汽車設(shè)計(jì)(課程設(shè)計(jì))鋼板彈簧

1、汽車設(shè)計(jì)鋼板彈簧課程設(shè)計(jì)專業(yè)：車輛工程教師：R老師姓名：XXXXXX學(xué)號(hào)：200XYYYY2012 年 7 月 3 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的、題目和任務(wù)本課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谕瓿苫A(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和大部分專業(yè)課學(xué)習(xí)后的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)我們應(yīng)用已學(xué)到的理論知識(shí)來解決實(shí)際工程問題的一次訓(xùn)練，并為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。1、課程設(shè)計(jì)的目的是：（1）進(jìn)一步熟悉汽車設(shè)計(jì)理論教學(xué)內(nèi)容；（2）培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力；（3）訓(xùn)練我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力以及分析問題、解決問題的能力。2、設(shè)計(jì)題目:設(shè)計(jì)載貨汽車的縱置鋼板彈簧(1) 縱置鋼板彈簧的已知參數(shù)序號(hào)彈簧滿載載荷靜撓度伸直長(zhǎng)度U型螺栓中心距有效

2、長(zhǎng)度119800N9.4cm118cm6cm112cm材料選用60Si2MnA ,彈性模量取E=2.1×105MPa3、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)：（1）由已知參數(shù)確定汽車懸架的其他主要參數(shù)；（2）計(jì)算懸架總成中主要零件的參數(shù)；（3）繪制懸架總成裝配圖。二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及工作量根據(jù)所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計(jì)以及金屬力學(xué)性能等課程，完成下述涉及內(nèi)容： 1學(xué)習(xí)汽車懸架設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2選擇、確定汽車懸架的主要參數(shù)3確定汽車懸架的結(jié)構(gòu)4計(jì)算懸架總成中主要零件的參數(shù)5撰寫設(shè)計(jì)說明書6繪制懸架總成裝配圖、零部件圖共計(jì)1張A0。設(shè)計(jì)要求：1. 設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)說明書是存檔文件，是設(shè)計(jì)的理論計(jì)

3、算依據(jù)。說明書的格式如下：（1） 統(tǒng)一稿紙，正規(guī)書寫；（2) 豎訂橫寫，每頁右側(cè)畫一豎線，留出25mm空白，在此空白內(nèi)標(biāo)出該頁中所計(jì)算的主要數(shù)據(jù)；（3) 附圖要清晰注上必要的符號(hào)和文字說明，不得潦草；2. 說明書的內(nèi)容及計(jì)算說明項(xiàng)目(1)封面；（2） 目錄；（3）原始數(shù)據(jù)及資料；（4） 對(duì)設(shè)計(jì)課題的分析；（5）汽車縱置鋼板彈簧簡(jiǎn)圖；（6） 設(shè)計(jì)計(jì)算；（7） 設(shè)計(jì)小結(jié)（設(shè)計(jì)特點(diǎn)及補(bǔ)充說明，鑒別比較分析，個(gè)人體會(huì)等）；（8） 參考文獻(xiàn)。3. 設(shè)計(jì)圖紙1） 裝配總圖、零件圖一張（0）；要求如下：a. 圖面清晰，比例正確；b. 尺寸及其標(biāo)注方法正確；c. 視圖、剖視圖完整正確；d. 注出必要的技術(shù)條件

4、。4.設(shè)計(jì)對(duì)象（懸架）所選用的彈簧材料必須符合國(guó)標(biāo)GB1222-84，并盡量用優(yōu)選系列；所設(shè)計(jì)的板簧應(yīng)符合JB523-85,JB4040-85。計(jì)算過程與步驟一、 鋼板彈簧片數(shù)取為10，確定其寬度b的計(jì)算：1.鋼板斷面寬度b的確定有關(guān)鋼板彈簧 的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧：式中，s為U形螺栓中心距（mm）；k為考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無效長(zhǎng)度系數(shù)（如剛性夾緊，取k=0.5，撓性夾緊，取k=0）；c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），；為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片

5、數(shù)，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù),求得，然后用初定）E為材料的彈性模量。， 其中， ，取，則，將其代入求得；=；初取，取b=8=52.8mm.片寬b對(duì)汽車性能的影響：1.增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。 2.前懸架用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚 3.推薦片寬與片厚的比值b/在610范圍內(nèi)選取。本設(shè)計(jì)中取b=60mm2.鋼板彈簧片厚h的選擇根據(jù)得：；片厚h選擇的要求：1）.增加片厚h，可以減少片數(shù)n 2）.鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況，希望盡可能采用前者但因?yàn)橹髌ぷ鳁l件惡劣，為了加強(qiáng)主片及

6、卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。此時(shí)，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過三組。 3.）為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于1.5。4.）鋼板斷面尺寸b和h應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。 查表確定b和h的值，使其符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸，又因?yàn)榈暮穸纫话悴怀^9.5mm，故取b=70mm , h=9mm。鋼板彈簧圖如下：零件圖（左），裝配圖（右）3.鋼板斷面形狀 鋼板斷面形狀 矩形斷面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，變截面少片鋼板彈簧多采用矩 形斷面結(jié)構(gòu) 4.葉片的端部結(jié)構(gòu)葉片的端部可以按其形狀和加工方式分為矩形（片端切角）、橢圓形（片端壓延）和片端壓延切斷四種。其中矩形為制造成本最低的一種（由于對(duì)

7、片端部作任何加工）。本設(shè)計(jì)中采用矩形端部結(jié)構(gòu)。5.鋼板彈簧片數(shù)n 片數(shù)n少些有利于制造和裝配，并可以降低片間的干摩擦，改善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大，材料利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在614片之間選取，重型貨車可達(dá)20片。用變截面少片簧時(shí)，片數(shù)在14片之間選取。n=36.鋼板彈簧端部的支承型式 以板簧端部的支承型式而言，可以大致分為卷耳和滑板兩大類?；逍褪蕉嘁娪趦蓸O式主副簧懸架中副簧的支承和平衡懸架中板簧的支承。卷耳根據(jù)其相對(duì)板簧上平面的位置可以分為上卷耳、平卷耳和下卷耳三類。本設(shè)計(jì)中采用上卷耳。7.吊耳及鋼板彈簧銷的結(jié)構(gòu) 大多數(shù)板簧的支承方式為一端采用固

8、定的卷耳，另一端采用擺動(dòng)的吊耳。擺動(dòng)吊耳的結(jié)構(gòu)可以用C形、叉形以及分體式等。彈簧銷的支承、潤(rùn)滑可用螺紋式、自潤(rùn)滑式、滑動(dòng)軸承、橡膠支承或者將板簧支承在橡膠座內(nèi)。自潤(rùn)滑式多用于轎車及輕型載貨汽車，具有不必加潤(rùn)滑脂及噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中采用自潤(rùn)滑式彈簧銷結(jié)構(gòu)。8.少片彈簧 少片彈簧在輕型車和轎車上得到越來越多的應(yīng)用。其特點(diǎn)是葉片由等長(zhǎng)、等寬、變截面的13片葉片組成。利用變厚斷面來保持等強(qiáng)度特性，并比多片彈簧減少2040的質(zhì)量。片間放有減摩作用的塑料墊片，或做成只在端部接觸以減少片間摩擦。如圖4.2所示單片變截面彈簧的端部段和中間夾緊部分段是厚度為和的等截面形，段為變厚截面。 段厚度可按拋物線形或

9、線性變化。圖4.2二、確定各片鋼板長(zhǎng)度：鋼板彈簧長(zhǎng)度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離,在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長(zhǎng)度： 轎車：L=（0.400.55）軸距； 貨車:前懸架：L=（0.260.35）軸距； 后懸架：L=（0.350.45）軸距。應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些,原因如下：1,增加鋼板彈簧長(zhǎng)度L能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命降低彈簧剛度，改善汽車平順性。2,在垂直剛度c給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。3,剛板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時(shí)，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。4,增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能

10、減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。本設(shè)計(jì)中L=0.357×3300mm=1180mm 設(shè)主簧片長(zhǎng)為，按鋼板疊放順序他們的長(zhǎng)度依次、，則由于=，且各簧片等厚，其長(zhǎng)度成等差數(shù)列，即，。其中，將代入得，則各板長(zhǎng)度為：=1180mm、=1180mm、=、=、=、=、=、=、=、=。三、鋼板彈簧剛度驗(yàn)算：，其中；其中，裝配剛度時(shí)X=9a，代入數(shù)據(jù)可求得裝配剛度c=217;檢驗(yàn)剛度時(shí)X=,代入數(shù)據(jù)可求得檢驗(yàn)剛度c=192.四、總成自由狀態(tài)下的弧高：圖4.3(1) 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和U形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差（

11、如圖4.3），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高用下式計(jì)算：式中，為靜撓度；為滿載弧高；為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化. ,s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑. ,取 ，將代入求得123.5mm;鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑=1409.2mm.然后由求出各鋼板在裝配總成中的弧高，其值如下：、。五、鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定：因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是：使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片工作應(yīng)

12、力，使各片壽命接近。矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定式中，為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力（）；E為材料彈性模量（），取；為第i片的彈簧厚度（mm）。在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力的條件下，計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑。選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，要求做到：裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好貼和；為保證主片及其相鄰的長(zhǎng)片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。這此，選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為下列兩種情況：對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過大；對(duì)

13、于片厚不相同的鋼板彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在300-350N/mm2內(nèi)選取。1-4片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。取主片的預(yù)應(yīng)力，最短片的預(yù)應(yīng)力為，由于是矩形葉片，且其厚度相等，故由式得，按依次增大的規(guī)律，分配各預(yù)應(yīng)力如下：、。又由求得各片自由狀態(tài)下的曲率如下：、。六、各片彈簧的弧高，將各數(shù)據(jù)代入求得弧高為：、。七、鋼板彈簧總成弧高的核算：=+從而解出R;.八、鋼板彈簧卷耳內(nèi)徑的確定：取路面附著系數(shù)，則的最大值為,取許用應(yīng)力，則。將代入上式求得。設(shè)計(jì)總結(jié)根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，鋼板彈簧各項(xiàng)參數(shù)如下表：

14、參數(shù)鋼板序號(hào)長(zhǎng)度（mm）寬度（mm）厚度（mm）預(yù)應(yīng)力（MPa）自由曲率（mm）自由弧高（mm）總成曲率（mm）總成弧高（mm）1號(hào)1180709-8016001091409.2123.52號(hào)1180-501523114123.53號(hào)3170/3-30147595994號(hào)2800/3014097777.35號(hào)8101013885958.26號(hào)2060/32013684341.87號(hào)1690/32513592928.18號(hào)1320/33013491817.29號(hào)950/33513399.48.910號(hào)580/34013233.53.3這次設(shè)計(jì)系統(tǒng)性復(fù)習(xí)了一遍以前所學(xué)科目，雖然未必見得學(xué)而時(shí)習(xí)之，有所得益，但在遍尋資料和最終對(duì)資料進(jìn)行整改過程中，或多或少把許多知識(shí)點(diǎn)理論跟實(shí)踐進(jìn)行了一定的有機(jī)結(jié)