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1、燕山大学课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书题目：题目： BJ1040BJ1040 后悬架设计后悬架设计 燕山大学课程设计评审意见表燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日目目 录录1、参数计算- 1 -11 选择悬架主要参数：nc 、fc、Cs、.n0、f0.- 1 -1.2 确定板簧总长 L，满载静止弧高 Ha，上、下跳动挠度 fd 下、fd 上.- 2 -1.3 选择板簧片数及断面参数- 3 -1.4 板簧的应力校核- 4 -1.5 各片长度的确定- 5 -1.6 板簧
2、的刚度验算- 6 -1.7 各片应力计算- 10 -1.8 预应力及其选择- 10 -1.9 板簧总成自由状态下的弧高及曲率半径计算- 13 -1.10 各片在自由状态下的曲率半径及弧高计算- 14 -1.11 板簧的动应力和最大应力- 17 -1.12 板簧的强度验算- 19 -2 附件选取- 21 -2.1 减震器- 21 -2.2U 形螺栓.- 22 -2.3U 型螺栓上的螺母.- 22 -2.4 中心螺栓- 22 -2.5 弹簧卡处的铆钉和螺栓- 22 -2.6 卷耳处的销及油杯- 23 -2.7 滑动轴承- 23 -3 参考文献- 24 -1、参数计算、参数计算11 选择悬架主要参数
3、：选择悬架主要参数：nc 、fc、Cs、.n0、f0 满载偏频nc偏频为评判整车平顺性能的一个重要参数，在设计悬架初期就要先定义偏频的范围。根据书中要求，货车满载时，后悬架满载偏频要求在 1.702.17Hz，但货车对于平顺性的要求比较低，暂取nc =2.0Hz。满载静挠度 fc悬架的静挠度fc会直接影响到车身振动的满载偏频，cn因此，要想保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架的静挠度。而且前悬架的静挠度要比后悬架的静挠度大些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。在选定偏频后可以依据下面的公式计算后悬架的静挠度满载静挠度cm25. 62252522ccnf板簧线刚度 Cs 悬架的线刚度
4、指的是车轮保持在地面上而车厢做垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹簧恢复力。钢板弹簧作为悬架中的弹性元件，它自身的线刚度会影响到悬架的线刚度，从而影响车厢的位移量，这里用如下的公式计算板簧的线刚度。满载时单个板簧上的垂直载荷KNQ 118.112/)32235.02.1425.0655.010008.93880( cmKNfQCcs779. 125. 6118.11空载时的偏频n0 及挠度f0 计算出满载时的偏频nc和静挠度fc后，还需要通过空载情况下的静载荷求出此时的偏频及挠度。nc =2.0Hzfc=6.25cmQ=11.118KNCs=1.779KN/ cm空载时单个板簧上的
5、垂直载荷KNQ 272.32/)32235.02.1425.05.010008.91880(0 空载挠度cmCQfs839. 1779. 1/272. 300空载偏频n0 = 5/=5/=3.687Hz0f839. 11.2 确定板簧总长确定板簧总长 L，满载静止弧高，满载静止弧高 Ha，上、下跳，上、下跳 动挠度动挠度 fd 下、下、fd 上上板簧总长 板簧的长度为弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。一般由设计人员确定，确定板簧的总长时要从以下几方面考虑。a）增加钢板弹簧的长度能明显降低弹簧应力，提高使用寿命；b）板簧长度增加能降低弹簧刚度，改善汽车行驶的平顺性；c）在垂直刚度给定的条件下，板簧
6、长度增加又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。因此，原则上，在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。对于货车的后悬架推荐在如下的范围内选择:L=(0.350.45)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,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，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。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。代入数据得Q0=3.272KNf0 =1.839cmn0 =3.687HzL=1
7、325mmL=(0.350.45)2800=11201540mm，最后选择的钢板弹簧的长度为 1325mm。满载静止弧高 Ha 满载静止弧高 是装配到汽车上之后的板簧弧高，一般后悬架为 Har=2030mm，考虑到钢板弹簧安装好后有足够的上跳动挠度，将满载静止弧高取 20mm。上、下跳动挠度 fd 上、fd 下悬架弹簧的动挠度 fd与其限位行程有关，二者应适当配合，否则会增加行驶中撞击限位的概率，使平顺性变坏。上跳动挠度一般取为(0.71.0) fc，过大则板簧的最大应力增大，过小则容易碰撞限位块。带入相关数据得出这里设计的后悬架的上跳动挠度范围(4.3756.25)cm，考虑到悬架弹簧的动挠
8、度与其限位行程很好的配合，将上跳动挠度定为 5.313cm。下跳动挠度略小于，定为 3.313cm。1.3 选择板簧片数及断面参数选择板簧片数及断面参数板簧片数初选总片数n和主片数n1，建议后簧取n = 10-14，n1 =2或 3。片数少些有利于制造和装配，并可以降低片之间的干摩擦，改善汽车行驶平顺性。综合考虑汽车的行驶平顺性与静载荷，将板簧总片数n 定为 14，主片n1定为 3。断面宽度与高度在研究钢板弹簧时，常将其抽象成简支梁。因此可利用简支梁的挠度公式计算板簧的总惯性矩 J4348)(mmECSKLJS：挠度系数， S：骑马螺栓距离；K：非工作长度系数，表征骑马螺栓的夹紧程度；Ha=2
9、0mmfd 上=5.313cm fd 下=3.313cmn=14 n1=3K= 0.5 为刚性夹紧，K = 0 为挠性夹紧；查国标 GB122284 选取簧片的断面参数，即宽度 b，厚度 h，若为矩形截面，则惯性矩为： 413112mmhbJJniiinii 若选用双槽钢，材料手册上都给出了 J 和中性层的位置，其惯性矩为： niiJJ1比较二者的结果，应大致相等，否则调整片数或断面参数，直至满意为止（相对误差小于 5%） 。其中各参数选取如下：= n1/n=3/14=0.214=1.5/1.04(1+0.5)=1.5/1.04(1+0.50.214)=1.303K=0.5S=100mmb=8
10、0mmh 主=8mm h 辅=8mm将这些参数值代入公式= 48577.087mm4531006. 248779. 1)1005 . 01325(303. 1J=47787mm4 141312880iJ相对误差 017. 047787)47787087.48577()(JJJ符合要求。1.4 板簧的应力校核板簧的应力校核=0.214=1.303K=0.5S=100mmb=80mmh 主=8mm h 辅=8mm 48577.J 087mm4 47787J mm4相对误差 =1.7(1)平均应力抽象成简支梁的板簧在承受载荷 Q、变形为fc时，根部应力为：c= c12)(6 SKLEhfc c为许用
11、静应力，经应力喷丸处理的弹簧钢：后簧：c=450550 MPa代入相关数据可得paMpac450M819.291)1005.01325(25.681006.26 303.1125 满足要求。(2)最大应力最大应力即板簧产生最大变形时的应力：dcfffMpa1000900)()(62maxSKLffEhdc 代入相关数据可得：866.539)1005.01325(303.1)313.525.6(81006.26 25maxMpa 900Mpa 满足要求。1.5 各片长度的确定各片长度的确定簧片长度是指其各片的伸直长度。有两种设计方法，一是等差级数法，二是作图法。这里采用等差级数法：等差级数法是将
12、板簧总长度与骑马螺栓 S 之间的差分成与片数相等的c=291.819M pa=539.866max MpaL1=1325mm L2=1325mm L3=1325mm L4=1230mm L5=1135mm L6=1040mm L7=945mm L8=850mm长度等差数列，相邻各片的长度差是相等的。公差)1()(nSLd代入相关数据得mmd23.94)114()1001325(取公差 d=95mm则 mmL13251mmL13252mmL13253mmLL12309534mmLL11359545mmLL10409556mmLL9459567mmLL8509578mmLL7559589mmLL6
13、6095910mmLL565951011mmLL470951112mmLL375951213mmLL2809512141.6 板簧的刚度验算板簧的刚度验算对板簧刚度进行验算时，可以把板簧抽象成前述简支梁（载荷为 Q）,也可以抽象成悬臂梁。抽象成悬臂梁的模型其插入端在车轴处，其长度和载荷都是简支梁的 1/2。这两种模型在力学特性上是等价的。进行刚度验算有两种方法：一是共同曲率法，一是集中载荷法。此处用共同曲率法。该方法假设：（1）板簧各片之间密切接触，无间隙；（2）忽略片间摩擦力。这两个假设等价于：在板簧的任何截面上，各片的曲率（或曲率半径）及其变化都相等；各片承受的弯矩与其惯性矩成正比。如图
14、1。图 1 共同曲率法力学模型L9=755mm L10=660mm L11=565mm L12=470mm L13=375mm L14=280mm设在任意截面上，第一片（主片）曲率半径为，1R 则第二片为，第片为（各片112hRRhiRRi) 1(1等厚） ，或者，由于厚度，故可认为：110ijjihRRiiRh niRRRR 21 当载荷变化，变形（挠度）增大后，有：，RRR11RRR22 RRRii 即 RRRRRRni 021 说明板簧各片在任何载荷下都有相同的曲率半径和变化 量。这样我们就可以把它重新组合成图 2 所示的单片阶梯型 梁：图 共同曲率法的等效模型这是一个端部作用集中载荷的
15、变截面悬臂梁模型。2/QP 设各截面的弯矩在长度方向的变化为 M（x） ，惯性矩为（x） ，用能量积分法求出端部变形:cfU = = cfp21dxxEJxMl102)(2)(dxxPEJxMflc102)()(刚度： ccfP fQCs20xil1l整理可得如下公式：)(/61 113 iiniisYYaEC式中：为修正系数，修正由于抽象成悬臂梁模型引起得误差，其值由经验确定。一般矩形截面簧片取 0.900.95。i = 1、2、3n iilla1为各不同板簧段的惯性矩和。iiJY /1iJ如图 3：图 3 板簧各段的惯性矩在 AB 段 i = 1, 1JJi在 BC 段： i = 2, JJJi1 在 CD 段： i = 3, 321JJJJi式中各片长度取，则计算出的刚度是板簧总2/iiLl 成的刚度可用于检验钢板弹簧的产品刚
