钢板弹簧课设说明书

中北大学2012届本科课程设计说明书目录1.绪论———————————————————————————————12.悬架主要参数的确定————————————————————————33.钢板弹簧参数确定—————————————————————————53.1钢板弹簧的布置方案——————————————————————53.2板断面尺寸及片数的确定————————————————————63.3确定各片钢板弹簧的长度————————————————————64.校核———————————————————————————————84.1钢板弹簧的刚度验算——————————————————————84.2状态下的弧高及曲率半径计算———————————----————114.2.1.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高0H————————————124.2.2钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定———————————124.3钢板弹簧总成弧高的核算—————————-—————————144.4钢板弹簧的强度验算—————————————————————154.5钢板弹簧卷耳内径的确定———————————————————164.6设计结果——————————————————————————175.总结——————————————————————————————186.参考文献————————————————————————————19中北大学2012届本科课程设计说明书11绪论悬架是汽车的车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。它的作用是弹性地连接车桥和车架，缓和行驶中车辆受到的冲击力。保证货物完好和人员舒适，使汽车在行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力和侧向反力以及这些力所造成的力矩，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。悬架是汽车中的一个重要组成部分，它把车架与车轮弹性地连接起来，关系到汽车的多种使用性能。悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。现代汽车悬架的发展迅速，不断出现崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，汽车姿态只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼.现代汽车对平顺性和操纵稳定性和舒适性的要求越来越高，已成为衡量汽车性能好坏的标准。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的组成之一。汽车的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和簧载质量所决定。人体所习惯的垂直振动频率约为1～1.6Hz。车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才能满足舒适性要求。在悬架垂直载荷一定时，悬架刚度越小，固有频率就越低，但悬架刚度越小，载荷一定时悬架垂直变形就越大。这样若没有足够大的限位行程，就可能会撞击限位块。若固有频率选取过低，很可能会出现制动点头，转弯侧倾角大，空载和满载车身高度变化过大。一般货车固有频率是1.5～2Hz，中北大学2012届本科课程设计说明书2旅行客车1.2～1.8Hz，高级轿车1～1.3Hz。另外，当悬架刚度一定时，簧载质量越大，悬架垂直变形也越大，而固有频率越低。空车时的固有频率要比满载时的高。簧载质量变化范围大，固有频率变化范围也大。为了使空载和满载固有频率保持一定或很小变化，需要把悬架刚度做成可变或可调的。影响汽车平顺性的另一个悬架指标是簧载质量。簧载质量分为簧上质量与簧下质量两部分，由弹性元件承载的部分质量，如车身、车架及其它所有弹簧以上的部件和载荷属于簧上质量m。车轮、非独立悬架的车轴等属于簧下质量，也叫非簧载质量M。如果减小非簧载质量可使车身振动频率降低，而车轮振动频率升高，这对减少共振，改善汽车的平顺性是有利的。非簧载质量对平顺性的影响，常用非簧载质量和簧载质量之比m/M进行评价。影响汽车平顺性的另一重要指标是阻尼比，此值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到车身，值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张小。悬架的侧倾角刚度及前后匹配是影响汽车操纵稳定性的重要参数。当汽车受侧向力作用发生车身侧倾，若侧倾角过大，乘客会感到不安全，不舒适，如侧倾角过小，车身受到横向冲击较大，乘客也会感到不适，司机路感不好。所以，整车侧倾角刚度应满足：当车身受到0.4g侧向加速度时，其侧倾角在2.5°～4°范围内，汽车有一定不足转向特性，前悬架侧倾角刚度应大于后悬架侧倾角刚度。一般前悬架侧倾角刚度与后悬架侧倾角刚度比应在1.4～2.6范围内，如前后悬架本身不能满足上述要求，可在前后悬架中加装横向稳定杆，提高汽车操纵稳定性。中北大学2012届本科课程设计说明书32、钢板弹簧参数的确定表2-1条件参数名称数值备注总重G错误!未找到引用源。=9996NG=1020×9.8N自重G0=3822NG=390×9.8N空车轴载荷错误!未找到引用源。1=2102.1N错误!未找到引用源。=1719.9N满载轴载荷错误!未找到引用源。=3498.6NG2=6497.4N非簧载质量aG=382.2N错误!未找到引用源。=573.3N轴距(L)=2070mm满载时偏颇n1=1.50～2.10Hzn2=1.70～2.17Hz钢板弹簧长L1=0.3×2070=621mmL2=0.40×2070=828mmL1=(0.26～035)轴距L2=(0.35～0.45)轴距选材60Si2Mn弹性模量E=25/101.2mmN挠度Fd=60～90mmfc1=86.5mmfc2=69.3mm错误!未找到引用源。(n1=1.70,n2=1.90)U型螺栓中心距S1=62mmS2=83mmS=8～15%L3、钢板弹簧参数确定3.1钢板弹簧的布置方案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，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只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。纵置钢板弹簧又有对称式与不对称式之分。钢板弹簧中部在车轴上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则称为对称式钢板弹簧；若不相等，则称为不对称式钢板弹簧。多数情况下，汽车采用对称式钢板弹簧。中北大学2012届本科课程设计说明书4本设计我们采用：纵置对称式3.2确定断面尺寸及片数有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数δ加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩0J。对于对称钢板弹簧：3048JLkscE式3-1式中，s为U形螺栓中心距（mm）；k为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如刚性夹紧，取k=0.5，挠性夹紧，取k=0）；c为钢板弹簧垂直刚度（N/mm），/wccFf；δ为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数1n，再估计一个总片数0n,求得10nn，然后用1.51.0410.5初定δ）E为材料的弹性模量。其中，)]85.01(04.1[5.11n，取11n，则105.15.1，Fw1=(G1-Ga)/2=1558.2NFw2=(G2-Gb)/2=2962.05N取k=0.5则/wccFf带入数据得C1=18mmC2=42.7mm3048JLkscE其代入求得:352011.56210.56218482.110497.8N1.105Jmm；352021.58280.58342.7482.1102797.6N1.105Jmm])[4/()('0WWksLFW；式3-2W01=1558.2(621-0.562)/(4400)=574.6W02=2962.05(828-0.583)/(4500)=1164.8初取00/2WJhp101012497.82/1.73574.6phJWmm中北大学2012届本科课程设计说明书52020222797.62/4.81164.8phJWmm取b=9phb1=15.57mmb2=43.2mm我们选用矩形断面8片钢板，则3nb12hJo代入数据得h1=3.63mmh2=4.6mm片宽b对汽车性能的影响：1）.增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。2）.前悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得增加片数，从而增加片间的摩擦弹簧的总厚3）.推荐片宽与片厚的比值b/ph在6～10范围内选取。查表：b和h应符合国产型材规格尺寸，选取b1=16mmb2=45mmh1=4mmh2=5mm3.3确定各片钢板弹簧的长度应尽可能将钢板弹簧取长些,原因如下：1,增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命降低弹簧刚度，改善汽车平顺性。2,在垂直刚度c给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。3,刚板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。4,增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形。有作图法如图(3-1)、(3-2)中北大学2012届本科课程设计说明书6前弹簧:12LL=621(单位:mm)图3-1前弹簧各片弹簧长度表3-2：各片弹簧长度mm序列号单边L/2取整圆整双边L1310.53113156302310.53113156303275.562762805604240.632412454905205.692062104206170.751711753507135.811361402808100.88101105210中北大学2012届本科课程设计说明书7后弹簧:L1=L2=828mm图2-2后钢板弹簧各片钢板长度表3-3mm序列号单边L/2取整圆整双边L141441441583024144144158303320.883213256504274.312742755505227.752282304606181.191811853707134.63135135270中北大学2012届本科课程设计说明书8888.0688901804校核4.1、钢板弹簧的刚度验算在此之前，有关挠度增大系数、总惯性矩0J、片长和叶片端部形状等的确定都不够准确，所以有必要验算刚度。用共同曲率法计算刚度的前提是，假定同一截面上各片曲率变化值相同，各片所承受的弯矩正比于其惯性矩，同时该截面上各片的弯矩和等于外力所引起的弯矩。刚度验算公式为nkkkkYYaEc1131)(6(3-1)其中，)(111kklla；kiikJY11；1111kiikJY。式中，为经验修正系数，＝0.90～0.94；E为材料弹性模量；1l、1kl为主片和第(1k)片的一半长度。前钢板弹簧：则当,k=1，212lla=0k=2，313lla=315-280=35mmk=3，414lla=315-245=70mmk=4，515lla=315-210=105mmk=5，616lla=