1、第 1 页 共 10 页工程技术学院课程设计题 目： 设计载货汽车的纵置刚板弹簧 专 业： 车辆工程 年 级： 11 级 学 号： 2011310343 姓 名： 黄林 指导教师： 韩继光 日 期： 2014 年 6 月 25 日 云南农业大学工程技术学院 第 2 页 共 10 页目录一、课程设计任务书 3、课程设计的性质、目的、题目和任务 3、课程设计的内容及工作量 32、设计计算说明书 4、确定其宽度 b 的计算 4、 确定各片钢板长度 5 、钢板弹簧刚度验算 6、总成自由状态下的弧高 6、钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 7、各片弹簧的弧高 8、 钢板弹簧总成弧高的核算 8、钢板弹簧
2、卷耳内径的确定 9三、设计总结 9四、设计参考资料 9第 3 页 共 10 页1、课程设计任务书 、课程设计的性质、目的、题目和任务本课程设计是学生在完成基础课、技术基础课和大部分专业课学习后的一个教学环节，是培养学生应用已学到的理论知识来解决实际工程问题的一次训练，并为毕业设计奠定基础。1、课程设计的目的是：（1）进一步熟悉汽车设计理论教学内容；（2）培养学生理论联系实际的能力；（3）训练学生综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题的能力。2、设计题目:设计载货汽车的纵置钢板弹簧(1) 纵置钢板弹簧的已知参数序号 弹簧满载载荷 静挠度 伸直长度 U 型螺栓中心距 有效长度1 19200N 9
3、.2cm 116cm 6cm 110cm材料选用 60Si2MnA ,弹性模量取 E=2.1105MPa3、课程设计的任务：（1）由已知参数确定汽车悬架的其他主要参数；（2）计算悬架总成中主要零件的参数；（3）绘制悬架总成装配图。、课程设计的内容及工作量根据所学过的机械零件设计、汽车构造、汽车理论、汽车设计以及金属力学性能等课程，完成下述涉及内容： 1学习汽车悬架设计的基本内容2选择、确定汽车车悬架的主要参数3确定汽车悬架的结构4计算悬架总成中主要零件的参数5撰写设计说明书6绘制悬架总成装配图、零部件图共计 1 张 A2第 4 页 共 10 页二、设计计算说明书 1、钢板弹簧片数取为 10，确
4、定其宽度 b 的计算：、确定其宽度 b 的计算有关钢板弹簧 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 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 。对于对称钢板弹簧：0JEcksLJ48)30（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） ，； 为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数 ，再估计一个总片/wcFf 1n数 ,求得 01n，然后用 ）（ 5.014.初定 ）E 为材料的弹性模量。0其中， ，取
5、 ，则 ，将其代入：5.4.1n（092.1545330 3.78).0(920)8/( mEcLJ = ；4WcF 14/1MPamN初取 ，取 b=8 =53.12mm.Jhp 6.3.785/20ph根据 得： ；130nb mnbJh49.12.53078120片宽 b 对汽车性能的影响：第 5 页 共 10 页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/ 在 610 范围内选取。ph查表确定 b 和 h 的值，使其
6、符合国产型材规格尺寸，又因为 的厚度一MnASi260般不超过 9.5mm，故取 b=60mm , h=9mm。钢板弹簧图如下：零件图（左） ，装配图（右）、 确定各片钢板长度 钢板弹簧长度 L 是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离,在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。在下列范围内选用钢板弹簧的长度：轿车：L=（0.400.55）轴距；货车:前悬架：L=（0.260.35）轴距； 后悬架：L=（0.350.45）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
7、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。第 6 页 共 10 页本设计中 L=1100mm 设主簧片长为 ，按钢板叠放顺序他们的长度依次 、 、 ，则由于 =1l 1l23l101l，且各簧片等厚，其长度成等差数列，即 ， 。其中2l aili)(2,i，将 代入得 ， ，则各板长as10 mls60,602ma90l96410度为： 、 =1160mm、 = 、 = 、 = 、 =l95412l3l44l85lm706l、 = 、 = 、 = 、 = 。
8、m607l08l909l27010l96 、钢板弹簧刚度验算 在此之前，有关挠度增大系数 、总惯性矩 J。 、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，其中 ；其中，)(6113nkkYaEc 9.0,1),(211 kikk JYla56)34(8)23(7)12()672()5 )2(448 333 31 Xaaaa abhYknk 装配刚度时 X=9a，代入数据可求得装配刚度 c=209 ;mN/9210检验刚度时
9、X= ,代入数据可求得检验刚度 c=201 .1l、总成自由状态下的弧高第 7 页 共 10 页图 4.3(1) 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 0H钢板弹簧各片装配后，在预压缩和 U 形螺栓夹紧前，其主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差（如图 4.3） ，称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 0H用下式计算： 0caHff式中， 为静挠度； 为满载弧高； 为钢板弹簧总成用 U 形螺栓夹紧后引起的cfaf弧高变化. ,s 为 U 形螺栓中心距；L 为钢板弹簧主片长度。23csLSff,取 ，20 )(3fsfffHacacac mfa20将 代入求得 120.5mm;mLsmf
10、c 160,92 0H钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 =1395.85mm.)8(02LR然后由 求出各钢板在装配总成中的弧高，其值如下：028RlHii、 、 、 、 、m.1470m5.12H4.9603m1.7504mH4.530、 、 、 、 。3670189921、钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定：第 8 页 共 10 页因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同，装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径 。各片自由状态下做成不同曲率半径的目iR的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，减少主片工作应力，使各片寿命接近。矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率
11、半径由下式确定 012/iiiREh式中， 为第 i 片弹簧自由状态下的曲率半径（mm） ； 为钢板弹簧总成在自iR 0R由状态下的曲率半径（mm） ； 为各片弹簧的预应力（ ） ；E 为材料弹性模量0i2/Nm（ ） ，取 ； 为第 i 片的弹簧厚度（mm） 。2/Nm123541mih取主片的预应力 ，最短片的预应力为 ，由于是矩MPa80MPa401形叶片，且其厚度相等，故由式 得.220210kh，按 依次增大的规律，分配各预应力如下：.01021、 、 、 、 、MPa8Pa52Pa30Pa04Pa105、 、 、 、 。0607M8509M410又由 （*）求得各片自由状态下的曲率
12、如下：)(2100iii EhRR、 、 、 、 、m158357m1463R13964mR1375、 、 、 、 。646782780、各片弹簧的弧高 ，将各数据代入求得弧高为：)(2iiRlH、 、 、 、 、m12912m923H754m57、 、 、 、 。H468778 310、钢板弹簧总成弧高的核算：由于钢板弹簧叶片在自由状态下的曲率半径 Ri 是经选取预应力 oi 后用式（*）计算，第 9 页 共 10 页受其影响，装配后钢板弹簧总成的弧高与用式 R。=L28Ho 计算的结果会不同。因此，需要核算钢板弹簧总成的弧高。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
13、态，由此可求得等厚叶片弹簧的 R。为= +ninill11 6590134690137482143507834 659032748.从而解出 R ;085.1394Rm.022 .2.086)( HLH、钢板弹簧卷耳内径的确定：取路面附着系数 ，则 的最大值为 ,取许用.XFNFW15360928.0应力 ，则 。MPa350 bhhDX)/(32将 代入上式求得 。mbhNFX60,9,16 mD4.3、设计总结 根据以上计算结果，钢板弹簧各项参数如下表：参数钢板序号长度（mmil）宽度（mmib）厚度（mmih）预应力（Mi0Pa）自由曲率（mmiR）自由弧高（mmiH）总成曲率（mm0R
14、）总成弧高（miH0m）1 号 11540/9 -80 1583 129 147.22 号 1160 -50 1507 112 120.53 号 9340/9 -30 1461 92 96.44 号 8240/9 0 1396 75 75.15 号 7140/9 10 1375 57 53.46 号 6040/9 20 1356 42 40.37 号 4940/960 925 1346 281395.8527.0第 10 页 共 10 页8 号 3840/9 30 1337 17 16.39 号 2740/9 35 1327 9 15.510 号 1640/9 40 1318 3 2.94、设计参考资料1 王望予 汽车设计（第 4 版） 机械工业出版社 20012 陈家瑞 汽车构造（第 2 版） 人民交通出版社 19973 余志生 汽车理论（第 4 版） 机械工业出版社 19964 机械设计手册第 3 卷 化学工业出版社 20025 汽车工程手册设计篇 人民交通出版社 20016 弹簧设计手册 机械工业出版社 1996指导教师(签字)： 日 期：2014 年 06 月 25 日年 月 日
