轻型货车前悬架设计说明书解析

燕山大学课程设计说明书1汽车专业课程设计题目：轻型货车钢板弹簧总成设计学院：燕山大学里仁学院专业：车辆工程班级：车辆工程2班姓名：高缘学号：121113031042指导老师：裴永生2016年1月8日燕山大学课程设计说明书2目录一、设计任务书...................................1二、设计方案.....................................3三、设计计算说明.................................33．1前悬架静挠度fc1，前悬架钢板弹簧刚度c1.......................33．2前悬架的动挠度fd1确定。.....................................33．3货车前悬架钢板弹簧的主要参数的确定..........................43．3．1．钢板弹簧长度L......................................43．3．2．前悬架钢挠度增大系数................................43．3．3.钢板弹簧片总惯性矩...................................43．3．4钢板弹簧片的厚度和宽度的计算.........................43．4钢板弹簧各片长度的确定......................................53．5钢板弹簧的刚度验算..........................................53．6钢板弹簧总成在自由状态弧高及曲率半径的核算..................63．6．1钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径.............63．6．2钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径...................73．6．3钢板弹簧各片在自由状态下的弧高.......................73．7钢板弹簧总成弧高及的核算....................................83．8钢板弹簧的强度的核算........................................8四．设计小结...................................................10课程设计计算说明书32、设计方案钢板弹簧设计是在已知弹簧负荷情况下，根据汽车对悬架性能要求，确定弹簧刚度，求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。并要求弹簧尺寸规格满足弹簧的强度要求。在整个设计过程中，一起设计了前悬架。按着以下的顺序完成了总体的设计。（一）、前悬架静挠度fc1，前悬架钢板弹簧刚度c1（二）、前悬架的动挠度fd1确定（三）、货车前悬架钢板弹簧的主要参数的确定（四）、钢板弹簧各片长度的确定（五）（五）、钢板弹簧的刚度验算（六）、钢板弹簧总成在自由状态弧高及曲率半径的核算（七）、钢板弹簧总成弧高及的核算（八）、钢板弹簧的强度的核算。汽车满载总质量Q=2420kg额定载荷为1030kg(g取10N/kg)满载时前轴负荷占35%，后轴占65%故满载时前轴载荷为24201035%=8470N后轴载荷为24201065%=15730N空载时前轴负荷占50%，后轴占50%设空载时质量为1390kg故空载时前轴载荷为13901050%=6950N后轴载荷为13901050%=6950N取载荷最大者（计算依据）则前轴载荷为1G=8470N后轴载荷为2G=15730N课程设计计算说明书41.根据车轴载荷，求出车轴簧下质量悬架静载荷指的是车辆水平静置时单个悬架承受的垂直载荷，又叫悬挂质量或簧上质量。悬架静载荷要分别计算空载和满载两种工况，下面是计算方法：悬架静载荷=（轴载荷—簧下载荷）*1/2其中：簧下质量为总量的20%~25%M1=Q21%=242021%=508kg2.根据货车轴负荷求出簧上质量M2=Q0.79=24200.79=1912kg前悬架单个簧上质量m=M2*0.35/2=1912/2=669kg（1）.货车前轴负荷G1=15730N，则单个钢板弹簧的载荷：Fw1=mg/2=3345N(g取10N/kg)3.满载偏频nc偏频为评判整车平顺性能的一个重要参数，在设计悬架初期就要先定义偏频的范围。卡车满载偏频的范围nc=1.2~1.8HZ=72~108cycle/min，考虑到乘员乘坐舒适性的要求，一般客车前悬架的偏频低于前悬架的偏频。所以针对自己所设计的轻型货车，货车满载时，前悬架偏频要求在1.50~2.10Hz，取满载偏频n1=1.70Hz。根据满载偏频n，按式（3）求出满载静挠度fc（mm）n=5/fc--------------------（3）得fc=2(5/n)则fc1=21(5/n)fc1=86mm故符合要求。4.根据弹簧载荷G和静挠度fc，按式（4）求出予期夹紧刚度Ko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，单位车厢位移课程设计计算说明书5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。悬架钢板弹簧刚度Ko(单位N/mm)静挠度fc=Fw/Ko---------------（4）得前悬架钢板弹簧刚度Ko=Fw/fcKo1=Fw1/fc1=39N/mm1．相关资料查得，fd1为60~90mm。取fd1=90mm。1．由总体设计数据可得，货车的轴距为2515mm。货车前悬架钢板弹簧，L1=（0.26~0.35）轴距。则取L1=2515*0.3=755mm2．货车架钢板弹簧挠度增大系数。根据n1（与主片等长的片数）n（总片数）按式（5）算出。=1.5/[1.04（1+10n2n）]-----（5）（1）前悬架钢板弹簧挠度增大系数1取U形螺栓中心距s=86mm。取U行螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（刚性夹紧）k=0.5。初选总片数n和主片数n1，建议前簧取n=6～8，n1=1或2。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n定为8，主片数n1定为2。取n0=8，n1=2。弹性模量E=2.06510N/2mm挠度增大系数：1=1.5/[1.04（1+10n2n）]=1.283.根据予期夹紧刚度Ko，初步确定弹簧各片断面尺寸b、h和片数n根据Ko=3L()L-kSK得K=Ko/3L()L-kSk——无效长度系数，一般取0.4-0.6S——U型螺栓夹紧距一般取80-130（mm）K——弹簧自由刚度再根据K=（48EJoα）/（δL3））课程设计计算说明书6得Jo=KδL3/48EαE——钢材弹性模量，取E=2.06X105，N/mm2α——经验修正系数，取0.9Jo——总惯性矩由上述公式计算前悬架钢板弹簧自由刚度和总惯性矩。K1=Ko1/311L()L-kS其中k取0.5,S取90mm计算得K1=32N/mmECSKLJS48)(3Jo1=K11L13/48EαJo1=321.287553/482.065100.9Jo1=1981mm44.根据式（6）计算出钢板弹簧片的厚度和宽度Jo=bh3n/12（单位：mm4）------（6）b——各片宽度（mm）h——各片厚度（mm）n——总片数(前悬片数为8)因为推荐片宽与片厚的比值b/h在6~10范围内选取，则取b/h=9。则b=9hJo=9h48/12h=40/4J（1）.由上述公式计算前悬架钢板弹簧的厚度和宽度。h1=401/4J=4.26mm根据国标GB1222-84得，取h1为5mmb1=9h1取b1为45mm1.货车前悬架钢板弹簧各片长度的确定由前面计算得弹簧主片L1=755mm由于各片等厚，可按比例计算出其他各片的长度：课程设计计算说明书7第一片长L1=755mm第二片长L2=672m第三片长L3=589mm第四片长L4=506mm第五片长L5=423mm第六片长L6=339mm第七片长L7=256mm第八片长L8=173mm经验修正系数0.900.94，取0.93。1.前悬钢板弹簧刚度：311116/()nkkkkcEaYY1111111(),1/,1/kkkkKikiiiallYJYJ则，a2=42mma3=83mma4=125mma5=166mma6=208mma7=250mma8=291mm因为等厚，等宽，所以每片的截面惯性矩相等。则每片的截面惯性矩为，J=bh3/12=312.5Y1=1/J=0.0032Y2=0.0016Y3=0.0011Y4=0.0008Y5=0.00064Y6=0.00053Y7=0.000457Y8=0.0004311116/()nkkkkcEaYY＝219N/mm39N/mm符合要求。课程设计计算说明书81.钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径钢板弹簧总成自由弧高H0由满载弧高fa、静挠度fc及U型螺栓夹紧后引起的弧高变化△f三部分组成。满载时，弧高fa（不包括卷耳半径）一般取10～30mm.。0acHfff(1)前悬架钢板弹簧弧高：取fa1=10mm01111acHfff且111121(3)()2acsLsfffL=16.48111011121(3)()2acacsLsffHffL=112mm前悬钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径201101/(8)RLH＝636mm钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径2.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径：000/1(2)/()iiiRRREh(1).前悬架钢板弹簧各片自由状态下曲率半径1010011/1(2)/()iiiRRREhR1=769mmR2=769mmR3=769mmR4=769mmR5=585mmR6=585mmR7=585mmR8=585mm2.钢板弹簧各片自由状态下弧高：如果第i片的片长为Li，则第i片弧高为Hi2iL/（8Ri）课程设计计算说明书9前悬架钢板弹簧各片自由状态下弧高H1=92.7mmH2=73.4mmH3=56.4mmH4=41.6mmH5=38.2mmH6=24.6mmH7=14mmH8=6.4mm钢板弹簧总成的弧高为H02L/（8R0）（1）由上述公式可计算出前悬架钢板弹簧总成的弧高为01111111/(/)/nniiiiiRLRL代入数据得H121L/（8R01）H1＝102mm所计算的结果与用0acHfff所计算的结果H0=112mm相近，所以符合要求。1.钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算，卷耳处所受应力是由弯曲应力和拉（压）应力合成的应力，即2113()/()/()xxFDhbhFbh式中Fx为沿弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力；D为卷耳内径；b为钢板弹簧宽度；h1主片厚度。对于钢板弹簧销，要验算钢板弹簧受静载荷时它受到的挤压应力/()ZxFbd，b卷耳处叶片宽；d为钢板弹簧销直径，弹簧销许用应力[]34zMPa。（1）前悬架钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算。卷耳内径D1=20mm.Fx1=Fw1/22111111111113()/()/()xxFDhbhFbh代入数值计算的，1=178MPa1[]=450MPa课程设计计算说明书10符合要求，合格1ZFs/(bd)设弹簧销直径d1=20mm.代入数值计算的，1Z1.45MPa1[]ZZ符合要求，合格4．设计小结经过以上的计算得出了前悬架钢板弹簧弹簧片宽为60mm、片厚为8mm、片数为10，以及各片长度分别为L1=755mm，L2=672mm，L