钢板弹簧课程设计46546.doc

目 录
1. 汽车钢板弹簧结构选择……………………………………………4
2. 钢板弹簧结构设计计算……………………………………………5
3. 初定片数、截面尺寸………………………………………………7
4. 按作图法求各片弦长………………………………………………8
5. 挠度计算……………………………………………………………8
6. 钢板弹簧各片应力计算……………………………………………8
7. 加预紧力……………………………………………………………9
8. 钢板弹簧各片实际弦长的计算……………………………………13
9. 在自由状态下各片的曲率半径计算………………………………14
10. 钢板在极限工作下的强度验算……………………………………16
11. 卷耳和销的计算……………………………………………………17
12. 参考文献……………………………………………………………18
13. 附表1
14. 附图

汽车设计课程设计题目

设计题目：汽车钢板弹簧设计
主要技术和性能参数（第二组）

前轴轴负荷（N）
空载
15144
满载
19344
前轴非簧载质量（kg）
420
钢板弹簧作用距离L（mm）
1300
两个”U”型螺栓中心距S（mm）
110
静绕度fc（mm）（满载）
80-90
动绕度fa(mm)
56
钢板弹簧满载时弧高F
28
钢板弹簧卷耳固定点至路面距离C
550

汽车钢板弹簧简介
钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种元件。它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可不等），曲率半径不等的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹簧梁。钢板弹簧的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的村套，以便用弹簧销与固定在车架上的之家或吊耳作铰链连接。钢板弹簧主要由主片、副片、弹簧夹、螺栓、套管、螺母等组成。钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。汽车钢板弹簧的材料一般用60Si2Mn、55SiMnVB。

一、汽车钢板弹簧结构选择
1. 选择断面形状
有矩形，T形，单面有抛物线边缘，单面有双槽等断面形式
为了提高疲劳强度，选用60Si2Mn材料即最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。
因为矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的堆成位置上。工作时，一面受拉应力、另一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。故选择矩形断面形式。
2.长度圆整
圆整为“0”“5”尾数
3.叶片端部形状
选用矩形：
4.卷耳、吊耳的结构方案

① 吊耳 ② 卷耳 ③包耳

5.材料
为了提高疲劳强度，选用60Si2Mn
E（弹性模量）= MPa
6.采用等厚度钢板弹簧

二、汽车钢板弹簧设计计算
（一）初定片数、截面尺寸
1.主片数=2、总片数n=8
2.计算钢板弹簧平均厚度
1）转动惯量
弹性模量E=2.1xN/
系数
2）挠度增大系数
3）刚度
4）=（轴荷—非簧载）/2 N
满载轴荷：19344N
非簧载：mg=420x9.8=4116N
=(19344-4116)/2=7614N
满载静挠度取fc=90mm
刚度=84.6N/mm
5) 无效长度系数K=0.5
6）钢板弹簧静应力 N/
许用应力[]=（1.39~1.55）fc+(245~315)
= （1.39~1.55）90+(245~315) N/
所以[]的范围是370.1~454.5 N/，一般 []选取大一些，使小；大，以满足制动时的要求；故取[]=440 N/
钢板弹簧总截面系数
钢板弹簧作用距离 L(mm)=1300mm
两个U型螺栓中心距 S(mm)=110mm
平均厚度

7）计算比应 8) 计算最大应力
动挠度
最大应力
3、 计算片宽b片厚h

1） 片厚
圆整 h=10mm
2） 片宽(矩形断面)mm
圆整b=31mm
按型材GB12222-84选b=65mm
3） 校核 b/h=6.5
b/h在范围内，故合适。
4） 粗校固有频率 Hz
N/mm
mm
N=1.68255Hz
三、 按作图法确定各片的弦长

4)求各片的弦长L
片序号
长度mm
取整mm
圆整mm
单边mm
双边mm
最短片L
143.6
143
140
140
280
L
232.1
232
230
225
450
L
320.7
320
320
305
610
L
409.3
409
410
309
780
L
497.9
497
500
470
940
L
586.4
586
585
550
1100

675
675
675
675
1350

763.6
763
675
675
1350
n=8，
四、桡度计算
1、钢板弹簧刚度的计算（列表）。见附表1页
2、 钢板弹簧总成刚度 N/mm
1)、刚度差=65.6552%
2)、钢板弹簧总成抗度 mm （）
3)、钢板弹簧的固有频率N（Hz）===2.73017（Hz）
N在1.3—2.3Hz之间。
五、 钢板弹簧各片应力的计算
列表计算，见附表1页
六、 加预紧力
1、 主片（一、二）加负的预紧力
在-（80~-150）N/mm
2、其他各片加正的预紧力
在20~60N/mm范围之内，基本相等，且寿命相当。
3、要求任一截面中预应力造成的弯矩和等于零
即=0

σ01
σ02
σ03
σ04
σ05
σ06
σ07
σ08
-90
-90
30
30
30
30
30
30
七、钢板弹簧各片实际长度的计算（即计算弧长的各片曲率半径R）
1）、主片1
①、满载是弧高f=f+(i-1)h mm=40mm
②、弦长L=1350
③、计算弦长mm
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长L=2R=2 0.1234 5260.7=1298.29mm
⑦、实际弧长mm
2）、主片2
①、满载时弧高
②、弧长
③、计算弦长
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长mm
⑦、实际弧长mm
3）、片3
①、满载时弧高
②、弧长
③、计算弧长
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长
⑦、实际长度
4）片4
①、满载时弧高
②、弧长
③、计算弧长
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长
⑦、实际弧长
5）、片5
①、满载是弧高
②、弦长
③、计算弦长
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长
⑦、实际弧长
6）、片6
①、满载时弧高
②、弦长
③、计算弦长
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长 L=2R=2 0.597 520.313=621.251mm
⑦、实际弧长 L= L+K=621.251+0.5 110=676.251mm
7）、片7
①、满载是弧高
②、弦长
③、计算弦长
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长
⑦、实际弧长
8）、片8
①、满载是弧高
②、弦长
③、计算弦长
④、曲率半径
⑤、夹角
⑥、弧长
⑦、实际弧长
2. 主片1
卷耳内径 D=35mm
卷耳长度L = （D+h） =3.14 (35+10) =123.7163 mm
滑动处延伸度 L = 50mm
3. 主片 2
包耳长度 L= (27.5+h) +12=3.14 (2.75+10) +12=188.7375 mm
侧钩弯曲半径 R= 15mm
侧钩长度 L =(R+)/2 +25 =56.42 mm
各片总成伸直长度
=
L =1350+123.7163+40=1513.72mm
L =1350mm
L =1170mm
L =990mm
L = 820mm
L =640mm
L =460mm
L = 280mm
八、钢板弹簧总成在自由状态下各片的曲率半径R
1 未夹紧”U”型螺栓的m空载弧高F=f+f+
动拢度f=63
预压缩产生的塑性变形
= (0.055— 0.075)(f+f)=0.075(100+63)=8.965mm
F=100+ 50+8.965=158.965mm
④ 型螺栓夹紧时对弧高的影响H
H= =17.71233mm
2.求自由状态下的总弧高F
F=F+H=158.965+17.71233=176.6773mm
3.求主片的曲率半径R
由公式
F（R）=0 (计算到小数点后5位)
1）设R=1500 R=2000；
则F（R）= -0.01775<0 ；F(R)=-0.034070
2）令R=（R+R）/2=1750； 则F(R)=-0.027130
3）R= (+ R)/2=1625； 则F(R)=-0.023280
4）R=( R+ R)/2=1687.5； 则F（R）=-0.025380
5）R=( +R)/2=1656.25； 则F(R)=-0.024370
6）R=( + R)/2=1640.625； 则F(R)=-0.023480
7）R=( + R)/2=1632.81； 则F()=-0.023560
8）R=( + R)/2=1636.719； 则F()=-0.023700
则装配后的曲率半径R01=(Rx8+Rx11)/2=1632.8mm
4.基于各片的曲率半径R为R的同心圆
即R= R+（i-1）h(mm)
R=1633.29 R=1643.29
R=1653.29 R=1663.29
R=1673.29 R=1683.29
R=1693.29 R=1703.29
九、钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径计算
1．求各片的曲率半径R
公式：R=R/(1+2/Ehi)(mm)
R=1934.149758 R=1593.41
R=1602.82 R=1612.21
R=1621.6 R=1630.996
=1693.29 =1703.29
2 做弧高验算
分配后的总成的曲率半径为R 由最小势能原理可知
1/ R =（IL/R）/( IL)
I : 第i片的惯性矩=bh/12
L: 第i片的的长度
R: 第i片自由状态下的曲率半径
各片厚度相等 则 1/R=( L/R)/ L =1671.65
弧高的比较
F与F= F+F++H进行比较
F-F=130.495-176.677=-46.182mm
( F-F)/ F*100 =-46.182/176.677 × 100%=-26.139%
3.求各片在自由状态下的弧高F
L=(L-K/2)mm
L=647.5 L=647.5
L=557.5 L=467.5
L=382.5 L=292.5
L=202.5 L=112.5
则有
F=111.602 F=137.49
F=100.08 F=69.2696
F=45.757 F=26.4426
=12.152 =3.7193
4.给出产品的出厂检验标准
空载时(p=0) F=F=130.4952mm
载荷 P=2000N时，
在载荷P下产生的动挠度
C=268.3985
F=F-Fc1=123.044
十、 钢板总成在极限工作下的强度计算
1，紧急制动时，前钢棒弹簧承受的载荷最大，在他们后半段出现最大应力

C：满载时弹簧固定点道路面的距离C=600mm
l1、l2弹簧前、后段长度：l1=l2=L/2=675mm
:作用在前轴上的静载荷的一半（N）=

：钢板弹簧总截面系数
：考虑KS处断面。（L*b*h*h1）
取140*45*10*6 （根据b；h；取）

=9197.5

15. 通过不平路面

k=（fc+fd）/fc=1.006834
=340.568≤900~ 1000N/m㎡
十一、卷耳和销的检验
1，卷耳的检验：由弯曲应力和拉应力合成的。

（取大的安全系数）
Fx：沿弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力，N。
Fx=G1φm1′=9679.005
D：卷耳内径：35mm

2，销的验算
弹簧销的直径d按钢板弹簧受静载荷时的挤压应力验算
其中 d为销的直径为30mm
b卷耳处叶片宽为65mm。Fs钢板弹簧端部载荷，N。

20号钢或20Cr钢渗碳处理，取7~9N/m㎡。
∴d≥Fs/b/［σ］=30.38934

参考文献
1.《汽车设计》 吉林大学 王望予
2.《汽车构造》 吉林大学 陈家瑞
3.《机械零件设计手册》机械工业出版社 吴宗泽
4.《汽车工程手册》 人民交通出版社
5. GB1222-84 热轧弹簧扁钢
6.《汽车设计课程设计指导书》 贵州大学

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