汽車設計(課程設計)鋼板彈簧(DOC)

1、簧課程設計專業(yè)：車輛工程教師： R老師姓名： XXXXXX學號： 200XYYYY2012 年 7 月 3 日課程設計任務書本課程設計是我們在完成基礎課、技術(shù)基礎課和大部分專業(yè)課學習后的一個教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)我們應用已學到的理論知識來解決實際工程問題的一次訓練，并為畢業(yè)設計奠定基礎。1 、課程設計的目的是：（ 1 ）進一步熟悉汽車設計理論教學內(nèi)容；（ 2）培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的能力；（ 3）訓練我們綜合運用知識的能力以及分析問題、解決問題的能力。2、設計題目:設計載貨汽車的縱置鋼板彈簧（1） 縱置鋼板彈簧的已知參數(shù)序號彈簧滿載載荷靜撓度伸直長度U 型螺栓中心距有效長度119800N9.4cm11

2、8cm6cm112cm材料選用60Si2MnA , 彈性模量取E=2.1 105MPa3、課程設計的任務：（ 1 ）由已知參數(shù)確定汽車懸架的其他主要參數(shù)；（ 2）計算懸架總成中主要零件的參數(shù)；（ 3）繪制懸架總成裝配圖。二、課程設計的內(nèi)容及工作量根據(jù)所學的機械設計、汽車構(gòu)造、汽車理論、汽車設計以及金屬力學性能等課程，完成下述涉及內(nèi)容：1 學習汽車懸架設計的基本內(nèi)容2選擇、確定汽車懸架的主要參數(shù)3確定汽車懸架的結(jié)構(gòu)4計算懸架總成中主要零件的參數(shù)5撰寫設計說明書6繪制懸架總成裝配圖、零部件圖共計1 張 A0。設計要求：設計說明書設計說明書是存檔文件，是設計的理論計算依據(jù)。說明書的格式如下：統(tǒng)一稿紙

3、，正規(guī)書寫；豎訂橫寫，每頁右側(cè)畫一豎線，留出25mm空白，在此空白內(nèi)標出該頁中所計算的主要數(shù)據(jù)；附圖要清晰注上必要的符號和文字說明，不得潦草；說明書的內(nèi)容及計算說明項目封面； （ 2）目錄； （ 3）原始數(shù)據(jù)及資料；（ 4）對設計課題的分析；（ 5）汽車縱置鋼板彈簧簡圖；（ 6）設計計算；（ 7）設計小結(jié)（設計特點及補充說明，鑒別比較分析，個人體會等）； （ 8） 參考文獻。設計圖紙裝配總圖、零件圖一張（0）；要求如下：圖面清晰，比例正確；尺寸及其標注方法正確；視圖、剖視圖完整正確；注出必要的技術(shù)條件。設計對象（懸架）所選用的彈簧材料必須符合國標GB1222-84，并盡量用優(yōu)選系列；所設計的板

4、簧應符合JB523-85,JB4040-85 。計算過程與步驟鋼板彈簧片數(shù)取為10，確定其寬度b 的計算：鋼板斷面寬度b 的確定有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強度等，可按等截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增大系數(shù) 加以修正。因此， 可根據(jù)修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需要的總慣性矩J 0。對于對稱鋼板彈簧：J0 L ks 3c 48E式中， s 為 U形螺栓中心距（ mm） ； k 為考慮 U形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數(shù)（如剛性夾緊，取 k=0.5 ，撓性夾緊，取k=0） ； c 為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm） ， c Fw/ fc ； 為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長的重疊片數(shù)n1 ，再估計

5、一個總片數(shù)n0 , 求得n1，然n0后用1.5 1.04 1 0.5 初定 ） E為材料的彈性模量。其 中 ，1.5其 中 ，1.5n1.04 (1 0.5 n1)101.5取 n11 ， 則， 將 其 代 入 求 得1.092J040327.3mm4；W0FW L /(4 W) = 19800N 1120mm/(4 450MPa) 12320mm3；初取 h p p初取 h p p2J0 /W0440327.3mm43 12320mm36.6mm，取 b=8 hp=52.8mm. p片寬 b 對汽車性能的影響：增大片寬，能增加卷耳強度，但當車身受側(cè)向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應力增大。前懸架用

6、寬的彈簧片，會影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚推薦片寬與片厚的比值b/ h 在 610 范圍內(nèi)選取。本設計中取b=60mmp鋼板彈簧片厚h 的選擇根據(jù) J 09.74mm；nbh3得： h 3 12J03 根據(jù) J 09.74mm；12nb 10 52.4片厚 h 選擇的要求：. 增加片厚h ，可以減少片數(shù)n. 鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況，希望盡可能采用前者但因為主片工作條件惡劣，為了加強主片及卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。此時，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過三組。）為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應小于1.5

7、。）鋼板斷面尺寸b 和 h 應符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。查表確定b 和 h 的值，使其符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸，又因為60Si2MnA的厚度一般不超過 9.5mm，故取 b=70mm , h=9mm。鋼板彈簧圖如下：零件圖（左），裝配圖（右）鋼板斷面形狀鋼板斷面形狀矩形斷面結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，變截面少片鋼板彈簧多采用矩形斷面結(jié)構(gòu)葉片的端部結(jié)構(gòu)葉片的端部可以按其形狀和加工方式分為矩形（片端切角）、橢圓形（片端壓延）和片端壓延切斷四種。其中矩形為制造成本最低的一種（由于對片端部作任何加工）。本設計中采用矩形端部結(jié)構(gòu)。鋼板彈簧片數(shù)n片數(shù) n 少些有利于制造和裝配，并可以降低片間的干摩擦，改善汽車行駛平順性。

8、但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強度梁的差別增大，材料利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在6 14 片之間選取，重型貨車可達20 片。 用變截面少片簧時，片數(shù)在 1 4 片之間選取。n=3鋼板彈簧端部的支承型式以板簧端部的支承型式而言，可以大致分為卷耳和滑板兩大類?；逍褪蕉嘁娪趦蓸O式主副簧懸架中副簧的支承和平衡懸架中板簧的支承。卷耳根據(jù)其相對板簧上平面的位置可以分為上卷耳、平卷耳和下卷耳三類。本設計中采用上卷耳。吊耳及鋼板彈簧銷的結(jié)構(gòu)大多數(shù)板簧的支承方式為一端采用固定的卷耳，另一端采用擺動的吊耳。擺動吊耳的結(jié)構(gòu)可以用C形、叉形以及分體式等。彈簧銷的支承、潤滑可用螺紋式、自潤滑式、滑動軸承、橡膠支承或

9、者將板簧支承在橡膠座內(nèi)。自潤滑式多用于轎車及輕型載貨汽車，具有不必加潤滑脂及噪聲小的優(yōu)點。本設計中采用自潤滑式彈簧銷結(jié)構(gòu)。少片彈簧少片彈簧在輕型車和轎車上得到越來越多的應用。其特點是葉片由等長、等寬、 變截面的 1 3 片葉片組成。利用變厚斷面來保持等強度特性，并比多片彈簧減少2040的質(zhì)量。 片間放有減摩作用的塑料墊片，或做成只在端部接觸以減少片間摩擦。如圖 4.2 所示單片變截面彈簧的端部CD 段和中間夾緊部分AB 段是厚度為h1 和 h2的等截面形，BC 段為變厚截面。BC 段厚度可按拋物線形或線性變化。4.24.2二、確定各片鋼板長度：鋼板彈簧長度L 是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離

10、, 在總布置可能的條件下，應盡可能將鋼板彈簧取長些。在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長度：轎車：L=( 0.400.55 )軸距；貨車 : 前懸架：L=( 0.260.35 )軸距；后懸架：L=( 0.350.45 )軸距。應盡可能將鋼板彈簧取長些, 原因如下：增加鋼板彈簧長度L 能顯著降低彈簧應力，提高使用壽命降低彈簧剛度，改善汽車平順性。在垂直剛度c 給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。剛板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。4,增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。本設計中L=0.357 3300mm=1180m

11、m設主簧片長為l1 ，按鋼板疊放順序他們的長度依次l1 、 l2、 l3 l10，則由于l1 =l2，且各簧片等厚，其長度成等差數(shù)列，即li l2 (i 2)a ， i 0,10 。其中 l10 s a ，將s 70mm,l 2 1180 mm代入得a1110370mml1 =1180mm、 l 2 =1180mm、 l3 =3170mms 70mm,l 2 1180 mm代入得a1110370mml1 =1180mm、 l 2 =1180mm、 l3 =3170mm、l4=32800mm， l10mm、 l5=1690 l7=mm、1320 l8=mm、950 l9=mm、 l10=580m

12、m 。580mm ， 則各板長度為：32430mm、 l6=2060mm 、 TOC o 1-5 h z n311c 6 E ak31(YkYk 1)，其中 ak 1 (l1 lk 1),Ykk ,0.9；其中，k12Jii1n31ak1 n31ak1 (YkYk1 )3k 18bh312a3(6 4) (2a)3(4 3) (3a)3(3) (4a)3(2)(5a)3(5a)3(2 172) (6a)3(12 3) (7a)3(3 4) (8a)3(4 6) 6X37223355裝配剛度時X=9a，代入數(shù)據(jù)可求得裝配剛度c=217 N /mm 19800 N /mm ;94檢驗剛度時X= l

13、1 ,代入數(shù)據(jù)可求得檢驗剛度c=192 N /mm.4.34.3 TOC o 1-5 h z （1） 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H 0鋼板彈簧各片裝配后，在預壓縮和U 形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差（如圖4.3 ） ，稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H 0用下式計算：H 0fcfaf式中，fc為靜撓度；fa 為滿載弧高；f 為鋼板彈簧總成用U 形螺栓夾緊后引起的弧高s 3L S fa fc變化 . f2 a c ,s 為 U形螺栓中心距；L 為鋼板彈簧主片長度。鋼板彈簧2L2L2總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑R0L .0 8H0,取 fa 20mm ，

14、將 fc94mm,s 70mm, L 1180mm 代入求得H 0 123.5mm;鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑R0L =1409.2mm.(8H 0)li2然后由 H 0i i 求出各鋼板在裝配總成中的弧高，其值如下：H 01123.5mm 、8R0H 02123.5mm、 H 03 99mm、H 0477.3mm、 H 0558.2mm、H 0641 .8mm、H 0728.1mm、 H 0817.2mm、H 098.9mm 、 H 0103.3mm。五、鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定：因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產(chǎn)生預應力，其值確定了自由狀態(tài)下

15、的曲率半徑Ri 。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是：使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片工作應力，使各片壽命接近。矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定RR0Rii 12 0i R0 / Ehi式中，Ri 為第i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm） ； R0 為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm） ；0i 為各片彈簧的預應力（ N / mm2） ； E為材料彈性模量（ N /mm2） ，取 R1 R2 R3 541mm ； hi 為第i 片的彈簧厚度（mm） 。RiR012 RiR012 0i R0 / Ehi i183612 1878 1836 / 2.06

16、 105 14541mmR1 R2R3 541mm在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑R0 和各片彈簧預加應力0i 的條件下，計算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri 。選取各片彈簧預應力時，要求做到：裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好貼和；為保證主片及其相鄰的長片有足夠的使用壽命，應適當降低主片及與其相鄰的長片的應力。這此，選取各片預應力時，可分為下列兩種情況： 對于片厚相同的鋼板彈簧，各片預應力值不宜選取過大；對于片厚不相同的鋼板彈簧，厚片預應力可取大些。推薦主片在根部的工作應力與預應力疊加后的合成應力在 300-350N/mm2 內(nèi)選取。1-4 片長片疊加負的預應力，短片疊

17、加正的預應力。預應力從長片到短片由負值逐漸遞增至正值。取主片的預應力01 80MPa ，最短片的預應力為010 40MPa ，由于是矩形葉片，且其厚度相等，故由式01h1202 h22.khk20 得 0102 .0100 ，按 01010依次增大的規(guī)律，分配各預應力如下：01 80MPa 、02 50MPa 、07 25MPa 、R11600mm 、03 30MPa 、04 0MPa 、05 10MPa 、07 25MPa 、R11600mm 、08 30MPa 、09 35MPa、010 40MPa 。又由Ri R0 1 2 R (Eh ) 求得各片自由狀態(tài)下的曲率如下：R21523mm

18、、 R31475mm 、 R41409mm 、 R5 1388mm 、 R6 1368mm 、R71359mm、 R81349mm、 R91339mm、 R101323mm。六、各片彈簧的弧高Hi li2 (8Ri ) ，將各數(shù)據(jù)代入求得弧高為：H1109mm 、 H 2 114mm 、 H3 95mm 、 H4 77mm 、 H5 59mm 、H6 43mm、 H7 29mm 、 H8 18mm 、 H99.4mm、 H103.5mm。七、鋼板彈簧總成弧高的核算：nl nRlilii 1 Ri i 11180 118031702800810206016901600 1523 3 1475 3 1409 1388 3 1368 3 1368 +736013209505803 1349 3 1339 3 132373605.17360從而解出R 1443mm 1409.2mm R0 ;211802H L120.6 123.5 H0.(8R) 8 1443八、鋼板彈簧卷耳內(nèi)徑的確定：取路面附著系數(shù)0.8，則FX 的最大值為FW0.8 19800N 15840N ,取許用應力 350MPa ，則 3FX （D h）/（bh2） FX bh 。將 FX 15840N,h 9mm,b 70mm代入上式求得D 29.