1、汽车专业课程设计题目：小型货车货车钢板弹簧总成选型设计班 级 姓 名 学 号 指导教师 日 期 机械工程学院车辆工程教研室课程设计计算说明书1目录目录 11设计方案 .22设计计算说明 .321 前后悬架静挠度 fc1、f c2，前后悬架钢板弹簧刚度 c1 322 前后悬架的动挠度 fd1， fd2确定。 .423 货车前后悬架钢板弹簧的主要参数的确定 5231钢板弹簧长度 L 5232前后悬架钢挠度增大系数 5233.钢板弹簧片总惯性矩 .5234 钢板弹簧片的厚度和宽度的计算 .724 钢板弹簧各片长度的确定 825 钢板弹簧的刚度验算 826 钢板弹簧总成在自由状态弧高及曲率半径的核算
2、.11261 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径 11262 钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径 12263 钢板弹簧各片在自由状态下的弧高 1327 钢板弹簧总成弧高及的核算 .1428 钢板弹簧的强度的核算 .153设计小结 184 参考文献 .19课程设计计算说明书21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。已知:额定装载质量为 500Kg,最大总质量为 960Kg，最大车速为 135Km/h,比功率为 28KW/t,比转矩为 44N.m/t。与组长配合取得相关参数并根据
3、已知条件设计钢板弹簧总成。在整个设计过程中，一起设计了前后悬架。按着以下的顺序完成了总体的设计。 （一） 、前后悬架静挠度 fc1、f c2，前后悬架钢板弹簧刚度 c1 ；（二） 、前后悬架的动挠度 fd1， fd2确定；（三） 、货车前后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） 、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。课程设计计算说明书32设计计算说明设计内容 计算及说明 结果条件确定21 前后悬架静挠度fc1、f c2，前后悬架钢板弹簧刚度 c1（前悬架参数
4、用下标“1” ， 后悬架参数用下标“2” ）汽车满载总质量 Q=950Kg 额定载荷为 500Kg (g 取 10N/ Kg)满载时前轴负荷占 36%，后轴占 64%故满载时前轴载荷为 950 10 36%=3420N 后轴载荷为 950 10 64%=6080N空载时前轴负荷占 58%，后轴占 42%设空载时质量为 450Kg故空载时前轴载荷为 450 10 58%=2610N 后轴载荷为 450 10 42%=1890N取载荷最大者则前轴载荷为 =3420N1G后轴载荷为 =6080N 21.根据车轴载荷，按式（1）求出车轴簧下荷重 GuGu=G 10% (单位 N)-（1）则前轴簧下荷重
5、为Gu1= G1 10%=342N 后轴簧下荷重为Gu2= G2 10%=608N2. 根据货车轴负荷 G 和簧下部分荷重 Gu按式（2）求出单个钢板弹簧的载荷 FwFw=( G - Gu)/2(单位 N)-（2）（1）.货车前轴负荷 G1=3420N簧下部分荷重 Gu1=342N则单个钢板弹簧的载荷：Fw1=( G1 - Gu1)/2=(3420-342)/2=1539N（2）.货车后轴负荷 G2=6080NG1=3420NG2=6080NGu1=342NGu2=608NFw1=1539N课程设计计算说明书422 前后悬架的动挠度fd1， fd2确定。簧下部分荷重 Gu2=608N则单个钢板
6、弹簧的载荷：Fw2=( G2 Gu2)/2=(6080-608)/2=2736N 3.货车满载时，前悬架偏频要求在1.502.10Hz。取前悬架偏频 n1=1.60Hz。货车满载时，后悬架偏频要求在1.702.17Hz。取前悬架偏频 n2=2.00Hz。根据满载偏频 n，按式（3）求出满载静挠度 fc（mm）n=5/ -（3）得 fc = 2(5/n)则 fc1 = 1fc1 =2(/.60)=9.8mm则 fc2= 2(5/n)fc2 = .0=6.25mm 由于 fc2=（0.60.8）f c1fc2/fc1=0.64fc2=0.64fc1故符合要求。4.根据弹簧载荷 G 和静挠度 fc，
7、按式（4）求出予期夹紧刚度 Ko悬架钢板弹簧刚度 Ko(单位 N/mm)fc= Fw/Ko-（4）得 Ko = Fw/ fcKo1= Fw1/ fc1=1539 9.8=115.3N/mm Fw2=2736Nn1=1.60Hzn2=1.60Hzfc1=9.8mmfc2=6.25mmKo1 =157 N/mmKo2 =437.8 N/mmfd1=80mmfd2=80mm课程设计计算说明书523 货车前后悬架钢板弹簧的主要参数的确定231钢板弹簧长度L232前后悬架钢挠度增大系数Ko2=Fw2/ fc2=2736 6.25=437.8N/mm 1相关资料查得，f d1为 6090mm。取 fd1=
8、80mm。fd2为 6090mm，取 fd2=80mm。1由总体设计数据可得，货车的轴距为1900mm。货车前悬架钢板弹簧，L1=（0.260.35）轴距，货车后悬架钢板弹簧，L 2=（0.350.45）轴距。则取 L1 =0.3 1900=570mmL2 =0.4 1900=760 mm2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+ ）-（5）102n（1）前悬架钢板弹簧挠度增大系数 1取 U 形螺栓中心距 s=120mm。取 U 行螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（刚性夹紧）k=0.5。取 n0=6，n 1=2。弹性模量 E=
9、2.1N/512m挠度增大系数：=1.5/1.04（1+ ）110n=1.5 1.04 （1+ ）26=1.24（2）后悬架钢板弹簧挠度增大系数 1取 U 形螺栓中心距 s=120mm。取 U 行螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（刚性夹紧）k=0.5。取 n0=6，n 1=2。弹性模量 E=2.1L1=570mmL2=760 mm=1.241=1.242课程设计计算说明书6233.钢板弹簧片总惯性矩N/5102m挠度增大系数：=1.5/1.04（1+ ）210n=1.5 1.04 （1+ ）26=1.243.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= K 得3
10、L()-kSK=Ko/3k无效长度系数，一般取 0.4-0.6SU 型螺栓夹紧距一般取取 110-130（mm）K弹簧自由刚度再根据 K=（48 E J o）/（L 3） ）得 Jo=KL 3/48 EE钢材弹性模量，取E=2.1X105，N/mm 2经验修正系数，取 0.93Jo总惯性矩（1）.由上述公式计算前悬架钢板弹簧自由刚度和总惯性矩。K1=Ko1/3L()-kS其中 k 取 0.5, S 取 120（mm）K1 =157/ =112N/ mm3570()-.12E=2.1 N/5102mk=0.5s=130mmK1 =112N/ mmJo1=2744 mm4K2 =342N/ mm课
11、程设计计算说明书7234 钢板弹簧片的厚度和宽度的计算Jo1= K1 L1 3/48 EJo1=112 1.24 570 3 /48 2.1 0.9350Jo1=2744 mm4（2）.由上述公式计算后前悬架钢板弹簧自由刚度和总惯性矩。K2=Ko2/3L()-kS其中 k 取 0.5, S 取 120（mm）K2=438/ =342N/ mm3760()-.512Jo2= K2 L23/48 EJo2=342 1.24 760 3 /48 2.1 0.93510Jo2=19858 mm4 4.根据式（6）计算出钢板弹簧片的厚度和宽度Jo= bh3n/12（单位：mm 4）-（6）b各片宽度（m
12、m）h各片厚度（mm）n总片数(前后悬片数都为 6)因为推荐片宽与片厚的比值 b/h 在 610范围内选取，则取 b/h=8。则 b=8hJo=8h4 6/12h= 0/（1）.由上述公式计算前悬架钢板弹簧的厚度和宽度。Jo2=19858 mm4h1=6mmb1=50mmh2=9mmb2=75mm课程设计计算说明书824 钢板弹簧各片长度的确定25 钢板弹h1=40/J= 27=5.1 mm根据国标 GB1222-84 得，取 h1 为 6 mmb1=8h1b1=8 6=48取 b1 为 50mm（2）.由上述公式计算后悬架钢板弹簧的厚度和宽度。H2=40/J= 1985=8.4 mm根据国标
13、 GB1222-84 得，取 h2为 9 mmb2=8h12b2=8 9=72取 b2 为 75mm1. 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=570mm由于各片等厚，可按比例计算出其他各片的长度：第一片与第二片等长，则有，L11=L12=570mm第三片长 L13= (L1 s)4/5+s=（570120）4/5+120=480mm,取 480mm第四片长 L14= (L1 s)3/5+s=（570120）3/5+120=390mm,取 390mm第五片长 L15= (L1 s)2/5+s=（570120）2/5+120=300mm,取 300mm第六片长 L16= (
14、L1 s)1/5+s=（570120）1/5+120=210mm,取 210mmL11=570mmL12=570mmL13=480mmL14=390mmL15=300mmL16=210mmL21=760mmL22=760mmL23=632mmL24=504mmL25=376mmL26=248mm课程设计计算说明书9簧的刚度验算 2. 货车后悬架钢板弹簧各片长度的确定由前面计算得弹簧主片 L2=760mm由于各片等厚，可按比例计算出其他各片的长度：第一片与第二片等长，则有，L21=L22=760mm第三片长 L23= (L2 s)4/5+s=（760120）4/5+120=632mm,取 632
15、mm第四片长 L24= (L2s)3/5+s=（760120）3/5+120=504mm,取 504mm第五片长 L25= (L2s)2/5+s=（760120）2/5+120=376mm,取 376mm第六片长 L26= (L2s)1/5+s=（760120）1/5+120=248mm,取 248mm经验修正系数 ，取0.9.4:。0.931.前悬钢板弹簧刚度： 31116/()nkkcEaY其中， 1111(),/,/kkkkKi ialJJ则， 21570/2/0l m39485a41/3/9l 57021m61/80al78m课程设计计算说明书10因为等厚，等宽，所以每片的截面惯性矩相
16、等。则每片的截面惯性矩为， 334150692bhJm3411/1.0()Y2 411/95.6iJ同理可得，；413.70()Ym；428；415.()；6190Ym3111/()nkkcEaY53434760.92(5.7).90a182.2 157N/mm/Nm符合要求。2.后悬钢板弹簧刚度： 32116/()nkkcEaY其中， 1111(),/,/kkkkKi ialJJ则， 21760/2/0l m334a41/5/18l 5760292m182.21c/Nm课程设计计算说明书1126 钢板弹簧总成在自由状态弧高及曲率半径的核算261 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径617
17、0/236/18al m745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， 3342596.1bhJm41/4.20()Y2141/56.3.0()iJm同理可得，；54137.()Y；40；5415.()m；63Y3211/()nkkcEaY53535760.92(7).60a526.6 437.8N/mm/Nm符合要求。1.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 1030 .。m0acHff(1)前悬架钢板弹簧弧高：取 fa1
18、 =15011acff526.62c/Nm0132.Hm01265.Rm课程设计计算说明书12262 钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径且 1112(3)acsLff1101 2()acacsfHfL= 23570(+9.85+9.8= 2m前悬钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 0101/()RLH 25783.1265.2 m（2）后悬架钢板弹簧弧高：f a2 =20022acHff且 22(3)acsLf22022()acacsffL= 213760+6.5+6.5=3m钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 2010/(8)RLH 763.2242.2 m2.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径
19、：由汽车设计查得，取 2201034220506/,85/,314/,9/,NNmm()(i iiRREh(1) .前悬架钢板弹簧各片自由状态下曲率023.Hm024.Rm10.m R1249.=1321.113Rm=134314=1366.815Rm课程设计计算说明书13263 钢板弹簧各片在自由状态下的弧高半径 1001/(2)/(i iiRREh=1265.2/1 (2 100 1265.2)/(2.1105 6)=1011.1m=1265.2/1 (2 85 1265.2)/(2.112R105 6)=1049.2=1265.2/1+(2 22 1265.2)/(2.113105 6)
20、=1321.1m=1265.2/1+(2 31 1265.2)/(2.114R105 6)=1343=1265.2/1+(2 40 1265.2)/(2.115105 6)=1366.8m=1265.2/1+(2 49 1265.2)/(2.116R105 6)=1387.7(2) 后悬架钢板弹簧各片自由状态下曲率半径 2002/1()/(i iiRREh=2242.2/1 (2 100 2242.2)/(2.1105 9)=1710.2m=2242.2/1 (2 85 2242.2)/(2.12R105 9)=1790=2242.2/1+(2 22 2242.2)/(2.123105 9)=
21、2359.2m=1387.716Rm=1710.221Rm=17902=2359.223Rm=2407.124=245525Rm=2502.926=40.21Hm课程设计计算说明书1427 钢板弹簧总成弧高及的核算=2242.2/1+(2 31 2242.2)/(2.124R105 9)=2407.1m= /1+(2 40 2242.2)/(2.12587.105 9)=2455=2242.2/1+(2 49 2242.2)/(2.126R105 9)=2502.9m3. 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 /（8R i ）2i（1） 前悬架钢板
22、弹簧各片自由状态下弧高。 21570/(1.)=40.2m21/(849.)H=38.82130/(13)=21.8m2149/(84)H=14.221530/(16.)=8.2m216/(87.)H=4.0（2） 后悬架钢板弹簧各片自由状态下弧高。 221760/(81.)H=42.2m38.812Hm21.81314.214Hm8.215=4.016Hm=40.22140.32Hm21.22313.224Hm7.225=4.026Hm课程设计计算说明书1528 钢板弹簧的强度的核算21760/(819)H=40.3m223/(35)=21.22240/(847.1)H=13.2m22536
23、/(5)=7.2 22648/(0.9)H=4.0m根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的 为，0R011/(/)nniiiRL钢板弹簧总成的弧高为H0 /（8R 0 ）2（1）由上述公式可计算出前悬架钢板弹簧总成的弧高为 0111/(/)nniiiiL代入数据得1/1182.201/RH1 /（8R 01 ）2LH1 34.4 m所计算的结果与用 所计0acff算的结果 相近，所以符合要0132.求。（2）由上述公式可计算出前悬架钢板弹H1 34.4 mH2 35.2 m课程设计计算说明书16簧总成的弧高为 022211/(/)nniii
24、iRL代入数据得1/2051.102/H2 /（8R 02 ）LH2 35.2 m所计算的结果与用 所计0acff算的结果 相近，所以符合023.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()/(/()xxFDhbFh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； h 1 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 ，/()ZxFbdb 卷耳处叶片宽；d 为钢板弹簧销直径，弹簧销许用应力 MPa。34z:（1） 前悬架钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算。设卷耳内径 D1
25、 =15mm. Fx1 = Fw1 /221113()/(/()x xFhbh代入数值计算的，=32.1MPa1 =350MPa符合要求，合格 11/()ZxFbh设弹簧销直径 d1 =14mm. Fx1 = Fw1 /2课程设计计算说明书17代入数值计算的，1.1 MPa1Z符合要求，合格（2） 前悬架钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算。设卷耳内径 D2 =15mm. Fx2 = Fw2 /2221213()/()/()x xFhbbh代入数值计算的，=18.2MPa2 =350MPa符合要求，合格 22/()ZxFbh设弹簧销直径 d2 =14mm. Fx2 = Fw2/2代入数值计算的，1.
26、3 MPa2Z符合要求，合格课程设计计算说明书183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 50mm、片厚为 6mm、片数为 6，以及各片长度分别为L11=570mm，L 12=570mm，L 13=480mm，L 14=390mm，L 15=300mm，L 16=210mm。前轴悬架间距离为 900mm.后悬架钢板弹簧弹簧片宽为 75mm、片厚为 9mm、片数为 6，以及各片长度分别为 L21=760mm，L 22=760mm，L 23=632mm，L 24=504mm，L 25=376mm，L 26=248mm。后轴悬架间距离为 900mm.整体钢板弹簧结构简单，便于加工，造价便宜。设计计算结束后，收获还真的不少。对悬架的结构有了进一步的了解，特别是钢板弹簧的基本设计计算。在这过程中，还要感谢老师的指导。课程设计计算说明书194 参考文献1 陈家瑞. 汽车构造M. 北京：机械工业出版社，2003.2 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M：设计篇.北京：人民交通出版社，2001.3 余志生. 汽车理论M. 北京：机械工业出版社, 1990.4 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础.高等教育出版设.20065 邱宣怀 主编.机械设计.北京：高等教育出版社，19976 王望予主编.汽车设计（4 版）. 北京：机械工业出版社,2004
