鋼板彈簧設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、確定斷面尺寸及片數(shù)2</p><p>　　二、確定各片鋼板彈簧的長(zhǎng)度4</p><p>　　三、鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算5</p><p>　　四、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算。7</p><p>　　1.鋼板彈

2、簧總成在自由狀態(tài)下的弧高7</p><p>　　2.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定8</p><p>　　五、鋼板彈簧總成弧高的核算10</p><p>　　六、鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算11</p><p>　　二、（修改）確定各片彈簧長(zhǎng)度12</p><p>　　三、（修改）鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算14<

3、/p><p>　　四、（修改）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算15</p><p>　　五、（修改）鋼板彈簧總成弧高的核算17</p><p>　　六（修改）鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算18</p><p>　　七、鋼板彈簧各片應(yīng)力計(jì)算18</p><p><b>　　八，設(shè)計(jì)結(jié)果20</b&g

4、t;</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　十、附總成圖21</b></p><p><b>　　計(jì)算過(guò)程與步驟</b></p><p><b>　　條件參數(shù)：</b></p><p>

5、;　　總重 =13100 N 自重 =6950 N </p><p>　　空車(chē)軸載荷 =4250 N =2700 N</p><p>　　滿載軸載荷 =5750 N =7350 N</p><p>　　非簧載質(zhì)量 =690 N =2010 N</p><p>　　鋼板彈簧長(zhǎng)度L=1000~1100nn&l

6、t;/p><p>　　滿載時(shí)偏頗 n=1.5-1.7Hz</p><p>　　彈性模量 E=2.06 N/ S=8-15%L</p><p><b>　　葉片端部形狀：壓延</b></p><p>　　一、確定斷面尺寸及片數(shù)</p><p>　　有關(guān)鋼板彈簧 的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)

7、支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)δ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(chēng)鋼板彈簧：</p><p><b>　　[1]</b></p><p>　　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(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)（如剛性?shī)A緊，取k=0.5，撓性?shī)A緊，取k=0）；c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），；δ為撓度增大系

8、數(shù)（先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù),求得，然后用初定δ）E為材料的彈性模量。</p><p><b>　　，</b></p><p>　　其中， ， 取，則，</p><p><b>　　去L=1050mm</b></p><p><b>　　取k=0.5，</b&g

9、t;</p><p>　　取滿載偏頗n=1.6HZ 且 =( )/2=2670N, =97.66mm ，</p><p>　　則=27.34N/mm</p><p><b>　　將其代入求得；</b></p><p><b>　　=；</b></p><p&g

10、t;　　初取，取b=9=50.13mm.</p><p>　　片寬b對(duì)汽車(chē)性能的影響：</p><p>　　1）.增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車(chē)身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。 </p><p>　　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(guò)窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚 </p><p>　　3

11、）.推薦片寬與片厚的比值b/在6~10范圍內(nèi)選取。</p><p>　　4）.推薦h在（1+0.1） 范圍左右取，取h=6mm。</p><p>　　查表：b和h應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸，選取b=65mm，h=6mm。</p><p>　　二、確定各片鋼板彈簧的長(zhǎng)度</p><p>　　有作圖法如圖1.得出：且 .</p><

12、;p><b>　　單位：mm</b></p><p>　　圖1. 各片彈簧長(zhǎng)度</p><p>　　應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些,原因如下：</p><p>　　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(chē)平順性。</p><p>　　2,在垂直剛度c給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的

13、縱向角剛度。</p><p>　　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。</p><p>　　4,增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能減少車(chē)輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。</p><p>　　各片彈簧長(zhǎng)度,如表1.</p><p><b>　　表1：?jiǎn)挝唬簃m</b></p

14、><p>　　三、鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算</p><p>　　在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù)、總慣性矩、片長(zhǎng)和葉片端部形狀等的確定都不夠準(zhǔn)確，所以有必要驗(yàn)算剛度。用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。剛度驗(yàn)算公式為</p><p><b>　　[1]</b&g

15、t;</p><p><b>　　其中，；；。</b></p><p>　　式中，為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，＝0.90～0.94；E為材料彈性模量；、為主片和第()片的一半長(zhǎng)度。</p><p>　　則當(dāng), k=1， = =0</p><p>　　k=2， = =525-460=65mm</p><p&

16、gt;　　k=3， = =525-390=135mm</p><p>　　k=4， = =525-325=200mm</p><p>　　k=5， = =525-255=270mm</p><p>　　k=6， = =525-190=335mm</p><p>　　k=7, = =525-120=409mm</p

17、><p>　　k=8, = =525-0=525mm</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　-= </b></p><p>　　當(dāng)k=1， = </p><p>　　k=2， </p><

18、;p>　　k=3， = </p><p>　　k=4， = </p><p>　　k=5， </p><p>　　k=6， </p><p>　　k=7， = </p><p>　　k=8， = </p>

19、<p><b>　　代入數(shù)據(jù)可得：</b></p><p><b>　　=18355.7</b></p><p><b>　　取=0.93</b></p><p><b>　　因此， （符合）</b></p><p>　　四、鋼板彈簧總成在自由

20、狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算。 </p><p>　　1.鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高</p><p>　　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（圖2），稱(chēng)為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高，用下式計(jì)算</p><p><b>　　[1]</b></p><p&

21、gt;　　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。</p><p>　　鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑。</p><p>　　取=20mm ， 則15.6mm</p><p>　　=97.66+20+15.6=133.26mm</p><p>　　因此，

22、 =1034.16mm</p><p>　　2.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 </p><p>　　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(圖4—7)，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)力，使各片壽命接近。</p><p&g

23、t;　　圖2 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑</p><p>　　矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定</p><p>　　(4-1) [1]</p><p>　　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(N／)；正為材料彈性模量(N／)。</p><p>　

24、　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，可以用式(4—1)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；為保證主片及與其相鄰的長(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。</p><p>　　為此，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(guò)大。推薦主片在

25、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／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。</p><p>　　在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩之代數(shù)和等于零，即</p><p><b>　　[1]</b></p><p><b>　　或

26、 </b></p><p><b>　　因此取各片預(yù)應(yīng)力，</b></p><p>　　得： =1128.59mm</p><p>　　同理： =1098.50mm =1069.97mm =1034.16mm</p><p>　　=1017.17mm

27、 =1000.68mm =984.73mm</p><p><b>　　=961.74mm</b></p><p>　　如果第i片的片長(zhǎng)為，則第i片彈簧的弧高為</p><p><b>　　[1]</b></p><p><b>　　則，</b></p>

28、;<p>　　五、鋼板彈簧總成弧高的核算</p><p>　　由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑 是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力 后用式(4－1)計(jì)算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式 計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。</p><p>　　根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的 為</p>&

29、lt;p><b>　　（5-1） [1]</b></p><p>　　式中，為鋼板彈簧第i片長(zhǎng)度。</p><p>　　其中， =++++++</p><p><b>　　+</b></p><p>　　=1050+1050+920+780+650+510+380+240=5580 mm<

30、;/p><p>　　因此，=， 得，=1055.94 mm =（符合）</p><p><b>　　鋼板彈簧總成弧高為</b></p><p><b>　　== （符合）</b></p><p>　　六、鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　(1)緊急制動(dòng)時(shí)，

31、前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力用下式計(jì)算</p><p>　?。?-1） [1]</p><p>　　式中，為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷；為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車(chē)：＝1.2～1.4，貨車(chē)：＝1.4～1.6；、為鋼板彈簧前、后段長(zhǎng)度；為道路附著系數(shù)，取0.8；為鋼板彈簧總截面系數(shù)；c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離如下圖。</p><p>　　其中

32、，取c=300mm， =1.20， =0.8</p><p>　　則=<1000Mpa</p><p><b>　　(符合)</b></p><p>　　(2)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)時(shí)，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力用下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-2） [1]</b>&

33、lt;/p><p>　　式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷；m；為驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車(chē)：＝1.25～1.30，貨車(chē)：＝1.1～1.2；為道路附著系數(shù)；b為鋼板彈簧片寬；為鋼板彈簧主片厚度。</p><p>　　其中，取 =1.25 ， .</p><p><b>　　則=</b></p><p>　　=1150M

34、pa > 1000Mpa （不符合）</p><p>　　問(wèn)題：鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，最大應(yīng)力超標(biāo)。</p><p>　　二、（修改）確定各片彈簧長(zhǎng)度</p><p>　　修改：重選材料規(guī)格，取 h=7mm， b=70 mm</p><p>　　由作圖法如圖4，確定各片長(zhǎng)度，且 .</p><p>　　圖4

35、. 各片彈簧長(zhǎng)度</p><p><b>　　各片彈簧長(zhǎng)度如表2</b></p><p><b>　　表2.</b></p><p>　　三、（修改）鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算</p><p><b>　　由更改后的參數(shù)得</b></p><p><b&

36、gt;　　[1]</b></p><p><b>　　其中，；；。</b></p><p>　　式中，為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，＝0.90～0.94；E為材料彈性模量；、為主片和第()片的一半長(zhǎng)度。</p><p>　　則當(dāng), k=1， = =0</p><p>　　k=2， = =525-460=65mm&l

37、t;/p><p>　　k=3， = =525-390=135mm</p><p>　　k=4， = =525-325=200mm</p><p>　　k=5， = =525-255=270mm</p><p>　　k=6， = =525-190=335mm</p><p>　　k=7, = =525

38、-120=409mm</p><p>　　k=8, = =525-0=525mm</p><p><b>　　由 -= </b></p><p>　　當(dāng)k=1， = </p><p>　　k=2， </p><p>　　k=3， = </

39、p><p>　　k=4， = </p><p>　　k=5， </p><p>　　k=6， </p><p>　　k=7， = </p><p>　　k=8， = </p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)可得

40、：</b></p><p><b>　　=10535.98</b></p><p><b>　　取=0.93</b></p><p><b>　　因此，</b></p><p><b>　?。ǚ希?lt;/b></p><p&g

41、t;　　四、（修改）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算</p><p>　　1.鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 。</p><p>　　取=20mm ， 則15.6mm</p><p>　　=97.66+20+15.6=133.26mm</p><p>　　因此， =1034.16mm</p>&

42、lt;p>　　2.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 </p><p><b>　　取各片預(yù)應(yīng)力，</b></p><p><b>　　代入 </b></p><p>　　得： =1114.06mm</p><p>　　同理： =1088.82mm =1064.71mm

43、 =1034.16mm</p><p>　　=1019.54mm =1005.32mm =991.50mm</p><p>　　=970.464mm</p><p><b>　　3.計(jì)算各片弧高：</b></p><p><b>　　則，</b></p

44、><p>　　五、（修改）鋼板彈簧總成弧高的核算</p><p>　　根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的 為</p><p>　　式中，為鋼板彈簧第i片長(zhǎng)度。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得， =5.3003</p><p>　　=1050+1050+920+780

45、+650+510+380+240=5580 mm</p><p>　　因此，=， 得，=1052.77 mm =（符合）</p><p><b>　　鋼板彈簧總成弧高為</b></p><p><b>　　== （符合）</b></p><p>　　六（修改）鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算&l

46、t;/p><p>　　1.緊急制動(dòng)時(shí)，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力用下式計(jì)算</p><p>　　其中，取c=300mm， =1.20， =0.8</p><p>　　則=<1000Mpa</p><p><b>　　(符合)</b></p><p>　　2.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)

47、時(shí)，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力用下式計(jì)算</p><p>　　其中，取 =1.25 ， .</p><p><b>　　則=</b></p><p>　　=783.4Mpa < 1000Mpa （符合）</p><p>　　七、鋼板彈簧各片應(yīng)力計(jì)算</p><p

48、>　　由應(yīng)力計(jì)算公式 [2]</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　(7-2)</b></p><p><b>　　(7-3)</b></p><p>　　上式中， ——片長(zhǎng)的一半；</p><p>　　P——

49、作用在各片上力的大小，即載荷；</p><p><b>　　——單片截面系數(shù)；</b></p><p>　　——修正系數(shù)。（主片 0.6~0.8，第二片0.7~0.9，其他1.0）</p><p>　　其中 ， ， = , </p><p><b>　　因此，取 </b></p

50、><p>　　=（525-460） 1335/（571.70.6）=253.0 Mpa</p><p>　　=[1335(525-0.5105)-253.0571.7]/(460-0.5105)=1193 N</p><p>　　=（460-390） 1193/（571.70.7）=208.7 Mpa</p><p>　　=[1193(460-0

51、.5105)-208.7571.7]/(390-0.5105)=1086.9 N</p><p>　　=（390-325） 1086.9/（571.71.0）=123.6 Mpa</p><p>　　=[1086.9(390-0.5105)-123.6571.7]/(325-0.5105)=1086.9 N</p><p>　　=（325-255） 1086.9/（

52、571.71.0）=133.1 Mpa</p><p>　　=[1086.9(325-0.5105)-133.1571.7]/(42550.5105)=1086.9N</p><p>　　=（325-190） 1086.9/（571.71.0）=123.6 Mpa</p><p>　　=[1086.9(255-0.5105)-123.6571.7]/(190-0.5

53、105)=1086.8 N</p><p>　　=（190-120） 1086.8/（571.71.0）=133.1 Mpa</p><p>　　=[1086.8(190-0.5105)-133.1571.7]/(120-0.5105)=1086.6 N</p><p>　　=（120-0） 1086.6/（571.71.0）=228.1 Mpa</p>

54、<p><b>　　八，設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p><b>　　表3</b></p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王望予 《汽車(chē)設(shè)計(jì)》 第四版 機(jī)械工業(yè)出版社 2004</p><p>　　[2]

55、劉維信 《汽車(chē)設(shè)計(jì)》 第一版 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　二、確定各片鋼板彈簧的長(zhǎng)度</p><p>　　有作圖法如圖1.得出：且 .</p><p><b>　　單位：mm</b></p><p>　　圖1. 各片彈簧長(zhǎng)度</p><p>　　應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些,原因如下：&

56、lt;/p><p>　　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(chē)平順性。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　4,增大鋼板彈簧縱向角剛