12 25汽車專業課程設計指導書 修改

2022-08-05 00:05:45 字數 5005 閱讀 3541

課程設計任務書

一、課程設計的性質、目的、題目和任務

本課程設計是學生在完成基礎課、技術基礎課和大部分專業課學習後的一個教學環節,是培養學生應用已學到的理論知識來解決實際工程問題的一次訓練,併為畢業設計奠定基礎。

1、課程設計的目的是:

(1)進一步熟悉汽車設計理論教學內容;

(2)培養學生理論聯絡實際的能力;

(3)訓練學生綜合運用知識的能力;

(4)引導學生培養獨立分析問題、解決問題的能力和自學能力。

2、設計題目:

載貨汽車縱置鋼板彈簧設計

(1) 縱置鋼板彈簧的已知引數

3、課程設計的任務:

(1)由已知引數確定鋼板彈簧的其他主要引數;

(2)計算鋼板彈簧中主要零件的引數;

二、課程設計的內容及工作量

根據所學機械設計、汽車構造、汽車理論、汽車設計以及力學和工藝等課程,完成下述涉及內容: 1.學習鋼板彈簧設計的基本內容2.選擇、確定鋼板彈簧的主要引數3.撰寫設計說明書

設計要求:1. 設計說明書

設計說明書是存檔檔案,是設計的理論計算依據。說明書的格式如下:

(1)統一稿紙,正規書寫;(2) 豎訂橫寫,每頁右側畫一豎線,留出25mm空白,在此空白內標出該頁中所計算的主要資料;(3) 附圖要清晰註上必要的符號和文字說明,不得潦草;

2. 說明書的內容及計算說明專案

(1)封面;(2)目錄;(3)原始資料及資料;(4)對設計課題的分析;(5)汽車縱置鋼板彈簧簡圖;(6)設計計算;(7)參考文獻;(8)設計小結(設計特點及補充說明,個人體會等)。

4.設計物件(鋼板彈簧)所選用的彈簧材料必須符合國標gb1222-84,並儘量用優選系列;所設計的板簧應符合jb523-85《汽車鋼板彈簧技術條件》和jb4040-85《汽車鋼板彈簧效能要求》。

參考資料

1.《汽車設計》吉林大學編;第四版2008年。2.《最新汽車設計實用手冊》 黑龍江人民出版社,2005年3.《汽車工程手冊》 機械工業出版社,2000年4.《汽車理論》清華大學編,機械工業出版社,第五版5.《汽車構造》吉林大學編,機械工業出版社,第五版6.

常用工程材料的材料效能(部分材料效能見附錄)

一、引數選擇及計算

0.前言

鋼板彈簧的使用可以追溯到比汽車更早的馬車時代。當時的安裝方法是在如現代汽車所用的縱置鋼板彈簧之上再倒置一與之相同的縱置鋼板彈簧,且使這兩組板簧的主片帶有一定的曲率,上下板簧的兩端分別相連形成近似橢圓的板簧組。因此人們習慣性地將汽車上採用的板簧按其安裝方式不同稱為“半橢圓”或“四分之一橢圓”板簧,但實際上現代大多數汽車的鋼板彈簧在其設計載荷下都近似於平直,不再有明顯的“橢圓”曲率。

由於鋼板彈簧具有結構簡單,製造、維修方便;除了作為彈性元件外,還可兼起導向和傳遞側向、縱向力和力矩的作用;在車架或車身上兩點支承,受力合理;可實現變剛度特性等一些特點而得到了廣泛應用。但鋼板彈簧也有其明顯的不足,即單位質量的儲能量較小,對於傳統的多片簧而言當其最大許用應力取1100mpa時,單位質量儲能量約為94j/kg。相比之下,在1100mpa應力下,螺旋彈簧的儲能量為510j/kg。

而扭杆彈簧在965mpa應力下為390j/kg。這就意味著在同樣的使用條件下,鋼板彈簧要重一些。在設計和使用鋼板彈簧時,必須注意儘量發揮其優點以彌補不足。

近年來轎車上採用鋼板彈簧作為彈性元件的已越來越少,但在載貨汽車上鋼板彈簧仍是首選的彈性元件。板簧的結構形式、材料、加工製造手段和設計方法一直在進步和發展。目前已有傳統的多片簧、少片變截面簧和漸變剛度板簧可以適應不同的需要。

近年來,有人開發出中、低碳系列的彈簧鋼代替原先一直採用的高碳彈簧鋼以提高可加工性,還有的採用複合材料以減輕自重。在加工手段上,則普遍採用了預壓和應力噴九等措施提高板簧的疲勞壽命。鋼板彈簧的設計也從傳統的初選引數——試製——試驗——修改設計的模式逐步轉向經驗設計與優化設計相結合以縮短開發週期,減少浪費。

本設計作為汽車設計的基本內容,仍然選用傳統設計方法(初選引數——試製——試驗——修改設計)進行設計。現在常用的鋼板彈簧設計方法(經驗設計與優化設計相結合的設計)請同學們課下在本設計的基礎上自學涉獵。廣義而言,板簧設計應通過合理選擇結構型式和設計引數使板簧能夠滿足整車總佈置所規定的彈性特性和裝配要求,在使用中具有足夠的疲勞壽命,滿足輕量化設計的要求,並且有經濟可行的生產成本。

鋼板彈簧設計計算大體可以分為三大步。第

一、根據總佈置給定的載荷、剛度要求以及對板簧長度、寬度的限制條件等初選引數;第

二、確定各片的長度和驗算鋼板彈簧剛度,綜合考慮板簧的總成弧高要求和各葉片的工作應力的分佈,確定自由狀態下的曲率半徑;第

三、核算鋼板彈簧總成弧高,校核極限工況下板簧的應力及卷耳、彈簧銷的強度。

鋼板彈簧已知引數

(1)彈簧載荷

通常新車設計時,根據整車佈置給定的滿載軸載質量減去估算的非簧載質量,得到在每副彈簧上的承載質量。已知滿載靜止時汽車前後軸(橋)負荷g1、g2和簧下部分荷重gu1、gu2,則據此可以計算出單個鋼板彈簧的載荷:fw1=(g1- gu1)/2和fw1=(g2- gu2)/2。

一般將前、後軸,車輪,制動鼓及轉向節等總成視為非簧載質量,將傳動軸、轉向縱拉桿等總成一半也視為非簧載質量。如果鋼板彈簧佈置在車橋上方,彈簧3/4的質量為非簧載質量;1/4彈簧質量為非簧載質量。(2)板簧總長l

鋼板彈簧長度l是指彈簧伸直後兩卷耳中心之間的距離,在總佈置可能的條件下,應儘可能將鋼板彈簧取長些。板簧總長度l一般由總佈置人員確定,或由懸架設計人員與總體設計人員協商確定。根據不同車型要求,由總佈置給出彈簧伸直長度的控制尺寸。

在佈置可能的情況下,儘量增加彈簧長度,這主要是考慮以下幾個方面原因。1)增加鋼板彈簧長度l能顯著降低彈簧應力,提高使用壽命降低彈簧剛度,改善汽車平順性。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。

3)剛板彈簧的縱向角剛度係指鋼板彈簧產生單位縱向轉角時,作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。4)增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時,能減少車輪扭轉力矩所引起的彈簧變形。5)增加彈簧長度可以選用片厚的彈簧片,從而減小彈簧片數,並且片厚的彈簧對提高主片卷耳強度有利。

在下列範圍內選用鋼板彈簧的長度:

轎車:l=(0.40~0.

55)軸距;貨車:前懸架:l=(0.

26~0.35)軸距;後懸架:l=(0.

35~0.45)軸距。車軸可以放在板簧正中間,也可以稍微偏向一端。

如前板簧設計時,常將車軸略向前固定卷耳靠近以增大接近角。一般無特殊要求時,常將車軸置於板簧中間,以減少裝配時的麻煩(3)懸架靜撓度懸架靜撓度是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷fw與此時懸架剛度c之比,即=fw/c。汽車簧載質量與其質量組成振動系統固有頻率是評價汽車行駛平順性的主要引數。

經分析可知(具體分析過程請查閱教材181頁):懸架的靜撓度直接影響車身振動的偏頻n。因此,欲保證汽車有良好的行駛平順性,必須正確選取懸架的靜撓度。

1. 滿載弧高ha和動撓度fd的確定

(1)滿載弧高ha 滿載弧高fa是指鋼板彈簧裝到車軸(橋)上,汽車滿載時鋼板彈簧主片上表面與兩端(不包括卷耳孔半徑)連線間的最大高度差。由於車身高度、懸架動行程及鋼板彈簧導向特性等都與汽車滿載弧高有關,因此彈簧滿載弧高值應根據整車和懸架效能要求選取合適值,一般取。有的車輛為得到良好的操縱穩定性,滿載弧高取負值。

(2)動撓度fd 懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結構允許的最大變形(通常指緩衝塊壓縮到其自由高度的1/2或2/3)時,車輪中心相對車架(或車身)的垂直位移。要求懸架應有足夠大的動撓度,以防止在壞路面上行駛時經常碰撞緩衝塊。對轎車,取7—9cm;對大客車,取5~8cm;對貨車取6~9cm2.選擇板簧斷面尺寸及片數的確定2.

1鋼板斷面寬度的確定

在研究鋼板彈簧時,常將其抽象成簡支樑。因此可利用簡支樑的撓度公式計算板簧的總慣性矩j0

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式中,s為u形螺栓中心距(mm);k為考慮u形螺栓夾緊彈簧後的無效長度係數(如剛性夾緊,取k=0.5,撓性夾緊,取k=0);c為鋼板彈簧垂直剛度(n/mm),;δ為撓度增大系數(先確定與主片等長的重疊片數,再估計一個總片數,求得,然後用初定δ),e為材料的彈性模量(mpa)。

鋼板彈簧總截面係數用下式計算:

2)將上式代入下式(3),可計算得鋼板彈簧平均厚度

3)有鋼板彈簧平均厚度以後,再選鋼板彈簧的片寬b。增大片寬,能增加捲耳剛度,但當車身受側向力作用傾斜時,彈簧的扭曲應力增大。前懸架用寬的彈簧片,會影響轉向輪的最大轉角。

片寬選取過窄,又得增加片數,從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。推薦片寬與片厚的比值在6~10範圍內選取。查國標gb1222—84確定片寬和片厚。

2.2 鋼板彈簧片厚h的選擇

根據矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩可推得:鋼板彈簧片厚。片厚h選擇的要求:

1)增加片厚h,可以減少片數n。2)鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況,希望儘可能採用前者但因為主片工作條件惡劣,為了加強主片及卷耳,也常將主片加厚,其餘各片厚度稍薄。此時,要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過三組。

3)為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應小於1.5。4)鋼板斷面尺寸b和h應符合國產型材規格尺寸。

查國標gb1222—84確定寬度b,厚度h的值,使其符合國產型材規格尺寸。因為的厚度一般不超過9.5mm,故在選用材料為的鋼板彈簧時,要注意厚度要求。

2.3 鋼板斷面形狀最常用的板簧材料為熱軋彈簧扁鋼,其截面形狀為上下表面平坦(允許稍向內凹)。兩側為圓邊,圓邊半徑為厚度的0.

65~0.85倍。由於板簧的疲勞破壞總是始於受拉伸的上表面,故下表面常採用如圖1(b)、(c)、(d)所示的拋物線側邊或單面單槽、單面雙槽形狀以使截面的中性軸向上移動,減小拉伸應力。

通常認為許用壓應力可大於許用拉應力,其比值達1.27~1.30。

經驗表明,採用圖(b)、(c)、(d)截面的板簧與採用傳統圖(a)截面的板簧相比可節約10%~14%的鋼材,疲勞壽命約可提高30%。鋼板斷面形狀矩形斷面結構簡單,製造容易,變截面少片鋼板彈簧多采用矩形斷面結構

圖1 鋼板彈簧的截面形狀

(a)標準型 (b) 拋物線側邊 (c)單面單槽 (d)單面雙槽

2.4 鋼板彈簧片數n

片數n少些有利於製造和裝配,並可以降低片間的幹摩擦,改善汽車行駛平順性。但片數少了將使鋼板彈簧與等強度樑的差別增大,材料利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數在6~14片之間選取,重型貨車可達20片。

用變截面少片簧時,片數在1~4片之間選取n=3。

若板簧截面為矩形截面,則慣性矩為:

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