长 11122 ）主片 2mm3810?h?28?ff 满载时弧高 aa2?L1420mm 弦长 21105?13000.)?l(ks?.622?5mmL?计算弦长 22 2l2 13 贵州大学机械工程学院 f22/622.5 曲率半径22amm2/f5117.766?38/?2?R?L?/38 2alm222?121937.)L/R?0?arcsin( (rad) 夹角 2m2l2?091.5117.766?21248R?2?0.121937?L?(mm) 弧长2221m1248?L?ks.5?110?1303.091L.091?0实际弧长(mm) 21223 ）片 3

21、mm?f48 满载时弧高 3a1200mmL?弦长 3mm?537.5L 计算弧长3lf23amm3033.f?44?/R?L2/ 曲率半径 33m3la2?178130.)?arcsin(L/R?(rad) 夹角 3m3l3?1080R71mmL?2?.弧长 3m3311135?LmmL?ks.71实际弧长 31324 ）片 4mm58f? 满载时弧高4amm980L? 弦长 4)ks(L? 计算弧长mmL?452.?5424lf2曲率半径 4a?2/fR?L/?1794.14mm 4l4m4a2?254960.Larcsin(/R)?(rad) 夹角4ml44?1794.25496?mmL2?R2?0914.14?.88弧长 4m441mm.88969588.?0.*110?914ks?LL? 实际弧长41425 ）片 5mm68?f 满载是弧高5a 14 贵州大学机械工程学院 mm760L? 弦长5mm5?367.L?ks)/2L?( 计算弦长5l5f2 曲率半径 5amm.061?R?L1027/2/f 5l55am2?365929?0.arcsin(L/R)?(rad) 夹角5l55m?3659290.2R?2?1027.061?751.6632mmL?弧长 5515m6632806.5*110?L?ks?751.663