汽车后桥板簧的断裂分析

汽车钢板弹簧的常见故障及使用注意事项作者：江联营来源：《驾驶园》2008年第06期汽车钢板弹簧的主要作用是缓冲与吸收车辆行驶中受到的冲击和振动，保证各种力的传递。

很多司机朋友往往不注意对钢板弹簧的检查维护，如果平时不能正确使用和保养，就会出现故障从而影响车辆的正常行驶。

一、钢板弹簧的常见故障有以下三种：1、钢板弹簧断裂汽车没有偏载，轮胎气压正常且无不均匀磨损，但在行驶时有跑偏倾向。

将空载汽车停放在平坦地面上，发现汽车向一侧倾斜，可以判断较低的一侧是钢板弹簧断裂。

清除钢板弹簧表面的泥土、污垢后，即可查明裂纹情况。

造成钢板弹簧断裂的主要原因有：（1）U型螺栓上螺母松动；使螺栓产生塑性变形或断裂，最终导致钢板弹簧在使用中发生断裂故障;（2）钢板弹簧片间缺乏润滑或锈死;（3）钢板弹簧中心螺栓松动或折断;（4）汽车起步过猛;（5）超载行驶，或货物装载不均;（6）钢板弹簧自身有缺陷。

2、钢板弹簧发生撞击异响汽车行驶中，车辆振动增大，钢板弹簧产生明显的撞击异响。

其主要原因有：（1）由于钢板弹簧簧小、衬套、吊环磨损过量，引起配合间隙增大。

汽车在行驶中，会听到底盘发出一种“呱哒、呱哒”的金属撞击声，出现这种情况应进行修理或更换;(2)汽车在正常装载条件下行驶，车架与钢板弹簧之间发生疲劳变形导致其弧高减小。

此时应拆下钢板弹簧，进行校正和热处理以恢复弧高，或者更换新件。

3、钢板弹簧移位行驶途中汽车有明显的车身斜扭或跑偏倾向，转动方向盘时感觉一面轻一面重。

停车测量左右两边轴距发现不符合规定尺寸，表明钢板弹簧发生移位故障。

其故障原因主要有：（1）若钢板弹簧U型螺栓完好，而当用手锤敲击钢板弹簧端头时发生窜动现象，则表明中心螺栓折断，这时应更换螺栓;（2）弹簧钢板U型螺栓与螺母出现松动或螺纹损伤造成脱扣现象。

如果螺栓松动应按规定力矩拧紧；如果螺纹已损坏应更换新件。

二、钢板弹簧的正确使用（1）在安装钢板弹簧片时应当在片间涂上石墨润滑脂，以减轻锈蚀和磨损;（2）车辆使用中要经常检查紧固U型螺栓和中心螺栓，紧固弹簧卡子；定期向钢板弹簧销注入润滑脂；吊耳或定位销磨损后，应及时更换;（3）路过凸凹路段时，应降低车速。

材料断裂理论与失效分析汽车中的板簧的断裂失效分析专业：材料工程（锻压）类型：应用型姓名：***学号：15S******汽车中的板簧的断裂失效分析引言汽车板簧是汽车悬架系统中最传统的弹性元件，由于其可靠性好、结构简单、制造工艺流程短、成本低而且结构能大大简化等优点，从而得到广泛的应用。

汽车板簧一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁。

在悬架系统中除了起缓冲作用而外，当它在汽车纵向安置，并且一端与车架作固定铰链连接时，即可担负起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，起导向的作用，因此就没有必要设置其它的导向机构，另外汽车板簧是多片叠加而成，当载荷作用下变形时，各片有相对的滑动而产生摩擦，产生一定的阻力，促使车身的振动衰减，但是板簧单位重量储存的能量最低，因些材料的利用率最差。

1. 材质是什么？65Mn/低碳钢哪一类合适？材质一般为硅锰钢。

因为碳素弹簧钢因淬透性低，较少使用于汽车中；锰钢淬透性好，但易产生淬火裂纹，并有回火脆性。

因此，硅锰钢在我国应用在汽车的板簧上较为广泛。

65Mn 钢更为合适，因为：低碳钢为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，又称软钢。

它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。

低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。

因此可以看出，低碳钢不符合板簧材料高强度和高硬度的要求。

65Mn弹簧钢，含有0.90%~1.2%的Mn元素，提高了材料的淬透性，© 12mm 的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。

Mn 是弱碳化物形成元素，在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。

一部分固溶于铁素体（或奥氏体），另一部分形成含Mn的合金渗碳体（Fe、Mn ）。

Mn还能显著提高钢的淬透性，改善热处理性能，强化基体、降低珠光体的形成温度，细化珠光体的片间距离，从而提高钢的强度和硬度。

BL客车后钢板弹簧疲劳断裂原因的分析与改进措施田洪森(机电系,北京100044)摘要:本文通过对BL客车后钢板弹簧断裂断口形状、设计应力、原材料及理化性能等方面的分析,找出造成钢板弹簧疲劳断裂的原因,提出了改进的措施,使该钢板弹簧的疲劳寿命达到日本五十铃公司标准的要求。

关键词:钢板弹簧;疲劳断裂;原因分析;改进措施1问题的提出BL客车是对日本五十铃公司BE22客车技术引进、吸收、消化后的一种轻型客车,该客车后悬挂弹性元件是一变刚度钢板弹簧,该种钢板弹簧的优点是在客车空载、满载状态下呈非线性状态,即悬挂在客车空载、满载状态下接近等频性,从而可以提高客车的平顺性,乘客乘坐舒适性,本文通过分析BL客车后钢板弹簧在设计、试制、试验过程中出现非正常疲劳断裂原因分析,提出了改进措施,使其达到了日本五十铃公司BE22客车后钢板弹簧疲劳寿命的标准要求。

2 BL客车后钢板弹簧的结构BL客车后钢板弹簧为一多片半椭圆形且由主、副簧组成的变刚度钢板弹簧,总片数为12片,其中主簧9片,副簧3片,主片片厚为10mm,其余片厚为9mm,采用的弹簧钢为60Si2Mn,其中3～9片端部压延,使钢板弹簧接近等应力梁。

3 BL后钢板弹簧疲劳试验情况3.1 试验标准:按五十铃公司提供的BE22客车后钢板弹簧疲劳寿命试验标准执行即: 1)按实车状态夹紧;2)变形中心:Fa=58.5mm,Fmax=137mm(2.5G),Fmin=20mm;3)振动频率:60-120cpm;4)从产品中随机抽取三架钢板弹簧;5)疲劳寿命:疲劳循环次数3≥20万次。

3.2 试验设备:钢板弹簧疲劳试验机。

3.3 疲劳寿命试验结果如下:4对钢板弹簧疲劳断裂原因分析根据以上试验结果可以看出,疲劳断裂的簧片均在第7片且同在钢板弹簧的大卷耳端,且位置距钢板弹簧中心螺栓距离也差别不大(138、142、150),说明该钢板弹簧在此处存在规律性疲劳断裂源,而非偶然原因造成的,下面根据疲劳断裂试验结果及设计、生产过程对钢板弹簧疲劳断裂的原因进行分析。

汽车钢板弹簧（下简称：板簧）是汽车关键的弹性元件，主要功能是当 路面对轮子传输冲击力时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用，纵向布 置时还具有导向传力的作用。在路试和正常的使用中会偶发板簧断裂现 象，在排除设计原因导致产品强度不够导致断裂的前提下，为查找到断裂 的根本原因对其分析过程进行详细诠释。
一、断裂宏观微观分析 1、断裂位置 常规的板簧断裂位置为 U 型螺栓夹紧位置附近，此种断裂多为板簧寿 命达到极限，因板簧在设计过程中此区域为应力最大区（除等应力板簧）。 板簧中心孔发生断裂，此种断裂多为对板簧的夹紧出现松动，中心孔为 U 型螺栓夹紧的范围内，此段通称为无效段，因 U 型螺栓夹紧后此段不受到 任何力的作用，但是当 U 型螺栓夹紧段发生松动后，此段将后受到外部传 来的应力，而中心孔位置本身就是“缺陷”位置，故会产生应力集中，从而导 致板簧发生断裂，此种断裂多数不为板簧本身质量问题。板簧其他位置发 生断裂，这种断裂通常为异常断裂，或因产品本身质量问题导致断裂，或因 外部原因导致板簧产生缺陷导致断裂。 2、断口周围情况 对断口周围进行初步观察，查看断口的凹面和凸面是否存在缺陷，如 凹坑、灼烧等，这些缺陷很有可能是导致板簧断裂的根本原因，很多公司都 发生过因其他原因导致板簧表面产生凹坑，从而导致板簧断裂的案例，故 断口周围情况的调查了解是很重要的，应引起重视。 3、断口宏观分析 观察断口的断裂纹路，查看是否存在断裂的疲劳源点区（A 区）、稳态 扩展区（B 区）、失稳扩展区（C 区）、瞬间断裂区（C 区）。A 区为疲劳源点区， 此处有较明显的扇形贝纹线，贝纹线中心为疲劳裂源点，应力集中形成点 在这个位置，受到较大交变应力后，此处应力集中源点处出现先期细小疲 劳微裂纹，且渐次疲劳持续后，形成贝纹扩展；B 区为稳态扩展区，约占整 个断裂面积的近 1/2。表示该板簧在持续路试耐久试验中，承受了持续较大 拉伸压缩交变应力后，晶粒产生位错滑移，并出现点型疲劳脊状形态；塑料 变形明显；疲劳特殊明显；C 区为失稳扩展区，约占整个断裂面积的近 1/4。 表示该处承受持续拉伸交变应力后，失稳扩展，塑性变形不明显，晶粒组织 变形均匀平滑；D 区为瞬间断裂区，板片边缘锐边，面积非常小，说明组织 韧性较好，失稳后，瞬间撕裂。 4、断口微观分析 一般为用扫描电镜观察断口的微观特征，进一步的确认断口出的应力 集中点，及断裂裂纹。微观分析的主要作用是初步判断断裂的一个物理过 程，是对宏观分析的一个诠释和补充，目的是确认断裂源及断裂纹路。 二、硬度、金相、脱碳层的分析 硬度、金相、脱碳层的分析主要是对产品热处理结果的一个分析，热处 理是将固态金属采用适当的方式进行加热 、保温和冷却以获得所需组织 结构与性能的工艺。因此板簧的热处理对其使用寿命起着至关重要的作 用，故充分的分析热处理情况可以有效的查找板簧存在的质量问题，从而 查找板簧断裂的主要原因。 1、硬度分析 硬度指“固体材料抗拒永久形变的特性”，热处理后板簧得到什么样的 组织，则产品就会有什么样的硬度，一般淬火硬度要求逸58HRC，回火硬度 要求 40.5耀47HRC，得到的板簧要求硬度合格且均匀。如果硬度偏高，则板 簧的脆性过大，在收到较大冲击的时候，板簧的塑形变形承受能力相对较 小，易导致早期断裂。 如果硬度偏低，则板簧的塑形过大，俗称板簧过软，在不断地受到振动 冲击中，板簧易被压趴，导致板簧作用失效，从而导致断裂。如果硬度不均

总结词
焊接修复是一种常见的钢板弹簧单边折断修复方法，通过将断裂部分焊接在一起，实现修复。
详细描述
焊接修复具有操作简单、成本低廉的优点，适用于小范围、小尺寸的钢板弹簧断裂。然而，焊接过程中可能造成 钢板局部变形，影响钢板弹簧的平整度和刚度。此外，焊接质量受操作人员技能水平影响较大，需要经验丰富的 焊接工人进行操作。
钢板弹簧的断裂会影响车辆的制动 性能，特别是在紧急制动时，可能 导致制动距离延长。
承重能力
钢板弹簧是车辆承重的主要部件之 一，单边折断会降低车辆的承重能 力，影响货物运输和乘坐舒适度。
02
钢板弹簧单边折断原因分析
材料缺陷
01
钢板弹簧材料本身存在缺陷，如 夹杂物、气泡、裂纹等，这些缺 陷降低了材料的力学性能，容易 引发断裂。
道路状况不佳，如颠簸、坑洼等，会导致钢板弹簧承受额外的冲击和振动，从而 增加断裂的可能性。
载荷分布不均
钢板弹簧在承载过程中，如果载荷分布不均，会导致部分钢 板过载或欠载，从而引发断裂。
钢板弹簧的设计不合理，如长度、曲率半径等参数不合适， 也会导致载荷分布不均，增加断裂的风险。
03
钢板弹簧单边折断预防措施
材料质量控制
01
02
03
选用优质材料
确保钢板弹簧所用的材料 质量可靠，具有足够的强 度和耐久性，以降低断裂 的风险。
严格控制材料成分
对材料的化学成分进行严 格控制，确保各成分含量 符合标准要求，以提高材 料的综合性能。
进行材料检验
对采购回来的材料进行质 量检验，确保材料质量符 合要求，防止不合格材料 流入生产环节。
定期维护保养
对钢板弹簧进行定期维护 保养，清除表面污垢、锈 迹和杂物，保持其良好的 工作状态。

基于汽车钢板弹簧断裂失效研究摘要：汽车是我们日常生活中常见的一个交通工具，为人们出行提供了很多便捷，而钢板弹簧是汽车悬架系统中的重要零件，倘若其出现问题，会对驾驶人员带来一定的影响。

其中致使汽车钢板弹簧断裂失效的原因，也来自方方面面，本文则主要针对弹簧断裂失效的主要形式进行了分析，同时也提出一些可行的改进方法，希望以此来确保钢板弹簧处于有效状态，这不仅可以保障车辆的安全性和可靠性，也可以极大的降低安全事故的发生概率。

关键词：汽车；钢板弹簧；断裂失效；研究前言：社会经济的发展促进了我国汽车行业的发展，而汽车也成为人们生活中不可缺少的一部分。

通常情况下，车辆在正常行驶时，会受到自身震动或者是外部因素的影响，而致使钢板弹簧出现一些问题，其中当应力超过钢板弹簧自身承受能力时，就会出现断裂而失效，这难以保障驾驶人员的生命安全。

因为作者多年从事钢板弹簧的质量检测及失效分析，所以根据自身工作经验提出几点改进方法，希望以此来尽量避免钢板弹簧断裂失效问题的出现，切实保障驾驶人员的生命安全。

1.汽车钢板弹簧断裂失效主要形式1.中心孔失效现阶段，汽车钢板弹簧断裂失效的形式很多，具体从以下进行分析。

第一，中心孔失效，中心孔本身就是钢板弹簧最为脆弱的部分，一旦其失效，就会导致车辆过程中出现诸多问题，严重者还会引发安全事故[1]。

致使中心孔失效的原因，可能是由于螺栓松动，造成弹簧承受的作用力被汇聚到中心孔，也可能是由于其他原因，比如：当中心孔的承受力的表面积变小时，也会致使其产生裂纹，此时的钢板弹簧会失去作用，这会影响到汽车的正常行驶，针对此类问题我们要采取措施进行处理。

1.板簧卷耳失效板簧卷耳失效，也是汽车钢板弹簧断裂失效的一个主要形式，他对驾驶人员所带来的影响也比较大。

汽车在行驶过程中难免会遇到各种摩擦力或者是外力的碰撞作用，导致板簧卷耳处于失效的状态，致使此类问题出现的原因，我们从以下分析：第一点，可能是由于驾驶人员在驾驶过程中因操作不规范，例如急停或快速换挡引起汽车非正常窜动，长期之后会致使板簧卷耳处于失效状态，很难保障车辆运行的平顺性。

材料断裂理论与失效分析汽车中的板簧的断裂失效分析专业：材料工程（锻压）类型：应用型姓名：***学号： 15S******汽车中的板簧的断裂失效分析引言汽车板簧是汽车悬架系统中最传统的弹性元件，由于其可靠性好、结构简单、制造工艺流程短、成本低而且结构能大大简化等优点，从而得到广泛的应用。

汽车板簧一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁。

在悬架系统中除了起缓冲作用而外，当它在汽车纵向安置，并且一端与车架作固定铰链连接时，即可担负起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，起导向的作用，因此就没有必要设置其它的导向机构，另外汽车板簧是多片叠加而成，当载荷作用下变形时，各片有相对的滑动而产生摩擦，产生一定的阻力，促使车身的振动衰减，但是板簧单位重量储存的能量最低，因些材料的利用率最差。

1.材质是什么？65Mn/低碳钢哪一类合适？材质一般为硅锰钢。

因为碳素弹簧钢因淬透性低，较少使用于汽车中；锰钢淬透性好，但易产生淬火裂纹，并有回火脆性。

因此，硅锰钢在我国应用在汽车的板簧上较为广泛。

65Mn钢更为合适，因为：低碳钢为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，又称软钢。

它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。

低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。

因此可以看出，低碳钢不符合板簧材料高强度和高硬度的要求。

65Mn弹簧钢，含有0.90%~1.2%的Mn元素，提高了材料的淬透性，φ12mm 的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。

Mn是弱碳化物形成元素，在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。

一部分固溶于铁素体（或奥氏体），另一部分形成含Mn的合金渗碳体（Fe、Mn）。

Mn还能显著提高钢的淬透性，改善热处理性能，强化基体、降低珠光体的形成温度，细化珠光体的片间距离，从而提高钢的强度和硬度。

图1 故障板簧断裂位置
因U型螺栓松动导致的断裂多发⽣在中⼼孔处。

常规的板簧断裂位置在U型螺栓加紧位置附近，此断裂多为板
图2 故障板簧断口附近压痕
断口宏观分析
从断口锈蚀程度可以看出，断裂板簧后端
图3 断裂板簧后端
图 断裂板簧前端
图 断口分析
. 化学成分
失效板簧材料及规格为50CrVA ，14×70平扁。

取样做 化学成分、夹杂物分析
. All Rights Reserved.
图 故障板簧硬度检测图 故障板簧⾦相检测
. 脱碳层分析
板簧经热处理后，脱碳层深度不应超过表5的要求，否则会影响板簧的疲劳寿命。

. All Rights Reserved.
表5 脱碳层检测要求
图 故障板簧脱碳层检测图 故障板簧表⾯喷丸覆盖率。

合为过盈配合，经计算这种配合完全能够 平衡由于侧滑而引起的侧向力，不致使半 轴彼抽出去。
轴的头部商径很大，另一端花键处到 轴承安装处直径相对很小，如果采用整体 锻造在头部镦出巾１２４直径是很困难的成
本也较高。所以采用摩擦对焊的工艺对截 面选在弯曲力矩很小的地方。另外在图ｌ所 示的区域进行中频表面淬火，表面硬度 ＨＲＣ５０一６０心部硬度ＨＲＣ２５—３２，这样可以 提高疲劳强度。半轴材料采用４５号钢。
万方数据
科技创业家ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ Ｐ１０ＮＥＥＲｓ
１ ４９
有纵向力和侧向力作用，所以半轴只受垂 向弯矩：
垂向力Ｆ，，最大，纵向力Ｆ。，＝Ｏ，侧向力 Ｆ，，＝０：此时垂直力最大值Ｆ，：为：
Ｆ：２Ｌ＝Ｆ：２Ｒ＝Ｋ（Ｇ ２／２一ｇ。）＝８０７ｌ（Ｎ） 其中Ｋ为动载系数Ｋ＝１．８，
而魄ｒ＝足ב２￡×６＝２８２．４９（Ｎ’ｍ）
该半轴按照工艺规范生产并检验合格 后装车。在试车过程中发生断裂，对断裂件 的原材料成分进行了光谱分析，其结果符 合有关技术标准，为弄清楚该半轴早期断 裂的原因，本文对其硬度、显微组织、宏观 及微观端【Ｊ进行了研究。 ３．１试验方法
首先ｌ记录并分析断口宏观形貌，然后 用酒精等将端口表面清洗干净．用扫描电 子显微镜做断ｕ微观形貌分析，用光学显 微镜对半轴表层和心部显微组织进行研 究，｜一ｌ时测定了其硬度。
４结论 ４５＃汽车后桥半轴中存在较多的铁素
体是造成半轴疲劳断裂的原因。应该在生 产中找出造成调质淬火工艺温度不正确的 原因，并予以改正，使后桥半轴的调质组织 和硬度符合技术要求。
（ａ）纵向 （ａ）Ｌห้องสมุดไป่ตู้ｎｇｔｈｗｉｓｅ ｓｅｃｔｉｏｎ
（ｂ）纵向 （ｂ）Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｓｅｃｔｉｏｎ

某车型驱动桥后桥壳开裂分析某款车型在矿区山路行驶过程中，驱动桥后桥壳在钢板弹簧位置附近发生开裂，有齿轮油渗出，此失效后桥壳为钢板冲压件，通过气体保护焊焊接而成，其主体为上下两半冲压件。

本文主要对失效件断口通过宏观观察、微观分析、金相检测，确定后桥壳开裂性质，分析可能开裂的原因。

标签：驱动桥后桥壳；钢板弹簧；开裂；断口分析驱动桥后桥壳是汽车重要的组成部分，它不但支撑着汽车的重量，将载荷传递给车轮，还承受制动工况、驱动工况、横向工况、纵向工况及上下跳工况产生的力或力矩，并经悬架传递给车身或车架。

在汽车行驶过程中，由于道路条件的千变万化，桥壳受到车轮与地面间产生的冲击载荷影响，可能引起桥壳变形或开裂，甚至断裂，因此驱动桥后桥壳应具有足够的强度和刚度。

同时其内部装有减速器、差速器、车轮传动装置及齿轮油，不但可以保护上述零部件受到外界的破坏，还可以通过内部的齿轮油润滑零部件之间的摩擦，降低零部件摩擦产生的温度，提高其寿命，所以合理的设计制造驱动桥后桥壳是提高汽车行驶稳定性和操作性的重要措施，如驱动桥后桥壳失效，会影响整车操稳，甚至发生交通事故，威胁生命。

某款车型在矿区行驶过程中，驱动桥后桥壳开裂，对失效件进行分析，结果如下：1 宏观观察驱动桥后桥壳外观及开裂位置见图1，桥壳的开裂位置在桥壳背面，位于钢板弹簧支座附件，与车辆前进方向相反，沿桥壳周向分布，后桥壳表面为电泳黑漆处理，开裂区域附件未见撞击、磕碰等异常损伤。

在后桥壳上截取失效位置，外观见图2。

图1 后桥壳整体结构图图2 失效样件外观观察断口形貌，发现断口表面较为平整，有少量的塑形变形，端口上可观察到较为明显的疲劳源区和疲劳弧线，裂纹扩展方向为沿后桥壳周向，瞬断区出现了严重的磨损，后桥壳源区起源于焊缝区外表面一侧。

为进一步对断口进行观察，将断口放于显微镜下进行观察，后桥壳源区起源于焊缝外表面一侧，为点源特征，源区被少量油污覆盖，但仍能观察到明显的疲劳辉纹，辉纹大小间距不等。

汽车用钢板弹簧失效分析摘要：钢板弹簧是汽车悬架的重要组成部分，钢板弹簧在汽车行驶中承受交变应力载荷，其产品质量直接关系到车辆行驶的平顺性及操控稳定性。

汽车钢板弹簧是汽车悬架应用最为广泛的一种弹性元件,具有可靠性好、结构简单、制作工艺流程短等优点。

关键词：汽车用；钢板弹簧；失效分析引言汽车钢板弹簧由若干片曲率半径不同、长度不同、宽度相同的弹性钢片叠加而成,在整体上近似等强度的弹性梁,具有减震和导向作用。

钢板弹簧的中部通过U型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，其作用是通过悬挂的方式连接车架和车桥。

钢板弹簧裸露在车架与车桥之间，承受车轮对车架的冲击、弯曲和振动载荷，通过吸收车辆动能，将动能转化为弹性势能，从而起到缓冲作用，保证车辆的平稳性和安全性。

1理化检验1.1断口宏观分析断裂位置距离钢板弹簧中心35mm处，从图中可以看到钢板弹簧表面布满喷丸留下的凹坑。

钢板弹簧的断口形貌，从图中可以看出，断口与钢板弹簧长度方向垂直，无明显塑性变形，为宏观脆性开裂，断口表面较粗糙，在B区域可以观察到明显的撕裂棱，根据撕裂棱的方向可知A区域为裂纹源区，钢板弹簧断裂起源于表面，其余区域（C区）为最终断裂区。

1.2断口微观分析用扫描电镜观察钢板弹簧断口中的裂纹源区和扩展区的微观形貌，从图中可以看出该区域为解理断裂，属于微观脆性断裂，在裂纹源区可以观察到二次裂纹。

可以观察到疲劳辉纹，说明扩展区是在力的循环作用下形成的。

将钢板弹簧放到UniMT-12000A/D荧光磁粉探伤机中进行复合磁化，轴向电流为3500A，纵向电流为2000A，磁化2次，磁化时间为1s。

钢板弹簧表面磁粉探伤形貌，从图中可以看到钢板弹簧表面存在多条磁痕，钢板弹簧断口的裂纹源区域A和B处有明显的裂纹存在，说明钢板弹簧在台架试验前表面已有裂纹存在，需要进一步分析裂纹产生的原因。

1.3裂纹微观形貌分析用OLYMPUSGX53光学显微镜对裂纹形貌和裂纹处的显微组织进行检测。

某重型汽车后钢板弹簧断裂失效分析摘要：本文对某重型汽车后钢板弹簧断裂失效进行了分析，通过常见的疲劳断裂和静态断裂两种方式进行实验研究，同时借助有限元分析技术，对弹簧设计参数和工况条件进行模拟计算，并对实验结果进行验证。

总结了弹簧失效的可能原因，提出了改进方案，为后续类似产品的研发和生产提供了有力的参考依据。

关键词：重型汽车，后钢板弹簧，疲劳断裂，静态断裂，有限元分析正文：一、引言钢板弹簧作为重型汽车的重要组成部分之一，对其使用寿命和安全性具有重要意义。

然而，在实际使用中，弹簧的疲劳断裂和静态断裂现象时常发生，不仅给车辆的正常行驶带来不良影响，还可能导致严重事故的发生。

因此，对钢板弹簧的失效机理及预防措施进行深入探究，具有重要的理论和实践意义。

二、实验方法本文选取某重型汽车后钢板弹簧作为研究对象，采用疲劳断裂和静态断裂两种方式进行实验研究。

具体步骤如下：首先，选取标准试件并对试件表面进行处理，以保证试件表面光滑无缺陷。

接着，通过万能试验机对试件进行疲劳载荷测试，记录试件被破坏前的循环次数。

最后，在静载荷下对试件进行断裂实验，测量试件断裂强度和断裂模式。

三、有限元分析为了更好的模拟实际工况下弹簧的变形和应力分布情况，借助有限元分析技术，对弹簧的设计参数和工况条件进行模拟计算。

具体步骤如下：首先，根据实际弹簧的构造和材料参数，建立三维有限元模型。

接着，在预先设定的载荷情况下进行计算，得到弹簧的位移、应力和应变等参数。

最后，将有限元计算结果与实验结果进行对比和验证，并进行优化设计。

四、结论与展望通过疲劳断裂和静态断裂两种实验研究方式以及有限元分析技术，对某重型汽车后钢板弹簧的断裂失效进行了深入分析。

研究结果表明，弹簧断裂的原因可能是由于材料性能不佳或设计和制造不合理等多种因素导致。

因此，建议在材料选择、工艺优化和设计方面进行改进，并加强对弹簧的质量管控，以提高弹簧的使用寿命和安全性。

相信未来针对类似产品的研发和生产，本文的研究成果将为其提供有力的参考依据。

开发提 供依 据 。
关 键词 ： 板簧
断裂
１ Ｊ － 刖 Ｌ ‘ 图 ２中弧高 ｈ减 小 ， 导致骑 马
板 簧 以其 结构 简单 ， 便宜 可靠 等 因素 ， 使 其成
为商 川 乍最 常采 用 的 弹性 元 件 之 … 。 对 于 其 常
见 失 效 形 式—— 断 裂 的原 冈 分 析 就 显 得 格 外 重
螺栓松 动 ，如按 此状 态继续 路 试将会 出现 板 簧断 裂故 障 。
要 。我 仃 Ｊ 结合 以 下几种 故障分 析板 簧断 裂 的主 要
原【 六 】
２ 断裂 故 障分 析
２ ． １ 故 障一 ： 中心 螺栓处 断裂（ 见图 １ ）
５ １ ５ Ｎ ／ ｍ ｍ ２ ， 极 限应 力 ９ ８ １ Ｎ ／ ｍｍ ２ ， 符合 设计 要求 。 且为保 证 主片 的寿命 ， 板簧 各片通 过调 整弧 高 ， 使 主片产 生负 的预应力 ， 如图 ４ 。从 而保证 主片 有更
高 的疲 劳 寿命 ， 不 至 于 出现 主片过 早 断裂 ， 影 响整
角。 ２ ． ２ ． ２ 解决措 施 ：
图 ７ 表面 脱 碳 层
该 板 簧 片厚 为 ８ ｍｍ，按 标 准 Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ９ ８ ４ ４规 定， 脱层 不 应超 过 ０ ． ２ ４ ａｍ， ｒ 但 实 测结 果 为 ０ ． ３ ｍ ｍ。 不符 合要求 ，因此判 断板 簧断 裂的原 因为脱碳 层
车安全 。初步 分析非设 计原 因导致 断裂 。
图 ４ 板 簧 各 片 装 配示 意 图
２ ） 工 艺 因素 ： 经 扫描 电镜 分 析 ， 在 断 裂 起 始
处可 以观察 到一些表 面 凹坑 ， 如 图 ５所示 。

从以上簧片应力分布可以看出,在最大变形时断口处的应力值也相对较小,并从理论上讲该处也不可能产生最大应力,因此该钢板弹簧设计是合理的,不存在断口处设计应力过大的问题。
2)
簧片在断口处是否有附加应力产生除设计应力外,如果因某种原因有附加应力产生,使总应力加大也可能造成钢板弹簧片断裂,通过对断裂簧片断口处观察,发现此处在压延时造成了轻微急弯,使该片端部同上一片形成点接触,对这一点从试验后两片间的摩擦痕迹也证明了此点(如图)
摘 要:本文通过对BL客车后钢板弹簧断裂断口形状、设计应力、原材料及理化性能等方面的分析,找出造成钢板弹簧疲劳断裂的原因,提出了改进的措施,使该钢板弹簧的疲劳寿命达到日本五十铃公司标准的要求。
关键词:钢板弹簧;疲劳断裂;原因分析;改进措施
4 对钢板弹簧疲劳断裂原因分析
根据以上试验结果可以看出,疲劳断裂的簧片均在第7片且同在钢板弹簧的大卷耳端,且位置距钢板弹簧中心螺栓距离也差别不大(138、142、150),说明该钢板弹簧在此处存在规律性疲劳断裂源,而非偶然原因造成的,下面根据疲劳断裂试验结果及设计、生产过程对钢板弹簧疲劳断裂的原因进行分析。
......
I=7 σ1=37 σ2=41 σ3=44 σ4=47 σ5=17 σ6=2
......
注:I—片序 σ—应力 kg/mm2 各应力点为平均间隔(100mm)。
1 问题的提出
BL客车是对日本五十铃公司BE2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ客车技术引进、吸收、消化后的一种轻型客车,该客车后悬挂弹性元件是一变刚度钢板弹簧,该种钢板弹簧的优点是在客车空载、满载状态下呈非线性状态,即悬挂在客车空载、满载状态下接近等频性,从而可以提高客车的平顺性,乘客乘坐舒适性,本文通过分析BL客车后钢板弹簧在设计、试制、试验过程中出现非正常疲劳断裂原因分析,提出了改进措施,使其达到了日本五十铃公司BE22客车后钢板弹簧疲劳寿命的标准要求。

汽车钢板弹簧断裂失效分析钢板弹簧,又称叶片弹簧,是汽车悬架的重要组成部件,主要用于载重汽车及大客车的前后悬架上。

汽车行驶的平顺及操纵稳定性均受到钢板弹簧的影响。

钢板弹簧在汽车行驶时受交变应力的作用,疲劳断裂是常见的失效形式。

断裂钢板弹簧材料为60CrMnA,经850～870°C加热淬火,440～460°C回火,喷水冷却,表面喷丸处理(采用?0.8～1.2mm铸钢丸,以4m/s速度喷射)。

对成品进行疲劳试验,3万次后断裂,而设计寿命要求达6万次。

2试验方法及结果2.1宏观分析从断裂钢板弹簧的宏观形貌可知,断口具有疲劳断裂的特征,疲劳源位于受拉应力的一侧,裂源处有多条台阶条纹由表及里扩展。

这种台阶条纹反映了疲劳源处存在应力集中。

2.2扫描电镜断口分析用XL-30扫描电镜观察断口,低倍下可观察到裂纹源形成于弹簧表面的凹坑处,断口上有多个疲劳源,裂源处有多条放射状台阶条纹。

在断口裂纹扩展区可观察到疲劳辉纹。

2.3化学分析在失效钢板弹簧上取样进行化学成分分析,结果符合标准。

2.4硬度检验由断口分析可知,钢板弹簧属疲劳断裂。

从疲劳区和瞬断区的面积看,疲劳区面积大于50%,说明钢板弹簧在工作应力作用下裂纹扩展较深,名义应力并不高,但在裂源处却有多条台阶条纹。

在疲劳断口上出现多条台阶条纹则表明有应力集中存在。

当表面存在缺口、凹坑、尖角等缺陷时就可能产生应力集中而形成台阶条纹,且出现多个源疲劳。

对弹簧表面观察的结果表明,弹簧表面存在较多喷丸形成的凹坑,有些凹坑呈尖角状。

断口分析和金相剖面分析结果均表明疲劳裂纹起始于凹坑底部,并检测到多处疲劳源和裂纹。

金属疲劳裂纹的形成主要是由于在交变载荷应力作用下(通常为拉应力),在金属表面产生不均匀的滑移,因此裂纹常产生在构件的表面,所以构件的表面状态对疲劳强度影响很大。

表面质量包括表面残余应力和表面粗糙度。

表面损伤如刀痕、凹坑、缺口等,这些缺陷处易产生应力集中,使疲劳强度下降。

#
２Ｐ
＋Ｂ
２Ｘ
２＝
Ｃ
２Ｘ
３＝
０
#
Ａ#
##
３Ｘ
２＋
Ｂ
３Ｘ
３＋
Ｃ
３Ｘ
４＝０
"
Ａ#
#
４Ｘ
３＋
Ｂ
４Ｘ
４＋
Ｃ
４Ｘ
５＝０
#
Ａ#
# $
５Ｘ
４＋
Ｂ
５Ｘ
５＝
０
式中
ｌ： 簧片有效长度的一半； 当夹箍失效后， 有效长度要加上
原夹紧区长度的一半；
Ｉ： 簧片的惯性矩。
Ａ ｉ＝０．５
ｌｉ （３ ｌｉ
ｌｉ－１ ｌｉ
－１）
Ｂ
ｉ＝－１－
从表中看出， 当夹箍正常工作时， 各测点都产生预应力， 中
心孔有应力但比较小。施加载荷后， 在理想情况下力是不能传
递到夹紧段的， 但是由于夹紧力有所减小， 部分力传入夹紧段
而在中心孔处产生应力。钢板弹簧的材料采用 ６０Ｓｉ２Ｍ ｎＡ ， 屈服
极 限 为 １３７５ Ｍ Ｐａ［１］， 此 应 力 远 远 小 于 钢 板 弹 簧 的 屈 服 极 限 ， 是
表 １ 夹箍正常工作和完全失效情况下测点应力 （ Ｍ Ｐ ａ）
１ 试验设计
试验目的是测出夹箍正常和失效情况下中心孔处的应 力。应变片布置在板簧与 Ｕ 形螺栓连接处以及中心孔附近， 如 图 ２ 所示。在 Ｕ 形螺栓上也贴有应变片， 用来观察在工作过程 中夹紧力的变化情况。试 验 设 备 采 用 ＩＮ Ｖ ２３０５ 型 静 态 电 阻 应
σ４＝
Ｘ
４ｌ４－Ｘ Ｗ４
５ｌ５
，
σ５＝
Ｘ ５ｌ５ Ｗ５

载货汽车钢板弹簧断裂分析张喆长春一汽集团汽车材料研究所，长春市 130011摘要：对工作中遇到的导致钢板弹簧断裂的多种原因进行了总结，探索了提高钢板弹簧疲劳寿命切实可行的有效方法。

关键词：钢板弹簧；失效分析钢板弹簧是载货汽车悬架的重要组成部件，作为车轮运动轨迹的导向机构，使用底盘受力情况较好，是直接影响着汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。

在汽车行驶过程中，钢板弹簧承受交变应力的作用，疲劳断裂是常见的失效形式。

我厂设计生产的J6、J5P 、L501等系列车型的前后悬架上都使用了钢板弹簧，其疲劳寿命对整车质量有着重要的影响。

作者承担了技术中心的钢板弹簧断裂分析工作，本文对工作中遇到的导致钢板弹簧断裂的多种原因进行了总结，探索了提高钢板弹簧疲劳寿命切实可行的有效方法。

1．钢板弹簧材料标准和断裂分析依据我厂载货汽车使用的钢板弹簧材料主要有50CrMnVA 、50CrVA 、60Si2MnA 、55SiMnVB 等，具有高强度和高可靠性，其性能和工艺性能见表1。

表1 普通弹簧钢力学性能热处理制度力学性能 伸长率 δ% 钢材牌号淬火温度 （℃）回火温度 （℃）屈服点 бS ( MPa) 抗拉强度бb ( MPa) δ5δ10收缩率ψ%50CrV A 850 油 500 1150 1300 10 40 55SiMnVB 860 油 460 1250 1400 5 30 60Si2MnA 870 油 440140016005 20作者工作过程中接触到了许多种类的断裂情况，其中既有在台架试验过程发生断裂，也有在道路试验过程中以及用户使用过程中发生断裂。

目前，我们主要采用化学分析、断口分析以及金相检验等方法对断裂的钢板弹簧进行失效分析。

分析检验主要按照下列标准进行： GB/T 19844-2005《钢板弹簧》、GB/T 1222-1984《弹簧钢》、JB/T 3782-1984《钢板弹簧金相检验标准》以及一些我厂的内部标准。