钢板弹簧设计方案.docx

1 .汽车钢板弹簧构造选择42 .钢板弹簧构造设计计算53 .初定片数、截面尺寸74 .按作图法求各片弦长85 .挠度计算86 .钢板弹簧各片应力计算87 .加预紧力98 .钢板弹簧各片实际弦长时计算139 .在自由状态下各片的曲率半径计算1410 .钢板在极限工作下的强度验算16IL卷耳和销的计算1712 .参照文献1813 .附表114 .附图汽车设计课程设计题目设计题目：汽车钢板弹簧设计重要技术和性能参数(第二组)前轴轴负荷(N)空载1514444-十卜满载19344前轴非簧载质量(kg)420钢板弹簧作用距离L(mm)1300两个，U，型螺栓中心距S(mm)110静绕度fc(mm)(满载)80-90动绕度fa(mm)56钢板弹簧满载时弧高F28钢板弹簧卷耳固定点至路面距离C550汽车钢板弹簧简介钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种元件。它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可不等），曲率半径不等的合金弹簧片组合而成的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，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的村套，以便用弹簧销与固定在车架上的之家或吊耳作钱链连接。钢板弹簧重要由主片、副片、弹簧夹、螺栓、套管、螺母等构成。钢板弹簧日勺中部一般用U形螺栓固定在车桥上。汽车钢板弹簧日勺材料一般用60Si2Mn、55SiMnVBo一、汽车钢板弹簧构造选择1 .选择断面形状有矩形，T形，单面有抛物线边缘，单面有双槽等断面形式为了提高疲劳强度，选用60Si2Mn材料即最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。由于矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的堆成位置上。工作时，一面受拉应力、另一面受压应力作用，并且上、下表面的名义拉应力和压应力日勺绝对值相等。故选择矩形断面形式。2 .长度圆整圆整为“0”“5”尾数3 .叶片端部形状吊耳卷耳包耳5 .材料为了提高疲劳强度，选用60Si2MnE（弹性模量）=2.1×IO5MPa6 .采用等厚度钢板弹簧二、汽车钢板弹簧设计计算（一）初定片数、截面尺寸1.主片数=2、总片数n=87 .计算钢板弹簧平均厚度D转动惯量4尸色PC弹性模量E=2.1x105Nh系数n=T=0.252）挠度增大系数6=1.5/104（1+0511）=12820513）刚度4）5二（轴荷一非簧载）/2N满载轴荷：19344N非簧载：mg=420x9.8=4116NF*=（19344-4116）/2=7614N满载静挠度取fc=90mm刚度<=84.6Nmm5)无效长度系数K=0.56)钢板弹簧静应力c=L-ks)4W0NInmi许用应力。=(1.39-1.55)fc+(245315)=(1.39-1.55)×90+(245-315)N/帆虎因此伍泊日勺范围是370.1454.5Nm%一般选用大某些，使W。小；大，以满足制动时Snm的规定；故取'c=440Nm后3钢板弹簧总截面系数W0=Fm(L-/4<Tcmm钢板弹簧作用距离L(mm)=1300mm两个U型螺栓中心距S(mm)=110mmW0=Fw(L-ks)/4J=7614×(13(X)-0.5×110)(4×440)=5386.04三?J0=b(£-依)3C/(48E)=1.28205l×(1300-0.5×lIO)3×84.6/(48×2.1×105)=20764.581.一米=1300-0.5x110=1245(L-Jb)2=1550025平均厚度hl=2J0%=<5(L-ks)2e/6Efc=7.71051Zmm7)计算比应。比=6EhJ(L-依A=6×2.1×105×7.710518/(1.282051X1550025)=4.89N/mm8）计算最大应力5nax = -(/+()动挠度力=56mm最大应力lax=4.89(90÷56)=713.94W3、计算片宽b片厚hJ0=nbh321)2)片厚A=1.11=l.l×7.710518=8.4815698圆整h=10mm片宽(矩形断面)力=12J。/h3n=3i4687mm圆整b=31mm3)校核 bh=6.56bh0按型材GB12222-84选b=65mmb/h在范围内，故合适。=16Z=1690=1.68654)粗校固有频率HzJ0 = nbh3/12 =四丑= 20666.67C = J048E12S(L - ks) = 84.2 N/mmfc=Fw/C=90.428mmN=1.68255Hz三、按作图法确定各片的弦长l)z3=IO3=100O2)(%-1W=川=100O3)h?3=8×1000=80004）求各片的（弦长L片序号长度mm取整mm圆整mm单边mm双边mm最短片L1143.6143140140280L2232.1232230225450320.7320320305610L4409.3409410309780U497.9497500470940L6586.4586585550HOOL：6756756756751350763.67636756751350n=8,l=8=675mm四、梯度计算1、钢板弹簧刚度的（计算（列表）。见附表1页2、钢板弹簧总成刚度C=空=268.3985N/mmInn1）、刚度差（C实一C理）/C实X1。=65.6552%2）、钢板弹簧总成抗度力=2e/c缶帆）=343448mm（2匕=/）3）、钢板弹簧的固有频率N（Hz）=普=/O=2.73017（Hz）434.3448N在1.32.3Hz之间。五、钢板弹簧各片应力的计算列表计算，见附表1页六、加预紧力1 、主片（一、二）加负的预紧力与在-（80"-150）N/mm22、其他各片加正的预紧力匹.在2060Nmm2范围之内，基本相等，且寿命相称。3、规定任一截面中预应力导致的弯矩和等于零即E瓦。o=0oOl002o03O04O05006°07OoS-90-90303030303030七、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RM)1)、主片1、满载是弧高fs=f.+(iT)hmm=40mm、弦长L尸1350(L.-ks)/1350-0.5*110-U、计算弦长L='/2=2647.5111111、曲率半径RM=L/2/(+,)=647.5%*40=5260.7相机、夹角4=arcsin(Lz/Rmi)=arcsin(647.5/5260.7)=0.12340、弧长L"26R,产2X0.1234X5260.7=1298.29三、实际弧长乙2=l1=1298.29+0.5×110=1353.29mm2)、主片2、满载时弧高fa2=+=40+1=50mm、弧长乙=1350mm、计算弦长L12="2-k%=-=647.5WwI、曲率半径&2=2(小孕=64Z%(5o+25)=4217563三、夹角62=arcsin（L2/弋瓶）二。154134。、弧长=2%&2=2x0154134×4217.563=1300.142mm、实际弧长=乙21+=1300.142+0.5x110=1355.142mm3）、片3、满载时弧高=6°,7三、弧长4=1170加7?、计算弧长L/3=557.55、曲率半径Rm3=L132/2/（必+g）=2620.05、夹角%=arcsi（Ln/Rm3）=0.214420、弧长L31=23Rm3=1123.59,Vm、实际长度乙32=41+As=1178.59w?4）片4、满载时弧高。4=7bmm、弧长4=990m小、计算弧长Lf4=区-"%=467.5三、曲率半径片4=L/2/（九+与）=1596.加、夹角名=arcsin（Lz4/Rm4）=0.297260、弧长=2"RM=2×0.29726×1596.12=948.913三、实际弧长Ln=Ln+=98.913+0.5*110=1003.91nn、满载是弧高f(l5=80、弦长&=820mm、计算弦长L15=(L5ks)/2=382.5mm、曲率半径'5=L-2(%+g)=954.4141mm、夹角5=arcsin(Lz)=0.412357°、弧长人1=2久45=2x0.4123.57x954.4141=787.1178、实际弧长4=%+ks=787.1178+0.5*110=842.1178m6)、片6、满载时弧高£,6=90加7、弦长4=64Om、计算弦长乙6=«6_%=292,5mm、曲率半径Rtll6=Ll12(fa+勺)=520.313帆帆、夹角4=arcsin(L6K.6)=O597、弧长L61=206Rw6=2×0.597×520.313=621.25Imm、实际弧长L62=L61+K5=621.251+0.5×110=676.25Imm7)、片7、满载是弧高。7=l制、弦长=460、计算弦长L11=(L1-ZS)/2=202.5mm、曲率半径七7=Lj/2/(/,7+等)=255.03皿2、夹角为=arcsin(%/(力)=0.917390、弧长=2%R,m=2x0.91739×255.031=467.928/w77、实际弧长L11=L71+ks=467.928+0.5×110=522.928nm8)、片8、满载是弧高力力=°"2帆、弦长4=280"、计算弦长右8=(&_去)/2=112.5小勿、曲率半径RmR=L/2/(A8÷l)=H2.528如%、夹角4=arcsin(L/8/&8)=L54833°、弧长Lsi=2sRms=2×1.54833×112.528=348.46Imm、实际弧长42=l5÷v=348.461+0.5×110=403.46b/zm2 .主片1卷耳内径D=35mm卷耳长度L卷二万(D+h)-=3.14×(35+10)X8-=123.7163mm8滑动处延伸度L延二50mm3.主片2包耳长度L包二(27.5+h)×y-+12=3.14×(2.75+10)×1+12=188.7375mm侧钩弯曲半径R=15mm侧钩长度Lfflj="(R+g)/2+25=56.42mm各片总成伸直长度1.i伸二各片弦长4+L卷+“(或L包+L例)+滑板吊耳宽度(4Omm)1.伸=1350+123.7163+40=1513.72mm1.2伸=1350mm1.3f41=1170mm1.4伸=990mm1.§伸=820mm1.6伸=640mm1.7伸=460mm1.8伸=280mm八、钢板弹簧总成在自由状态下各片的曲率半径R°1未夹紧"U”型螺栓的m空载弧高F=f,+f,+A动拢度。=63预压缩产生的塑性变形=(0.0550.075)(fr+fj)=0.075(100+63)=8.965mm.F=I00÷50+8.965=158.965mm型螺栓夹紧时对弧高的影响AHH=2*L(2L-s)(f+f+)=17.71233mmF0=F+H=158.965+17.71233=176.6773mm3 .求主片区)曲率半径Rol由公式F(R)=I-F0/01-cosL12(2R01)=0F(R)=0(计算到小数点后5位)1)设Rr=1500Rx2=2023；则F(Rxl)=-0.01775<0；F(Rx2)=-0.0340702)令Rg=(Rx1+R2)/2=1750；则F(RX3)=00271303) R4=(x1+Ro)2=1625;则F(RM)=-0.0232804) R5=(Rj3+R4)/2=1687.5；则F(Rv5)=-0.0253805) Rv6=(x4+R5)/2=1656.25；则F(RX6)=00243706) Rv7=(ex4+Rt6)/2=1640.625；则F(RX7)=-00234807) Rv8=(/?x4+Rr7)/2=1632.81；贝(jF(<8)=00235608) Ra9=(/x7+Rr8)/2=1636.719；则F(RX9)=0023700则装配后的曲率半径Rol=(Rx8+Rx11)/2=1632.8mm4 .基于各片的曲率半径Roi为R。的同心圆即ROj=RO+(i-l)h(mm)R01 = 1633.29R03 = 1653.29R05=1673.29Ro7=1693.29R02 = 1643.29R04 = 1663.29R06 = 1683.29R08=1703.29九、钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径计算1.求各片的曲率半径R,公式：R-=R0,(l+20lEhi)(mm).R1=I934.149758R2=1593.41R3=1602.82R4=1612.21R5=1621.6R=1630.996为二1693.29/?8=1703.292做弧高验算分派后的总成的曲率半径为R。由最小势能原理可知1/Ro=(IR1)(I1LJI:第i片的惯性矩=bl121.t:第i片日勺的长度R,:第i片自由状态下日勺曲率半径各片厚度相等则1R°=Z(LJR1)/ZL,=1671.65弧高的比较F验与F0=Fc+F,+H进行比较F4.-F0=I30.495-176.677=-46.182mm(F验-FO)/F0*100°0=-46.182/176.677X100%=-26.139%.求各片在自由状态下的弧高F11.Oi=(Lj-KJ2)mm1.01=647.5L02=647.51.03=557.5L04=467.51.05=382.5L06=292.51.07=202.5L08=112.5Fi=Rj7（弋2二）则有F1=111.602F2=137.49F3=1OO.O8F4=69.2696F5=45.757F6=26.4426F7=12.152F7=3.71933 .给出产品的出厂检查原则空载时（P=O）F=F检=130.4952mm载荷P=2023N时，在载荷P下产生的动挠度%=pcC=268.3985F1=F.-Fci=123.044I里十、钢板总成在极限工作下的强度计算1,紧急制动时，前钢棒弹簧承受的!载荷最大，在他们后半段出现最大应力BQM0=O7（道路附着系数C：满载时弹簧固定点道路面的距离C=600mm11、12弹簧前、后段长度：l=12=L2=675mmG:作用在前轴上的静载荷的二分之一（N）=FW“二Wtr制动时Wtr车Iwfe制图的2%=15叱）：钢板弹簧总截面系数%斗垫板：考虑KS处断面。（L*b*h*hl）取140*45*10*6（根据b；h；取）佻4华标=bhS/(z26)=530.8333%=9197.5。而二823.089m1×G1×2=9333326I1+×C=1095=8.1×10-815.通过不平路面OmaX=kG1l1l2d1+l2)WoJ9OO-lOOO2Vmm2k=(fc+fd)fc=1.006834°n三=340.56809001000Nmm2十一、卷耳和销的）检查1,卷耳的检查：由弯曲应力和拉应力合成的。=3Fx（D+hpl）bhpl2+Fxbhpl350Nmrrf（取大的安全系数）Fx：沿弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力，NoFx=Glml,=9679.005D：卷耳内径：35mmb、Az,1:钢板弹簧主片宽和厚，mm。=3Fx(D+hpl)bhpl2+Fxbhpl=285.205Nmm22,销的验算弹簧销的直径d按钢板弹簧受静载荷时的挤压应力?验算2fc其中d为销的直径为30mmb卷耳处叶片宽为65mm。FS钢板弹簧端部载荷，NoFs=m1'G=13827.157V20号钢或20Cr钢渗碳处理，取79Nm11f°dFsbL。=30.38934OZ=7.09085参照文献1 .汽车设计吉林大学王望予2 .汽车构造吉林大学陈家瑞3 .机械零件设计手册机械工业出版社吴宗泽4 .汽车工程手册人民交通出版社5 .GB1222-84热轧弹簧扁钢6 .汽车设计课程设计指导书贵州大学