燕山大学车辆与能源学院汽车设计钢板弹簧设计说明书

燕山大学课程设计说明书题目：CA1051K26L4载货汽车后悬架设计学院（系）：车辆与能源学院年级专业：09车辆二班学号：090113030032学生姓名：付海东指导教师：韩宗奇教师职称：教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：学号学生姓名专业（班级）设计题目设计技术参数设计要求工作量工作计划参考资料指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年月日指导教师评语：成绩：指导教师：年月日答辩小组评语：成绩：评阅人：年月日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年月日燕山大学课程设计评审意见表一、参数选择及计算方法1、选择悬架主要参数：cn、cf、sc、0n、0f（1）满载偏频：cn满载偏频cn对汽车平顺性影响很大，在设计悬架初期就要先定义满载偏频的范围。建议取：货车满载后悬架偏频的推荐范围nc=1.70~2.17Hz，这里选为nc=1.91Hz。（2）满载静挠度：cf悬架的静挠度cf会直接影响到车身振动的满载偏频cn，因此，要保证汽车具有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架的静挠度。在选定偏频后可以依据下面的公式计算后悬架的静挠度cf)(/252cmnfcc代入数据mfcc85.691.1/252（3）板簧线刚度sC悬架的线刚度指的是车轮保持在地面上而车厢做垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹簧恢复力。钢板弹簧作为悬架中的弹性元件，它自身的线刚度会影响到悬架的线刚度，从而影响车厢的位移量，这里用如下的公式计算板簧的线刚度。Cs=Fw/fc代入数据cmfCcs/N71.4485.6/97.3063/FwHznc91.1cmfc85.6mNCsm/71.44（4）空载时的偏频0n及挠度0f计算出满载时的偏频cn和静挠度cf后，还需要通过空载情况下的静载荷求出此时的偏频0n及挠度cf。计算公式如下)(/5n00Hzf带入数据，mm64.4425.68/15.1996/00cfQfHzfn35.251.4/5/5002、钢板弹簧结构尺寸确定（1）板簧总长板簧的长度为弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。一般由设计人员确定，确定板簧的总长时要从以下几方面考虑。a）增加钢板弹簧的长度能明显降低弹簧应力，提高使用寿命；b）板簧长度增加能降低弹簧刚度，改善汽车行驶的平顺性；c）在垂直刚度给定的条件下，板簧长度增加又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度;因此，原则上，在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。对于货车的后悬架推荐在如下的范围内选择：)45.035.0(L轴距。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。最后选择的钢板弹簧的长度为mm1150Lmfm64.440Hzn35.20mmL1150（2）满载静止弧高aH满载静止弧高aH是装配到汽车上之后的板簧弧高，一般后悬架为mmHa)2010(，考虑到钢板弹簧安装好后有足够的上跳动挠度，将满载静止弧高aH取为15mm。（3）跳动挠度悬架弹簧的动挠度df与其限位行程有关，二者应适当配合，否则会增加行驶中撞击限位的概率，使平顺性变坏。动挠度过大则板簧的最大应力增大，过小则容易碰撞限位块。带入相关数据得出这里设计的后悬架的跳动挠度范围(6-9)cm，考虑到悬架弹簧的动挠度df与其限位行程很好的配合，将上跳动挠度df定为7.5cm。3.板簧片数及断面参数选择⑴板簧片数初选总片数0n和主片数1n，后簧取14~60n，11n。片数少些有利于制造和装配，并可以降低片之间的干摩擦，改善汽车行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大，材料利用率变坏。综合考虑此客车的行驶平顺性与静载荷，将板簧总片数0n定为7，主片数1n定为1。(2)断面宽度与高度在研究钢板弹簧时，常将其抽象成简支梁。因此可利用简支梁的挠度公式计算板簧的总惯性矩430mm48)(ECSKLJSδ：挠度系数；mmHa15cmfd5.711n70nS：骑马螺栓距离；K：非工作长度系数，表征骑马螺栓的夹紧程度；这里K=0.5为刚性夹紧。查国标GB1222—84选取簧片的断面参数，即宽度b，厚度h，将截面形状定为矩形，则惯性矩为：12nbhJ30计算出的J∑J`∑与计算的比较，应大致相等，否则调整片数或断面参数，直至满意为止（相对误差小于5%）。其中各参数的取值如下；37.17/15.0104.1/5.15.0104.1/5.1；S=125mm；K=0.5；b=90mm；h=9mm；由公式计算，J0=7775.23mm4由公式12nbhJ30计算可得，J0=8018.35mm4二者的相对误差%03.335.801823.7775-35.8018，符合要求。4.板簧的应力校核(1)平均应力抽象成简支梁的板簧在承受载荷Fw、变形为fc时，根部应力为：cccKSLEhf261c为许用静应力，经应力喷丸处理的弹簧钢:后簧:c=450—550MPa37.14023.7775mmJ4'035.8018mmJMpac15.326430mm48)(ECSKLJS代入相应数据得ccMpa15.3261165.0115037.13.696101.2625(2)比应力比应力ccf/，即单位板簧变形对应的应力。它与载荷及变形无关，是衡量强度利用程度及使用寿命的一个很好的参数：MPa/mm61/2KSLEhfcc在4.5—5.0MPa/mm较好。代入相应数据mmMpa/71.41165.0115037.161010.2625符合要求。(3)最大应力最大应力即板簧产生最大变形dcfff时的应力：MpaSKLffEhdc1000~90062max代入相关数据Mpa63.6511165.0115037.17569.25*61010.2625max900Mpa符合要求。上述三种应力有任一个不能满足要求时，应调整参数，再行计算直至满意为止。5.各片长度的确定簧片长度是指其各片的伸直长度。有两种设计方法，一是等差级数法，二是作图法。这里采用作图法确定钢板弹簧各片的长度，做出的图如下图所示，然后将各片长度进行圆整即可。mmMpa/71.4mml11501最终确定各片长度为：mml11501,mml11502,mml9803,mml8104mml6305,mml4606,mml29076、板簧的刚度校验一般用共同曲率法进行计算，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。验算钢板弹簧实际刚度公式为：)(61131kknkksYYECa其中：111kkall，kiikJY11，1111kiikJY,kiiJ1为第一片到第k片处所有叶片的惯性矩之和。式中为经验修正系数，)94.0~90.0(；E为材料弹性模量；mml11502mml9803mml8104mml6305mml4606mml2907L1=1150mmL2=1150mmL3=980mmL4=810mmL5=630mmL6=460mmL7=290mmJi=1260mm4a1=0a2=0a3=85mma4=170mm1l、1kl为主片和第1k片的一半长度。主簧刚度计算：为计算方便，在进行设计时，通常采用列表法计算。刚度公式中3111()ikkkkaYY部分计算见下表：选择修正系数92.0，将数据代入刚度公式，得后主簧实际总成自由刚度。N/mm91.46)(/61113iiniiYYaEC%6.491.4671.44-91.46CCs-C，符合要求。7各片应力计算下面用共同曲率法，根据假设，在悬臂梁模型根部，各片所承受的弯矩与其惯性矩成正比，即：iiiiJMJMi=1~nliLaJiYkL1（mm）5751150012600.000793651L2（mm）5751150012600.000396825L3（mm）4909808512600.00026455L4（mm）40581017012600.000198413L5（mm）31563026012600.00015873L6（mm）23046034512600.000132275L7（mm）14529043012600.00011337957512600a5=260mma6=345mma7=430mma8=575mmY1=0.000793651Y2=0.000396825Y3=0.00026455Y4=0.000198413Y5=0.00015873Y6=0.000132275Y7=0.000113379Y8=0N/mm91.46CiM，iJ分别为根部的总弯矩和总惯性矩。且iM=11lP，故有：iiiiiiJJlPMJJM11根部应力：iiiiiigJWJlPWM11ni21代入数据有MpaMpaJWJlPiiiig5505.420584.368803413333.0213252374.11211满足要求。8.预应力及其选择板簧在工作中，以主片断裂最常见。断裂的部位常发生在①卷耳附近；②骑马螺栓附近；③下片的端部。因此，在设计板簧时，适当加强主片的强度，对提高板簧的寿命和可靠性很有必要。加强主片的措施有以下几种：一是多主片（二片或三片），二是主片的厚度大于其他片，三是置预应力。在设计板簧时，有意识地将各片设计成自由状态下的曲率半径不等，自上而下，曲率半径逐渐减小，如图7（b）所示，当中心螺栓装配成总成后，各片便紧密贴合，具有近似相等的曲率半径。如图7（a）所示，这时，虽然外载荷0Q，但由于各片之间的相互作用，各片都产生了一定的应力。很明显，主片及靠近主片的几片，曲率半径变小，上表面有了负应力（压应力）；而下面几片的上表面都有了正应力（拉应力）。这种由于各片之间自由曲率半径不等而相互作用产生的应力叫预应力。设置预应力不仅能够充分利用材料，提高板簧寿命和可靠性，而且可以使片间贴合更紧，防止泥沙进入片间。图4（a）图4（b）图4中心螺栓装配前后的钢板弹簧合理的各片根部预应力分布如图8所示。主片及靠近主片的几片取负预应力。（上表面受压），下面几片取正预应力（上表面受拉），负预应力最大值一般不超过150MPa，正预应力最大值一般不超过60~80Mpa。但在板簧悬臂梁模型根部，由预应力产生的弯矩之和应相等：图5各片预应力分布niniioioiWm110（－）（+）oi为各片上表面的预应力，iW为各片抗弯截面系数。由于所有板簧具有相同的厚度和宽度，则只需要nioi10。表1即各个板簧预应力分配。表1005080500801001nioi满足要求。图6预应力分布板簧在工作中的实际静应力应为前述的计算应力与预应力的和：即：oiigini21Mpaog62.19910062.299111σo1-100σo2-80σo30σo450σo580σo650σo70Mpaog62.2198062.299222Mpaog62.299062.299333Mpaog62.3495062.299444Mpaog62.