燕山大學車輛工程車程鋼板彈簧設計說明書

1、 燕山大學課程設計說明書燕山大學課 程 設 計 說 明 書題目：BJ1036G4后懸架設計學院（系）： 車輛與能源學院 年級專業(yè)： 10車輛工程三班 學 號： 1001130300* 學生姓名： 車三 指導教師： 唐先志 梁老師 教師職稱： 教 授 燕山大學課程設計評審意見表指導教師評語：成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語：成績： 評閱人： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字：年 月 日目 錄一、題目1北汽BJ1036G4后懸架設計1二、設計任務1三、設計要求1四、參數(shù)選擇及計算方法21選擇懸架主要參數(shù)：nc 、fc、Cs、.n0、f0 等。22.確定板簧總長L，滿載靜止弧高H

2、a，上、下跳動撓度fd下、fd上。33選擇板簧片數(shù)及斷面參數(shù)34.板簧的應力校核45.各片長度的確定56.板簧的剛度驗算57.各片應力計算88.預應力及其選擇99. 板簧總成自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算1010. 各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑及弧高計算1111. 板簧的動應力和最大應力14五、參考文獻15 一、題目北汽BJ1036G4后懸架設計二、設計任務1.確定懸架的主要參數(shù)，包括載荷、靜撓度、動撓度、靜弧高、 偏頻、剛度等；2.確定鋼板彈簧的主要參數(shù)，如片數(shù)、斷面參數(shù)、各片長度等；3.計算彈簧的剛度（總成剛度和裝配剛度）；4.計算板簧滿載靜止時的應力；5.計算板簧的最大應力和各種極限工況下

3、的應力；6.計算板簧總成弧高和曲率半徑；7.計算板簧各片弧高和曲率半徑；8.繪出懸架的總成裝配圖；9.繪出主片和至少一片非主片的零件圖。三、設計要求1.選擇一種懸架作為設計對象（前或后懸架）； 2.盡可能考慮與原車零件的通用性；3.所選用的材料（熱軋扁彈簧剛）必須符合國標GB1222-84，并盡量用優(yōu)選系列； 簧片的熱處理也按照標準中的要求進行。4.設計的鋼板彈簧要符合國標QCn 29035-1991汽車鋼板彈簧 技術條件；噴丸處理按照QC/T 274-1999 汽車鋼板彈簧噴丸處理規(guī)程進行。5.選用筒式減震器要符合國標QC/T 491-1999 汽車筒式減振器尺寸系列及技術條件要求。6.選用

4、U形螺栓符合國標QC/T 517-1999 汽車鋼板彈簧用U形螺栓螺母技術條件要求。7.使用標準件按照機械設計手冊上的選取。四、參數(shù)選擇及計算方法1選擇懸架主要參數(shù)：nc 、fc、Cs、.n0、f0 等。（1）滿載偏頻nc偏頻為評判整車平順性能的一個重要參數(shù)，不同用途的汽車，對平順性要求亦不相同。貨車滿載時，后懸架滿載偏頻要求在1.702.17Hz,對于此次設計的貨車后懸架nc，對于平順性的要求比較低，暫取nc =2.1Hz。 （2）滿載靜撓度fc 懸架的靜撓度fc是指汽車滿載靜止是懸架上的載荷Fw與此事懸架剛度之比。懸架的靜撓度fc直接影響車身振動的偏頻nc fc = 25 0/ nc

5、78;=250/2.12 =77.16 (mm)(3)板簧線剛度Cs懸架的線剛度指的是車輪保持在地面上而車廂做垂直運動時，單位車廂位移下，懸架系統(tǒng)給車廂的總彈簧恢復力。懸架靜載荷是車輛水平靜置時單個懸架承受的垂直載荷，又叫懸掛質(zhì)量，或簧上質(zhì)量。用滿載總質(zhì)量與懸架的簧上質(zhì)量做差，得到簧下質(zhì)量，然后用它算出整備質(zhì)量的簧上質(zhì)量。滿載時后懸架靜載荷Q=（3000×9.8×0.65×0.8）/2=7644NCs = Q / fc=77.16N/mm （4）空載時的偏頻n0 及撓度f0 空載時后懸架靜載荷Q0=1741×9.8×0.5×0.5-1

6、911=2354N 空載撓度f0 = Q0 / Cs=23.72mm 空載偏頻n0 = 5/=5/=3.78Hz 2.確定板簧總長L，滿載靜止弧高Ha，上、下跳動撓度fd下、fd上。 (1)板簧總度 板簧的長度為彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。a）增加鋼板彈簧的長度能明顯降低彈簧應力，提高使用壽命；b）板簧長度增加能降低彈簧剛度，改善汽車行駛的平順性；c）在垂直剛度給定的條件下，板簧長度增加又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。d）在總布置可能的條件下，應盡可能將鋼板彈簧取長些。貨車后懸架L=(0.350.45)軸距即L=(0.350.45)*3200=11201440mm 選取L=1280mm

7、滿載靜止弧高Ha 滿載靜止弧高 是裝配到汽車上之后的板簧弧高，一般后懸架為Haf=1020mm，考慮到鋼板彈簧安裝好后有足夠的上跳動撓度，將滿載靜止弧高取15mm。 、上、下跳動撓度fd上、fd下上跳動撓度一般取為(0.71.0) fc，過大則板簧的最大應力增大，過小則容易碰撞限位塊。即取fd上=0.8*fc略小于。 3選擇板簧片數(shù)及斷面參數(shù)板簧片數(shù)初選總片數(shù)n和主片數(shù)n1，建議后簧取n = 1014，n1 =2或3。綜合考慮汽車的行駛平順性與靜載荷，將板簧總片數(shù)定為13，主片n1定為3斷面寬度與高度在研究鋼板彈簧時，常將其抽象成簡支梁。因此可利用簡支梁的撓度公式計算板簧的總慣性矩J mm4.

8、(4) ：撓度系數(shù)， S：騎馬螺栓距離；K：非工作長度系數(shù)，表征騎馬螺栓的夾緊程度；K= 0.5為剛性夾緊，K = 0 為撓性夾緊；查國標GB122284選取簧片的斷面參數(shù)，即寬度b，厚度h，若為矩形截面，則慣性矩為： mm4.(5) 若選用雙槽鋼，材料手冊上都給出了J和中性層的位置， 其慣性矩為： . . 用（5）或（5）計算出的J與（4）計算的比較，應大致相等，否則調(diào)整片數(shù)或斷面參數(shù)，直至滿意為止（相對誤差小于5%）。其中各參數(shù)選取如下：= n1/n=3/13=1.5/1.04(1+0.5)K=1.293將這些參數(shù)值代入公式 相對誤差 =(-)/=(22950-22295)/22950=0

9、.00285符合要求。4.板簧的應力校核（1）平均應力抽象成簡支梁的板簧在承受載荷Q、變形為fc時，根部應力為：c= c c為許用靜應力，經(jīng)應力噴丸處理的彈簧鋼：后簧：c=450550 MPa代入相關數(shù)據(jù)可得MPa<c 滿足要求。 （2）比應力比應力，即單位板簧變形對應的應力。它與載 荷及變形無關，是衡量強度利用程度及使用壽命的一個很好的參數(shù)：= （MPa/mm） 在4.55.0 MPa/mm較好。 代入相關數(shù)據(jù)可得 符合要求 （3）最大應力最大應力即板簧產(chǎn)生最大變形時的應力： 9001000 Mpa 代入相關數(shù)據(jù)可得： <1000MPa 滿足要求。5.各片長度的確定簧片長度是指其

10、各片的伸直長度。有兩種設計方法，一是等差級數(shù)法，二是作圖法。這里采用等差級數(shù)法：等差級數(shù)法是將板簧總長度與騎馬螺栓S之間的差分成與片數(shù)相等的長度等差數(shù)列，相鄰各片的長度差是相等的，根據(jù)等差數(shù)列法得到各片長度。6.板簧的剛度驗算對板簧剛度進行驗算時，可以把板簧抽象成前述簡支梁（載荷為Q）,也可以抽象成懸臂梁。抽象成懸臂梁的模型其插入端在車軸處，其長度和載荷都是簡支梁的1/2，這兩種模型在力學特性上是等價的。進行剛度驗算有兩種方法：一是共同曲率法，一是集中載荷法。此處用共同曲率法。該方法假設：（1）板簧各片之間密切接觸，無間隙；（2）忽略片間摩擦力。這兩個假設等價于：在板簧的任何截面上，各片的曲率

11、（或曲率半徑）及其變化都相等；各片承受的彎矩與其慣性矩成正比。設在任意截面上，第一片（主片）曲率半徑為，則第二片為，第片為（各片等厚），或者，由于厚度，故可認為：當載荷變化，變形（撓度）增大后，有：，即式子說明板簧各片在任何載荷下都有相同的曲率半徑和變化量。這樣我們就可以把它重新組合成圖2所示的單片階梯型梁：0x圖共同曲率法的等效模型這是一個端部作用集中載荷的變截面懸臂梁模型。設各截面的彎矩在長度方向的變化為M（x），慣性矩為（x），用能量積分法求出端部變形: U = = 剛度： 整理可得如下公式：式中：為修正系數(shù)，修正由于抽象成懸臂梁模型引起得誤差，其值由經(jīng)驗確定。一般矩形截面簧片取0.90

12、0.95，雙槽鋼取0.830.87。 i = 1、2、3n ABCDEFG 為各不同板簧段的慣性矩和。如圖3圖3 板簧各段的慣性矩在AB段 i = 1, =J1在BC段： i = 2, =J1+J2在CD段： i = 3, =J1+J2+J3 如果式中的各片長度取li=Li/2，則計算出的剛度是板簧總成的剛度可用于檢驗鋼板彈簧的產(chǎn)品剛度。由于各個板簧有相同的厚度與寬度，則各個段的慣性矩相同，即。取0.9 滿足要求。 7.各片應力計算上面用共同曲率法，根據(jù)假設，在懸臂梁模型根部，各片所承受的彎矩與其慣性矩成正比，即： i = 1n ， 分別為根部的總彎矩和總慣性矩。且 =，故有： 根部應力： 代

13、入數(shù)據(jù)有 滿足要求。主片根部比應力： 為用共同曲率法求出的板簧剛度。 代入數(shù)據(jù) 符合要求8.預應力及其選擇板簧在工作中，以主片斷裂最常見。斷裂的部位常發(fā)生在卷耳附近；騎馬螺栓附近；下片的端部。因此，在設計板簧時，適當加強主片的強度，對提高板簧的壽命和可靠性很有必要。加強主片的措施有以下幾種：一是多主片（二片或三片），二是主片的厚度大于其他片，三是置預應力。在設計板簧時，有意識地將各片設計成自由狀態(tài)下的曲率半徑不等，自上而下，曲率半徑逐漸減小，如圖7（b）所示，當中心螺栓裝配成總成后，各片便緊密貼合，具有近似相等的曲率半徑。如圖7（a）所示，這時，雖然外載荷，但由于各片之間的相互作用，各片都產(chǎn)生

14、了一定的應力。很明顯，主片及靠近主片的幾片，曲率半徑變小，上表面有了負應力（壓應力）；而下面幾片的上表面都有了正應力（拉應力）。這種由于各片之間自由曲率半徑不等而相互作用產(chǎn)生的應力叫預應力。設置預應力不僅能夠充分利用材料，提高板簧壽命和可靠性，而且可以使片間貼合更緊，防止泥沙進入片間。 （a） （b）圖7 中心螺栓裝配前后的鋼板彈簧（）（+）圖8 各片預應力分布合理的各片根部預應力分布如圖8所示。主片及靠近主片的幾片取負預應力。（上表面受壓），下面幾片取正預應力（上表面受拉），負預應力最大值一般不超過150MPa，正預應力最大值一般不超過6080Mpa。但在板簧懸臂梁模型根部，由預應力產(chǎn)生的彎

15、矩之和應相等： 為各片上表面的預應力，為各片抗彎截面系數(shù)。由于所有板簧具有相同的厚度和寬度，則只需要。滿足要求。9. 板簧總成自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算板簧僅由中心螺栓裝配后，應有適當?shù)幕「?，否則，就不能保證滿載時的弧高fa，因而也就不能保證板簧在適當?shù)臓顟B(tài)下工作?？偝勺杂苫「逪0可由下式估算：，fa意義同前，為預壓縮式的塑性變形，由經(jīng)驗公式計算：代入數(shù)據(jù)得是與板簧總長和騎馬螺栓中心矩S有關的附加變形，可用下式估算：代入數(shù)據(jù)得 板簧自由狀態(tài)的曲率半徑與有圖9所示關系：R0H0L圖9 板簧長度、曲率半徑與弧高的關系故有： 代入數(shù)據(jù)得 =1765.5mm 10. 各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑及弧

16、高計算板簧各片在未裝配前的曲率半徑和弧高是板簧制造必不可少的參數(shù)（例如彎曲成型機靠模和沖頭的曲率半徑都要由決定），設計者必須明確給出。由材料力學知，受彎矩作用的梁：為曲率，為梁的撓曲線表達式。因此各片在用中心螺栓裝配前后由預應力產(chǎn)生的曲率變化為：其中為由預應力產(chǎn)生的彎矩，R0為裝配成總成的曲率半徑。但， 因此： 為第i片的自由曲率半徑，為第i片厚度。 各片在自由狀態(tài)時的弧高為： 在確定之后，一般還要驗算一下板簧總成的曲率半徑和弧高是否與式（34）和式（31）計算的結(jié)果相符，差別較大時，仍要調(diào)整參數(shù)。與各片有如下關系：若各片厚度相等，則可簡化為： 代入數(shù)據(jù) mm總成弧高：代入數(shù)據(jù) R0誤差： H

17、0誤差：符合要求11. 板簧的動應力和最大應力鋼簧彈簧葉片的工作狀況比較惡劣，在設計時，除對上述靜應力進行計算外，還要對動應力和極限應力進行校核。（1）、動應力是板簧從滿載靜止變形起，繼續(xù)變形，直到動行程消失，各片上表面所增加的拉應力。 由于應力與變形（撓度）成正比，因此各片的動應力與靜止應力有下述關系：故： （2）、最大應力最大應力為各片靜應力與動應力的疊加： 其中最大值，滿足要求。 鋼板彈簧的材料為60Si2MnB， 為許用最大應力 1200MPa*0.85=1020MPa，符合要求。五、參考文獻1王望予.汽車設計(第4版)M.北京：機械工業(yè)出版社，20062陳家瑞.汽車構(gòu)造(第3版)M.

18、北京：機械工業(yè)出版社，2009.23白象忠.材料力學M.北京：科學出版社，20074韓宗奇.課程設計指導書5汽車工程手冊.機械工業(yè)出版社，2000年6汽車構(gòu)造.吉林工大編，機械工業(yè)出版社，2005年 第三版7最新汽車設計實用手冊M.哈爾濱： 黑龍江人民出版社，2005年nc =2.1Hzfc=77.16mmQ=7644NCs=99.07N/mmQ0=2354Nf0=23.72mmn0 =3.78HzL=1280mmHa =15mmfd上=62.5mmfd下=60mmn=13=3=0.125=1.293K=0.5S=140mmb=60mmh=7mm22950mm422295mm4相對誤差=2.8

19、5c=292MPa=668.81MPa=1280mm=1280mm=1280mm=1180mm=1080mm=980mm=880mm=780mm=680mm=580mm=480mm=380mm=280mml1=605mml2=605mml3=605mml4=555mml5=505mml6=455mml7=405mml8=355mm=305mm=255mm=205mm=155mm=105mm=70mm=0mma2=0mma3=0mma4=50mma5=100mma6=150mma7=200mma8=250mma9=300mm=350mm=400mm=450mm=500mm=570mmY1=5.83×10-4Y2=2.92×10-4Y3=1.94×10-4Y4=1.46×10-4Y5=1.17×10-4Y6=9.72×10