燕山大學(xué)汽車設(shè)計(jì)鋼板彈簧課設(shè)說明書

1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目： 長安SC sc1020后懸架設(shè)計(jì)院 系： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 時(shí) 間： 目錄1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 22參數(shù)計(jì)算 22.1選擇懸架主要參數(shù) 22.2鋼板彈簧結(jié)構(gòu)尺寸確定 32.3板簧片數(shù)及斷面參數(shù)選擇 52.4 板簧的應(yīng)力校核 62.5 各片長度的確定 72.6板簧的剛度校驗(yàn) 82.7各片應(yīng)力計(jì)算 92.8預(yù)應(yīng)力及其選擇 102.9自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 132.10自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑校核 142.11板簧的動(dòng)應(yīng)力和最大應(yīng)力 152.12板簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 173附件選取 193.1減振器 193.2U形螺栓 203.3U型螺

2、栓上的螺母 213.4中心螺栓 213.5彈簧卡處的鉚釘和螺栓 213.6卷耳處的銷 214參考文獻(xiàn) 221設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1長/寬/高（mm）：3800×1475×18102軸距（mm）：23503最小離地間距（mm）：1654整備質(zhì)量（kg）：830；滿載質(zhì)量（kg）：13005空載軸荷分配系數(shù)（前/后）：50%/50%6.滿載軸荷分配系數(shù)（前/后:35%/65%2參數(shù)計(jì)算2.1選擇懸架主要參數(shù)c滿載偏頻對(duì)汽車平順性影響很大，在設(shè)計(jì)懸架初期就要先定義滿載偏頻的范圍。建議?。贺涇嚌M載后懸架偏頻的推薦范圍nc=1.702.17Hz，這里選為nc=1.91Hz。c懸架的靜撓度會(huì)直

3、接影響到車身振動(dòng)的滿載偏頻，因此，要保證汽車具有良好的行駛平順性，必須正確選取懸架的靜撓度。在選定偏頻后可以依據(jù)下面的公式計(jì)算后懸架的靜撓度代入數(shù)據(jù)s懸架的線剛度指的是車輪保持在地面上而車廂做垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車廂位移下，懸架系統(tǒng)給車廂的總彈簧恢復(fù)力。鋼板彈簧作為懸架中的彈性元件，它自身的線剛度會(huì)影響到懸架的線剛度，從而影響車廂的位移量，這里用如下的公式計(jì)算板簧的線剛度。代入數(shù)據(jù) 0及撓度f0計(jì)算出滿載時(shí)的偏頻和靜撓度后，還需要通過空載情況下的靜載荷求出此時(shí)的偏頻及撓度。計(jì)算公式如下帶入數(shù)據(jù) 2.2鋼板彈簧結(jié)構(gòu)尺寸確定板簧的長度為彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。一般由設(shè)計(jì)人員確定，確定板簧的總長

4、時(shí)要從以下幾方面考慮?！?】增加鋼板彈簧的長度明顯降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命；【2】板簧長度增加能降低彈簧剛度，改善汽車行駛的平順性；【3】在垂直剛度給定的條件下，板簧長度增加又能明顯增加【4】增加鋼板彈簧長度L能顯著降低彈簧應(yīng)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。【6】增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。對(duì)于貨車的后懸架推薦在如下的范圍內(nèi)選擇：軸距最后選擇的鋼板彈簧的長度為L=1150mma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，考慮到鋼板彈簧安裝好后有足夠的上跳動(dòng)撓度，將

5、滿載靜止弧高取為15mm。d懸架彈簧的動(dòng)撓度與其限位行程有關(guān)，二者應(yīng)適當(dāng)配合，否則會(huì)增加行駛中撞擊限位的概率，使平順性變壞。動(dòng)撓度過大則板簧的最大應(yīng)力增大，過小則容易碰撞限位塊。帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得出這里設(shè)計(jì)的后懸架的跳動(dòng)撓度范圍(6-9cm，考慮到懸架彈簧的動(dòng)撓度與其限位行程很好的配合，將上跳動(dòng)撓度定為7.5cm。2.3板簧片數(shù)及斷面參數(shù)選擇初選總片數(shù)n0和主片數(shù)n1，后簧取，。片數(shù)少些有利于制造和裝配，并可以降低片之間的干摩擦，改善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大，材料利用率變壞。綜合考慮此貨車的行駛平順性靜載荷以及剛度和厚度，將板簧總片數(shù)n0定為7，主片數(shù)n1定為1。

6、在研究鋼板彈簧時(shí)，常將其抽象成簡支梁。因此可利用簡支梁的撓度公式計(jì)算板簧的總慣性矩：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；這里K= 0.5為剛性夾緊。查國標(biāo)GB122284選取簧片的斷面參數(shù)，即寬度b，厚度h，將截面形狀定為矩形，則慣性矩為：計(jì)算出的J0、J與計(jì)算的比較，應(yīng)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(duì)誤差小于5%），最終取b=70mm，h=6mm。其中各參數(shù)的取值如下；S =125mm；K= 0.5；b=90mm；h=9mm；由公式計(jì)算，J0=7775.23mm4由公式計(jì)算可得，J=8018.35mm4二者的相對(duì)誤差，符合要求。2.4

7、 板簧的應(yīng)力校核c抽象成簡支梁的板簧在承受載荷Fw、變形為fc時(shí)，根部應(yīng)力為：為許用靜應(yīng)力，經(jīng)應(yīng)力噴丸處理的彈簧鋼:后簧=450550 MPa代入相應(yīng)數(shù)據(jù)得=326.15MPa<c比應(yīng)力，即單位板簧變形對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。它與載荷及變形無關(guān)，是衡量強(qiáng)度利用程度及使用壽命的一個(gè)很好的參數(shù)：在4.55.0 MPa/mm較好。代入相應(yīng)數(shù)據(jù)符合要求。最大應(yīng)力即板簧產(chǎn)生最大變形時(shí)的應(yīng)力：代入相關(guān)數(shù)據(jù)符合要求。上述三種應(yīng)力有任一個(gè)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整參數(shù)，再行計(jì)算直至滿意為止。2.5 各片長度的確定簧片長度是指其各片的伸直長度。有兩種設(shè)計(jì)方法，一是等差級(jí)數(shù)法，二是作圖法。這里采用作圖法確定鋼板彈簧各片的長

8、度，做出的圖如下圖所示，然后將各片長度進(jìn)行圓整即可。圖 1 鋼板彈簧長度最終確定各片長度為：,2.6板簧的剛度校驗(yàn)一般用共同曲率法進(jìn)行計(jì)算，用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。驗(yàn)算鋼板彈簧實(shí)際剛度公式為：，,為第一片到第片處所有葉片的慣性矩之和；為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，；E為材料彈性模量；、為主片和第片的一半長度。為計(jì)算方便，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用列表法計(jì)算。剛度公式中部分計(jì)算見下表：liLaJiYkL1（mm）5751150012600.000793651L2（mm）5751150012600.

9、000396825L3（mm）4909808512600.00026455L4（mm）40581017012600.000198413L5（mm）31563026012600.00015873L6（mm）23046034512600.000132275L7（mm）14529043012600.00011337957512600表格 1 鋼板彈簧長度校驗(yàn)選擇修正系數(shù)，將數(shù)據(jù)代入剛度公式，得后主簧實(shí)際總成自由剛度。，符合要求。2.7各片應(yīng)力計(jì)算下面用共同曲率法，根據(jù)假設(shè)，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(yīng)力：

10、（）代入數(shù)據(jù)有滿足要求。2.8預(yù)應(yīng)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(shè)計(jì)板簧時(shí)，適當(dāng)加強(qiáng)主片的強(qiáng)度，對(duì)提高板簧的壽命和可靠性很有必要。加強(qiáng)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(yù)應(yīng)力。在設(shè)計(jì)板簧時(shí)，有意識(shí)地將各片設(shè)計(jì)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2所示，當(dāng)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2所示，這時(shí)，雖然外載荷，但由于各片之間的相互作用，各片都產(chǎn)生了一定的應(yīng)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(fù)應(yīng)力

11、（壓應(yīng)力）；而下面幾片的上表面都有了正應(yīng)力（拉應(yīng)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(yīng)力叫預(yù)應(yīng)力。設(shè)置預(yù)應(yīng)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(jìn)入片間。o1-100o2-80o30o450o580o650o70圖 2 中心螺栓裝配前后的鋼板彈簧合理的各片根部預(yù)應(yīng)力分布，應(yīng)該是主片及靠近主片的幾片取負(fù)預(yù)應(yīng)力。（上表面受壓），下面幾片取正預(yù)應(yīng)力（上表面受拉），負(fù)預(yù)應(yīng)力最大值一般不超過150MPa，正預(yù)應(yīng)力最大值一般不超過6080Mpa。但在板簧懸臂梁模型根部，由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩之和應(yīng)相等： 為各片上表面的預(yù)應(yīng)力；為各片抗彎截面系數(shù)。由于所

12、有板簧具有相同的厚度和寬度，則只需要。表格 2 預(yù)應(yīng)力分布滿足要求。圖 3 預(yù)應(yīng)力分布圖板簧在工作中的實(shí)際靜應(yīng)力應(yīng)為前述的計(jì)算應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力的和：即： 2.9自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算板簧僅由中心螺栓裝配后，應(yīng)有適當(dāng)?shù)幕「?，否則，就不能保證滿載時(shí)的弧高Ha，因而也就不能保證板簧在適當(dāng)?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， 是與板簧總長和騎馬螺栓中心矩S有關(guān)的附加變形，可用下式估算：板簧自由狀態(tài)的曲率半徑與有圖4所示關(guān)系:H0L圖4 板簧長度、曲率半徑與弧高的關(guān)系故有： 代入數(shù)據(jù)可得：2.10自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑校核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，

13、裝配時(shí)各片產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。各片自由狀態(tài)下做成不同的目的是：使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少各片的工作應(yīng)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：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為各片彈簧預(yù)應(yīng)力（MPa）；取E為2.1105MPa；hi為第i片的厚度（mm）。代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可得：R1=2137.78mm R2=2001.92mmR3=1596.16mm R4=1416.69mmR5=1327.16,mm R6=1416.69mmR7=1596.16mm如

14、果第i片的片長為Li，則第i片彈簧的弧高為H1=77.36mm H2=82.57mmH3=75.21mm H4=57.89mmH5=37.38mm H6=18.67mmH7=6.58mm鋼板彈簧總成弧高的核算：由于鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力0i后用公式計(jì)算受其影響，裝配后鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下的弧高與用R0=L2/8H0結(jié)果會(huì)不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。根據(jù)最小勢能定理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢能總和的最小狀態(tài)，因此可以求得等厚葉片彈簧的R0為（Li為第i片的長度）。鋼板彈簧總成的弧高為根據(jù)此式計(jì)算的結(jié)果和上式計(jì)算的結(jié)果應(yīng)相近。計(jì)算過程中的參數(shù)如

15、下表：0i(MPaLi(mmL/RL1-10011500.537940199L2-8011500.574448135L309800.61397416L4508100.571754152L5806300.474697674L6504600.324699889L702900.181686231表格 3 弧高計(jì)算最終計(jì)算可得H=99.10mm，符合要求2.11板簧的動(dòng)應(yīng)力和最大應(yīng)力鋼簧彈簧葉片的工作狀況比較惡劣，在設(shè)計(jì)時(shí)，除對(duì)上述靜應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算外，還要對(duì)動(dòng)應(yīng)力和極限應(yīng)力進(jìn)行校核。dd是板簧從滿載靜止變形起，繼續(xù)變形，直到動(dòng)行程fd消失，各片上表面所增加的拉應(yīng)力。由于應(yīng)力與變形（撓度）成正比，因此各片

16、的動(dòng)應(yīng)力di與靜止應(yīng)力i有下述關(guān)系： 故： 其中fd=80mm， fc=62.5mm將數(shù)值帶入可以求得相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果：i（MPadi (MPaL1199.62 184.32L2219.62 202.79L3299.62 276.66L4349.62 322.83L5379.62 350.53L6349.62 322.83L7299.62 276.66表格 4 動(dòng)應(yīng)力計(jì)算最大應(yīng)力max為各片靜應(yīng)力與動(dòng)應(yīng)力的疊加： 為許用最大應(yīng)力，取為1000MPaidiimaxL1199.62184.32383.95L2219.62202.79422.41L3299.62276.66576.28L4349.62

17、322.83672.45L5379.62350.53730.15L6349.62322.83672.45L7299.62276.66576.28表格 5 許用最大應(yīng)力計(jì)算其中最大值，滿足要求。2.12板簧的強(qiáng)度驗(yàn)算緊急制動(dòng)時(shí)，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力為為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷；為制動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車：；、為鋼板彈簧前、后段長度；為道路附著系數(shù)，取0.8；為鋼板彈簧總截面系數(shù)；c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離，取500mm。代入數(shù)值有 <1260MPa 校核通過。圖5 鋼板彈簧主片卷耳受力圖Fx為沿卷耳縱向作用在卷耳中心線的力，取為3643.64N；D為卷耳

18、內(nèi)徑，這里取為40mm；b為鋼板彈簧寬度，為70mm；h1為主片厚度，為6mm；許用應(yīng)力取350MPa。帶入數(shù)值計(jì)算可得，=164.83MPa<350MPa，符合要求。滿足要求。對(duì)鋼板彈簧銷，當(dāng)鋼板彈簧承受靜載荷時(shí)它收到擠壓應(yīng)力，為滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷；為卷耳處葉片寬度；為鋼板彈簧銷直徑。用30或40鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí)，彈簧銷擠壓應(yīng)力取為;則 結(jié)合卷耳內(nèi)徑對(duì)于d進(jìn)行取值，這里取為25mm。3附件選取3.1減振器設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求是：a.在使用期間保證汽車的行駛平順性的性能穩(wěn)定；b.有足夠的使用壽命。相對(duì)阻尼系數(shù)可以評(píng)價(jià)懸架振動(dòng)衰減的快慢程度。值大，振動(dòng)能迅速衰減，

19、同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持有=（0.250.50）的關(guān)系。鋼板彈簧屬于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取0.3，由=（+）得=0.4，=0.2。根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。其中，ms=306.97kg, 所以:F0為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷閥，此時(shí)的卸荷速度用伸張行程的最大卸荷力 :計(jì)算出以上的參數(shù)后，可以根據(jù)下面的公式估算減振器工作直徑D為工作缸最大允許壓力，取3-4 MPa；為連桿直徑與鋼筒直徑之比，雙筒式減振器取。代入這些相關(guān)數(shù)據(jù)得,查QC/T4911999汽車筒式減振器 尺寸系列及技術(shù)條件，減振器的工作缸直徑D為34mm。貯油筒直徑，