钢板弹簧悬架设计

( ) Ri
=
R0
1+ (2σ 0i R0 ) / ( Ehi )i
H 02 = 123.5mm 、 H 03 = 99mm 、 H 04 = 77.3mm 、 H 05 = 58.2mm 、 H 06 = 41.8mm 、
H 07 = 28.1mm 、 H 08 = 17.2mm 、 H 09 = 8.9mm 、 H 010 = 3.3mm 。
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汽车设计课程设计 ————钢板弹簧的设计
片 等 厚 ， 其 长 度 成 等 差 数 列 ， 即 li = l2 − (i − 2)a ， i ∈[0,10] 。 其 中 l10 = s + a ， 将
s
=
70mm, l 2
= 1180mm 代入得
a
=
1110 mm 9
=
370 3
mm
， l10
=
580 3
mm
，则各板长度为：
l1
=1180mm、
五、钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定：
因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同，装配后各片产生预应力，其值确定
了自由状态下的曲率半径 Ri 。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
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，但需引入挠度增大系数
δ加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩 J0 。对于对称钢
板弹簧：
J0
=
⎡⎣( L
− ks)3
cσ
⎤ ⎦
( 48E )
式中，s 为 U 形螺栓中心距（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 / fc ；δ为挠度增大系数
（ 先 确 定 与 主 片 等 长 的 重 叠 片 数 n1 ， 再 估 计 一 个 总 片 数 n0 , 求 得 η = n1 n0 ， 然 后 用
将 fc = 94mm, s = 70mm, L = 1180mm 代入求得 H 0 = 123.5mm;
钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 R0 = L2 (8H 0 ) =1409.2mm.
然 后 由 H 0i
= li 2 8R0
求 出 各 钢 板 在 装 配 总 成 中 的 弧 高 ， 其 值 如 下 ： H 01 = 123.5mm 、
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叶片的端部可以按其形状和加工方式分为矩形（片端切角）、椭圆形（片端压延）和片端压延
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）。本设计中采用矩形端部
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
端部 CD 段和中间夹紧部分 AB 段是厚度为 h1 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。
二、确定各片钢板长度：
图 4.2
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
4
钢板弹簧取长些。
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σ = 1.5 ⎡⎣1.04 (1+ 0.5η )⎤⎦ 初定δ）E 为材料的弹性模量。
，
其中， δ
=
1.5 [1.04 + (1 + 0.5 × n1 )]10，取 Nhomakorabean1
=1
，则
δ
= 1.5 1.092
，将其代入求得
J 0 = 40327.3mm 4 ；
W0 = FW L' /(4[σ W ]) =19800N ×1120mm /(4 × 450MPa) = 12320mm3 ；
1
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a. 图面清晰，比例正确； b. 尺寸及其标注方法正确； c. 视图、剖视图完整正确； d. 注出必要的技术条件。 4.设计对象（悬架）所选用的弹簧材料必须符合国标 GB1222-84，并尽量用优选系列；所设 计的板簧应符合 JB523-85,JB4040-85。
−
2)
+
(5a)3 (2 − 12) + (6a)3 (12 − 3) + (7a)3 ( 3 − 4) + (8a)3 ( 4 − 6) + 6 X 3 ]
7
72
23
35 5
装配刚度时 X=9a，代入数据可求得装配刚度 c=217 N / mm ≈ 19800 N / mm ; 94
检验刚度时 X= l1 ,代入数据可求得检验刚度 c=192 N / mm .
初取 hp
= 2J 0 /W0
=
40327.3mm 4 12320mm3
≈ 6.6mm ，取 b=8 hp =52.8mm.
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
四、总成自由状态下的弧高：
5
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图 4.3
(1) 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 H0
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）连线间的最大高度差（如图 4.3），称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 H0
用下式计算：
(Yk
k =1
− Yk+1 )] ，其中 ak +1
=
1 2
(l1
−
lk+1 ),Yk
=
1 ,α = 0.9 ；其中，
k
Ji
i =1
∑n
a3 k +1
(Yk
k =1
− Yk+1 )
=
1 8bh 3
[a3 (6
−
4)
+
(2a)3 (4
− 3)
+
(3a)3 (3 − 12) + 5
(4a)3 (12 5
Ri
=
1+
R0
(2σ 0i R0
) / ( Ehi
)
式中， Ri 为第 i 片弹簧自由状态下的曲率半径（mm）； R0 为钢板弹簧总成在自由状态下的曲
率半径（mm）； σ 0i 为各片弹簧的预应力（ N / mm2 ）；E 为材料弹性模量（ N / mm2 ），取
R1 = R2 = R3 = 541mm ； hi 为第 i 片的弹簧厚度（mm）。
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、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 6．绘制悬架总成装配图、零部件图共计 1 张 A0。 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： （1） 统一稿纸，正规书写； （2) 竖订横写，每页右侧画一竖线，留出 25mm 空白，在此空白内标出该页中所计算的主要 数据； （3) 附图要清晰注上必要的符号和文字说明，不得潦草； 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＃）； 要求如下：
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
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
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根据 J 0
= nbh3 得： h = 3 12J 0
12
nb
= 3 12 × 40327.3 ≈ 9.74mm ； 10 × 52.4
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，希望尽可能采用前者但因为主片工作条件恶 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 1.5。 4.）钢板断面尺寸 b 和 h 应符合国产型材规格尺寸。