汽车设计课程设计钢板弹簧DOC.docx
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汽车设计课程设计钢板弹簧DOC
钢板弹
簧课程设计
专业:
车辆工程
教师:
R老师
姓名:
XXXXXX
学号:
200XYYYY
2012年7月3
课程设计任务书
、课程设计的性质、目的、题目和任务
本课程设计是我们在完成基础课、技术基础课和大部分专业课学习后的一个教学环节,是培养我们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)培养我们理论联系实际的能力;
(3)训练我们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
19800N
9.4cm
118cm
6cm
112cm
材料选用60Si2MnA,弹性模量取E=2.1X105MPa
3、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。
二、课程设计的内容及工作量
根据所学的机械设计、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
1张A0。
6.绘制悬架总成装配图、零部件图共计设计要求:
1.设计说明书
设计说明书是存档文件,是设计的理论计算依据。
说明书的格式如下:
统一稿纸,正规书写;
竖订横写,每页右侧画一竖线,留出25mn空白,在此空白内标出该页中所计算的
(1)
(2)主要数据;
附图要清晰注上必要的符号和文字说明,不得潦草;
(3)
2.说明书的内容及计算说明项目
(1)封面;
(2)目录;(3)原始数据及资料;(4)对设计课题的分析;(5)汽车纵置钢板弹簧简图;(6)设计计算;(7)设计小结(设计特点及补充说明,鉴别比较分析,个人体会等);(8)参考文献。
3.设计图纸
1)装配总图、零件图一张(0#);
计算过程与步骤
一、钢板弹簧片数取为10,确定其宽度b的计算:
1.钢板断面宽度b的确定
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
对于对称钢板弹簧:
(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,c=Fw/f;5为挠
后用b二1%04(]+0叩初定5)E为材料的弹性模量。
15
n,取n1=1,贝M=—,将其代入求得
[1.04+(1+0.5^匹)]1.092
10
J0=40327.3mm4;
W0=FWL'/(4[crW])=198OON咒1120mm/(4X450MPa^12320mm3;
403273mm4
初取hp=2Jo/Wo=.厂俺6.6mm,取b=8hp=52.8mm.
p12320mm3p
片宽b对汽车性能的影响:
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/hp在6~10范围内选取。
本设计中取b=60mm
2.钢板弹簧片厚h的选择
nbh3
根据J0P得:
h
希望尽可能采用前者但因为主片工作条
1.5。
严如0327,3774mm;
¥10x52.4
片厚h选择的要求:
1).增加片厚h,可以减少片数n
2).钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况,
件恶劣,为了加强主片及卷耳,也常将主片加厚,其余各片厚度稍薄。
此时,要求一副钢板弹簧的厚度不宜超过三组。
3.)为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于
4.)钢板断面尺寸
b和h应符合国产型材规格尺寸。
h的值,使其符合国产型材规格尺寸,又因为60Si2MnA的厚度一般不
b=70mm,
钢板弹簧图如下:
零件图(左),装配图(右)
3.钢板断面形状
钢板断面形状矩形断面结构简单,制造容易,变截面少片钢板弹簧多采用矩形断面结构
4.叶片的端部结构
、椭圆形(片端压延)和片
。
本设计中
叶片的端部可以按其形状和加工方式分为矩形(片端切角)端压延切断四种。
其中矩形为制造成本最低的一种(由于对片端部作任何加工)采用矩形端部结构。
5.钢板弹簧片数n
片数n少些有利于制造和装配,并可以降低片间的干摩擦,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。
多片钢板弹簧一般片数在
6〜14片之间选取,重型货车可达20片。
用变截面少片簧时,片数在1〜4片之间选取。
n=3
6.钢板弹簧端部的支承型式
以板簧端部的支承型式而言,可以大致分为卷耳和滑板两大类。
滑板型式多见于两极式
主副簧悬架中副簧的支承和平衡悬架中板簧的支承。
卷耳根据其相对板簧上平面的位置可以
分为上卷耳、平卷耳和下卷耳三类。
本设计中采用上卷耳。
7.吊耳及钢板弹簧销的结构
大多数板簧的支承方式为一端采用固定的卷耳,
另一端采用摆动的吊耳。
摆动吊耳的结
构可以用C形、叉形以及分体式等。
弹簧销的支承、润滑可用螺纹式、自润滑式、滑动轴承、
橡胶支承或者将板簧支承在橡胶座内。
自润滑式多用于轿车及轻型载货汽车,
具有不必加润
滑脂及噪声小的优点。
本设计中采用自润滑式弹簧销结构。
8.少片弹簧
少片弹簧在轻型车和轿车上得到越来越多的应用。
其特点是叶片由等长、
等宽、变截面
的1〜3片叶片组成。
利用变厚断面来保持等强度特性,并比多片弹簧减少
20%〜40%的质
量。
片间放有减摩作用的塑料垫片,或做成只在端部接触以减少片间摩擦。
如图4.2所示单
片变截面弹簧的端部CD段和中间夹紧部分AB段是厚度为hi和h2的等截面形,BC段为
变厚截面。
BC段厚度可按抛物线形或线性变化。
b)
图4.2
二、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=(0.40~0.55)轴距;
货车:
前悬架:
L=(0.26~0.35)轴距;后悬架:
L=(0.35~0.45)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,又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。
3,
作用到钢板弹簧上的纵向
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,
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。
本设计中L=0.357X3300mm=1180mm
设主簧片长为l1,按钢板叠放顺序他们的长度依次l1、l2、〔3,则由于l1=l2,且
各簧片等厚,其长度成等差数列,即Ij=12—(i-2)a,r^[0,10]。
其中l10=s+a,将
三、钢板弹簧刚度验算:
311
ay(Yk—YkJ],其中ay=-(li—1叶),Yk=—0=0.9;其中,
ZJi
iJ
Jn3133312312
送agYk-Yy)=K[a(6-4)+(2a)(4-3)+(3a)(3--)+(4a)(-—2)+y8bh355
(5a)3(2-¥)+(6a)3(¥-3)+(7a)3^-£)+(8a)3(£-6)+6X3]
77223355
19800
装配刚度时X=9a,代入数据可求得装配刚度c=217N/mm止上丫N/mm;
94
检验刚度时X=ii,代入数据可求得检验刚度c=192N/mm.
四、总成自由状态下的弧高:
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)连线间的最大咼度差(如图4.3),称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧咼H0
用下式计算:
式中,fc为静挠度;fa为满载弧高;Af为钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高
2L2
变化.Af=s(3L-S)(2fa+fc),s为U形螺栓中心距;L为钢板弹簧主片长度。
钢板弹簧
总成在自由状态下的曲率半径R0=£
8H0
,取fa=20mm,
将仁=94mm,S=70mm,L=1180mm代入求得H0=123.5mm;
五、钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定:
装配后各片产生预应力,其值
因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同,确定了自由状态下的曲率半径R。
各片自由状态下做成不同曲率半径的目的是:
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半径由下式确定
式中,R为第i片弹簧自由状态下的曲率半径(mm;Ro为钢板弹簧总成在自由状态
下的曲率半径(mm;匚oi为各片弹簧的预应力(N/mm2);E为材料弹性模量(N/mm2),
1836
取R=R2=R3=541mm;h为第i片的弹簧厚度(mr)
R===541mm
1+(2%&y(Eh)1+(2咒1878咒1836)/(2.06咒105咒14)
在已知钢板弹簧总成自由状态下曲率半径R0和各片弹簧预加应力cr0i的条件下,计算出
各片弹簧自由状态下的曲率半径Ri。
选取各片弹簧预应力时,要求做到:
装配前各片弹簧
片间间隙相差不大,且装配后各片能很好贴和;为保证主片及其相邻的长片有足够的使用寿
可分为下列两种
命,应适当降低主片及与其相邻的长片的应力。
这此,选取各片预应力时,情况:
对于片厚相同的钢板弹簧,各片预应力值不宜选取过大;对于片厚不相同的钢板弹簧,厚片预应力可取大些。
推荐主片在根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力在
300-350N/mm2内选取。
1-4片长片叠加负的预应力,短片叠加正的预应力。
预应力从长片到短片由负值逐渐递增至正值。
由于是矩形叶
取主片的预应力cr01=—80MPa,最短片的预应力为cr010=40MPa,
片,且其厚度相等,故由式both,+b02h;+...+0\人|2=0得b01+b02+
b08=30MPa、b09=35MPa、cr010=40MPa。
R7
止1359mm、R8止1349mm、R^1339mm、R10止1323mm。
各片弹簧的弧高Hj=1「/(8尺),将各数据代入求得弧高为:
H5比59mm、
H1s:
109mm、H114mm、H95mm、H77mm、
H6俺43mm、H7俺29mm、Hs俺18mm、H^9.4mm、H10止3.5mm。
七、钢板弹簧总成弧高的核算:
1180^1180+3170+2800+810土2060土1690160015233"4753^140913883^13683心368+7360
580
++
3x13493x13393x1323
7360
5.1
az
7360
从而解出Raz1443mmsz1409.2mm=R0;
11802
=止120.6上123.5=H。
.
8x1443
八、钢板弹簧卷耳内径的确定:
取路面附着系数W=0.8,则Fx的最大值为®Fw=0.8x19800N=15840N,取许用
应力[ct]=350MPa,则b=[3Fx(D+h)]/(bh2)+Fx/bh<[cr]。
将Fx=15840N,h=9mm,b=70mm代入上式求得D<29.8mm。
设计总结
根据以上计算结果,钢板弹簧各项参数如下表:
这次设计系统性复习了一遍以前所学科目,虽然未必见得学而时习之,有所得益,但在遍寻资料和最终对资料进行整改过程中,或多或少把许多知识点理论跟实践进行了一定的有机结合。
相对于这一次面对设计一筹莫展不知该如何下手的窘况,将来面对毕业设计应该会显得从容许多。
设计参考资料
1
王望予
汽车设计(第4版)
机械工业出版社
2001
2
陈家瑞
汽车构造
(第
2版)
人民交通出版社
1997
3
余志生
汽车理论
(第
4版)
机械工业出版社
1996
4
《机械设计手册》第3卷
化学工业出版社
2002
《汽车工程手册》设计篇
人民交通出版社
2001
5
指导教师(签字):
__
日期2012年7月3日
- 配套讲稿:
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