钢板弹簧课程设计46546

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114.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f c（mm）（满载） 80-90 动绕度f a(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60Si2MnE （弹性模量）= 52.110⨯MPa6.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0n =2、总片数n=8 2.计算钢板弹簧平均厚度1）转动惯量EC J ks L 48)(3-=δ弹性模量E=2.1x 510N/2mm系数0n 20.25n 8===η 2）挠度增大系数[]1.5/1.041.282051==δ（1+0.5η） 3）刚度c w f F C /=4）w F =（轴荷—非簧载）/2 N 满载轴荷：19344N非簧载：mg=420x9.8=4116N w F =(19344-4116)/2=7614N 满载静挠度取fc=90mm刚度c w f F C /==84.6N/mm5) 无效长度系数K=0.56）钢板弹簧静应力c w 0ks F =δ（L-）/4W N/2mm许用应力[c δ]=（1.39~1.55）fc+(245~315)= （1.39~1.55）⨯90+(245~315) N/2mm所以[c δ]的范围是370.1~454.5 N/2mm ，一般 [c δ]选取大一些，使0W 小；1h 大，以满足制动时max δ的要求；故取[c δ]=440 N/2mm钢板弹簧总截面系数3c ][4/k s)(L F o mmw w σ-=钢板弹簧作用距离 L(mm)=1300mm 两个U 型螺栓中心距 S(mm)=110mm30()/4[]7614(13000.5110)/(4440)5386.04w c W F L ks mm σ=-=⨯-⨯⨯=33502()/(48) 1.282051(13000.5110)84.6/(48 2.110)20764.5813000.51101245()1550025J L ks C E L ks L ks δ=-=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=-⨯=-=平均厚度21002/()[]/67.710518c c h J w L ks Ef mmδσ==-=7）计算比应22516/[()]6 2.1107.710518/(1.2820511550025) 4.89/Eh L ks N mmσδ=-=⨯⨯⨯⨯=比 8)动挠度56f mmα=最大应力2max 4.89(9056)713.94/N mm σ=+=3、计算片宽b 片厚h1）片厚11.1 1.17.7105188.4815698h h mm==⨯=圆整 h=10mm2）片宽(矩形断面)3012/31.14687b J h n ==mm圆整b=31mm按型材GB12222-84选b=65mm 3）校核 b/h=6.5b/h 在范围内，故合适。

4）粗校固有频率16/16/ 1.6865N === Hz33083110nbh /1220666.6712J ⨯⨯===()3048/ks 84.2C J E L ⎡⎤=-=⎣⎦δN/mmc w f /90.428F c == mmN=1.68255Hz三、 按作图法确定各片的弦长3333031)1010002)(1)10003)810008000h n h h nh ==-===⨯=n=8，mm l l n 6758==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3985.268ln ln63==nE C ξ N/mm 1)、刚度差()/100%C C C -⨯理实实=65.6552%2)、钢板弹簧总成抗度()3448.34/2==mm c P f n c mm （2n w P F =）3)、钢板弹簧的固有频率N （Hz ）=cf 16=3448.3416=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i 0δ在-（80~-150）N/mm 2 2、其他各片加正的预紧力i 0δ在20~60N/mm 2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00ωδ∑i =0σ01 σ02 σ03σ04σ05σ06σ07σ08-90-90303030303030七、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 mi ） 1）、主片1①、满载是弧高f ai =f a +(i-1)h mm=40mm ②、弦长L i =1350 ③、计算弦长5.6472110*5.013502)(1=-=-=ks L L i l mm ④、曲率半径mm f f L R aiai l m 7.526040*25.647)2/(2/2211==+= ⑤、夹角01111234.0)7.5260/5.647arcsin()/arcsin(===m l R L θ⑥、弧长L li =2θR 1m =2 ⨯ 0.1234 ⨯ 5260.7=1298.29mm ⑦、实际弧长29.13531105.029.12981112=⨯+=+=ks L L mm 2）、主片2 ①、满载时弧高mm h f f a a 5010402=+=+=②、弧长mm L 13502=③、计算弦长mm ks l L l 5.64721105.013502)(22=⨯-=-= ④、曲率半径mm f f L R a a l m 563.4217)2550(25.647)2/(2/222222=+⨯=+= ⑤、夹角0222154134.0)/arcsin(==m l R L θ⑥、弧长142.1300563.4217154134.0222221=⨯⨯==m R L θmm ⑦、实际弧长142.13551105.0142.13002122=⨯+=+=ks L L mm 3）、片3①、满载时弧高mm f a 603= ②、弧长mm L 11703= ③、计算弧长mm L l 5.5573= ④、曲率半径mm f f L R a a l m 05.2620)2/(2/33233=+= ⑤、夹角033321442.0)/arcsin(==m l R L θ⑥、弧长mm R L m 59.112323331==θ ⑦、实际长度mm ks L L 59.11783132=+= 4）片4①、满载时弧高mm f a 704= ②、弧长mm L 9904=③、计算弧长mm ks L L l 5.4672)(44=-= ④、曲率半径mm f f L R a a l m 12.1596)2/(2/44244=+= ⑤、夹角044429726.0)/arcsin(==m l R L θ⑥、弧长mm R L m 913.94812.159629726.0224441=⨯⨯==θ ⑦、实际弧长mm ks L L 91.1003110*5.0913.9484142=+=+= 5）、片5①、满载是弧高mm f a 805= ②、弦长mm L 8205=③、计算弦长mm ks L L l 5.3822/)(55=-= ④、曲率半径mm f f L R a a l m 4141.954)2/(2/55255=+=⑤、夹角0555412357.0)/arcsin(==m l R L θ ⑥、弧长mm R L m 1178.7874141.95457.4123.0225551=⨯⨯==θ ⑦、实际弧长mm ks L L 1178.842110*5.01178.7875152=+=+= 6）、片6①、满载时弧高mm f a 906= ②、弦长mm L 6406= ③、计算弦长mm ks L L l 5.2922)(66=-=④、曲率半径mm f f L R a a l m 313.520)2/(2/6266=+=⑤、夹角0666597.0)/arcsin(==m l R L θ⑥、弧长 L 61=26θR 6m =2 ⨯ 0.597 ⨯ 520.313=621.251mm ⑦、实际弧长 L 62= L 61+K s =621.251+0.5 ⨯110=676.251mm 7）、片7①、满载是弧高mm f a 1007= ②、弦长mm L 4607=③、计算弦长mm ks L L l 5.2022/)(77=-= ④、曲率半径mm f f L R a a l m 031.255)2/(2/77277=+= ⑤、夹角077791739.0)/arcsin(==m l R L θ⑥、弧长mm R L m 928.467031.25591739.0227771=⨯⨯==θ ⑦、实际弧长mm ks L L 928.5221105.0928.4677172=⨯+=+= 8）、片8①、满载是弧高mm f a 1108= ②、弦长mm L 2808=③、计算弦长mm ks L L l 5.1122/)(88=-= ④、曲率半径mm f f L R a a l m 528.112)2/(2/88288=+= ⑤、夹角088854833.1)/arcsin(==m l R L θ⑥、弧长mm R L m 461.348528.11254833.1228881=⨯⨯==θ ⑦、实际弧长mm ks L L 461.4031105.0461.3485152=⨯+=+= 2. 主片1○1 卷耳内径 D=35mm ○2 卷耳长度L 卷= π（D+h ）⨯87=3.14 ⨯ (35+10) ⨯ 87=123.7163 mm ○3 滑动处延伸度 L 延 = 50mm 3. 主片 2○1包耳长度 L 包= (27.5+h) ⨯32π+12=3.14⨯ (2.75+10) ⨯32+12=188.7375 mm○2 侧钩弯曲半径 R= 15mm ○3侧钩长度 L 侧 =π(R+2h)/2 +25 =56.42 mm ○4各片总成伸直长度 i L 伸= i mm L L L ++延卷包倒各片弦长（或L +L ）+滑板吊耳宽度（40）L 伸1 =1350+123.7163+40=1513.72mm L 伸2 =1350mm L 伸3 =1170mmL 伸4 =990mm L 伸5 = 820mm L 伸6 =640mm L 伸7 =460mmL 伸8 = 280mm八、钢板弹簧总成在自由状态下各片的曲率半径R I 0 1 未夹紧”U ”型螺栓的m 空载弧高F=f c +f a +∆○1 动拢度f d =63 ○2 预压缩产生的塑性变形 ∆ ∆ = (0.055— 0.075)(f c +f d )=0.075(100+63)=8.965mm∴ ○3 F=100+ 50+8.965=158.965mm ④ 型螺栓夹紧时对弧高的影响∆H ∆H=)}+ f + f s)(-{(2L L *2 s=17.71233mm2.求自由状态下的总弧高F 0F 0=F+∆H=158.965+17.71233=176.6773mm 3.求主片的曲率半径R 01由公式0011201/cos[)]0FR -=（R ）=1-F L /(2R F （R ）=0 (计算到小数点后5位) 1）设R 1x =1500 R 2x =2000；则F （R 1x ）= -0.01775<0 ；F(R 2x )=-0.03407≥0 2）令R 3x =（R 1x +R 2x ）/2=1750； 则F(R 3x )=-0.02713≤0 3）R 4x = (x1R + R 3x )/2=1625； 则F(R 4x )=-0.02328≤04）R 5x =( R 3x + R 4x )/2=1687.5； 则F （R 5x ）=-0.02538≤0 5）R 6x =( x4R +R 5x )/2=1656.25； 则F(R 6x )=-0.02437≤0 6）R 7x =( x4R + R 6x )/2=1640.625； 则F(R 7x )=-0.02348≤0 7）R 8x =( x4R + R 7x )/2=1632.81； 则F(x8R )=-0.02356≤0 8）R 9x =( x7R + R 8x )/2=1636.719； 则F(x9R )=-0.02370≤0 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 i 0为R 01的同心圆 即R i 0= R 01+（i-1）h(mm)R 01=1633.29 R 02=1643.29 R 03=1653.29 R 04=1663.29 R 05=1673.29 R 06=1683.29 R 07=1693.29 R 08=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 i 公式：R i =R i 0/(1+2σ01/Ehi)(mm) ∴ R 1=1934.149758R 2=1593.41R 3=1602.82 R 4=1612.21 R 5=1621.6 R 6=1630.996 7R =1693.29 8R =1703.29 2 做弧高验算○1 分配后的总成的曲率半径为R 0 由最小势能原理可知 1/ R 0 =∑（I i L i /R i ）/∑( I i L i )I : 第i片的惯性矩=bh3/12Li: 第i片的的长度Ri: 第i片自由状态下的曲率半径各片厚度相等则1/R=∑( L i/R i)/ ∑L i=1671.65 ○2弧高的比较F验与F= Fc+Fd+∆+∆H进行比较F验-F=130.495-176.677=-46.182mm( F验-F)/ F*100/︒︒=-46.182/176.677 ×100%=-26.139%3.求各片在自由状态下的弧高FiLi0=(Li-Ks/2)mm∴L01=647.5 L02=647.5L03=557.5 L04=467.5L05=382.5 L06=292.5L07=202.5 L08=112.5F1=111.602 F2=137.49F3=100.08 F4=69.2696F5=45.757 F6=26.44267F=12.152 7F=3.7193 4.给出产品的出厂检验标准○1空载时(p=0) F=F验=130.4952mm○2载荷P=2000N时，在载荷P 下产生的动挠度c1f /P C = C=268.3985F 1=F 验-F c1=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道路附着系数）(7.0=φC ：满载时弹簧固定点道路面的距离C=600mm l 1、l 2弹簧前、后段长度：l 1=l 2=L/2=675mm1G :作用在前轴上的静载荷的一半（N ）=wF）数（货车：前制动时前轴负荷转移6.1~4.1:'1m5.1'1=m 0W ：钢板弹簧总截面系数W 斜垫板：考虑KS 处断面。