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设计专用纸
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目录
一、确定断面尺寸及片数 ------------------------------------------------------------------------ 2
二、确定各片钢板弹簧的长度 ------------------------------------------------------------------ 4
三、钢板弹簧的刚度验算 ------------------------------------------------------------------------ 5
四、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算。 ------------------------------- 7
1.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高0H ------------------------------------------------------------------------------------ 7
2.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 -------------------------------------------------------------------------------- 8
五、钢板弹簧总成弧高的核算 ---------------------------------------------------------------- 10
六、钢板弹簧的强度验算 ---------------------------------------------------------------------- 11
二、（修改）确定各片弹簧长度 --------------------------------------------------------------- 12
汽车钢板弹簧断裂失效分析
唐刚
【摘 要】采用金相及断口分析等方法,对早期疲劳断裂失效的汽车钢板弹簧进行综合分析,得出结论:钢板弹簧产生疲劳断裂的主要原因是由于喷丸工艺控制不当,致使弹簧表面存在较多的凹坑,这些凹坑在弹簧工作时成为应力集中点而形成疲劳源.
【期刊名称】《汽车零部件》
【年(卷),期】2019(000)007
【总页数】4页(P94-97)
【关键词】钢板弹簧;喷丸;疲劳断裂
【作 者】唐刚
【作者单位】比亚迪汽车工业有限公司,广东深圳518118
【正文语种】中 文
【中图分类】U46
0 引言
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。
某车型采用的钢板弹簧为少片变截面板簧。该钢板弹簧在进行台架疲劳试验时，加载循环次数在(3～6)万次左右时出现不同程度的断裂现象，而未达到相关技术指标(设计寿命要求达8万次以上)。 该钢板弹簧材料为50CrV钢，钢板弹簧经淬火、回火处理后，表面喷丸处理。为了找出该钢板弹簧的断裂原因，对其断裂失效件进行了理化检验与分析。
1 检测过程与结果
1.1 疲劳试验情况介绍
采用的疲劳试验设备为机械式疲劳试验机，按GB/T 19844-2018《钢板弹簧技术条件》标准规定的汽车用钢板弹簧台架试验方法装夹、试验，如图1所示。
1.2 疲劳试验条件
按GB/T 19844-2018《钢板弹簧技术条件》标准6.3.4规定：在应力幅为323.6
MPa、最大应力为833.5 MPa的试验条件下进行垂直负荷下的疲劳试验。
图1 钢板弹簧疲劳试验装置
1.3 宏观观察
断裂发生在前钢板弹簧组第三片，后钢板弹簧组第一、二片，如图2中箭头所指位置,断裂位置距离卷耳235～245 mm。断口宏观形貌如图3、图4所示。整个断口表面较平坦，未见明显塑性变形，表面油漆完整。
图2 钢板弹簧断裂位置
图3 钢板弹簧断口宏观形貌1
1钢板弹簧悬架设计规范
钢板弹簧悬架设计规范(提纲)
一、钢板弹簧钢断面参数(R=h/2, R=h, R=3h/4)
1．单面双槽钢
（1）断面积
（2）中性层位置
（3）惯性矩
（4）断面系数
（5）拉、压应力比
2．矩形断面钢
（1）断面积
（2）惯性矩
（3）断面系数
*主要（常用）规格列表，给出数值，供查用。
二、钢板弹簧总成基本特征参数
1．刚度（自由刚度，夹紧刚度）
（1）多片簧
（2）少片簧
2．比应力
（1）多片簧（根部应力）
（2）少片簧（a.根部应力；b.最大应力点应力）3．弧高
（1）夹紧弧高
（2）自由弧高
三、有关整车性能参数的校核
1．悬架固有频率
（1）静挠度
（2）固有频率（推荐值）
（3）两级刚度复式板簧的挠度和频率2．侧倾校核
（1）侧倾角刚度（a.板簧，b.稳定杆） （2）侧倾力臂
（3）侧倾角（推荐值）
3．杆系的运动学校核
（1）板簧运动当量杆的计算
a.基线角
b.圆心位置
c.当量杆长度（半径）
d.相关点的平移
（2）纵拉杆与板簧运动干涉量计算（推荐限值）
（3）传动轴伸缩量与万向节夹角校核
4．制动时的纵扭干涉
（1）板簧纵扭特性
a.纵扭瞬心位置
b.纵扭角
（2）纯纵扭干涉引起的跑偏量
（3）纵扭与“点头”同时干涉的跑偏量5．轴转向效应
（1）当量杆斜度
（2）轴转向效应系数
四、强度校核
1．设计载荷下的平均静应力（推荐值）
（1）等比应力
（2）不等比应力
a.多片簧各片不等厚
b.少片簧
2．最大行程下的极限应力（推荐值）
（1）等比应力
（2）不等比应力
3．纵扭时应力校核（推荐值）
（1）制动
a.前簧 b.后簧（倒车）
（2）驱动后簧
4．卷耳应力校核（推荐值）
（1）制动
（2）驱动
五、钢板弹簧各单片的设计
1．多片簧各单片长度的确定
2．各单片弧高的确定
（1）总成弧高的选定
a.装车后满载弧高
b.装车后无载弧高
c.自由弧高与曲率半径
《汽车总体设计——悬架系统》
第一节 概 述
悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把悬架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起
来。其主要任务是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给
车架(或车身)的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证
车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速
行驶能力。
悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。
导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架(或车身)的运动特性，并传递除弹
性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装
置作用。缓冲块用来减轻车轴对车架(或车身)的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。
装有横向稳定器的汽车，能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。
对悬架提出的设计要求有：
1)保证汽车有良好的行驶平顺性。
2)具有合适的衰减振动能力。
3)保证汽车具有良好的操纵稳定性。
4)汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适。
5)有良好的隔声能力。
6)结构紧凑、占用空间尺寸要小。
7)可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保
证有足够的强度和寿命。
为了满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固
有频率应在合适的频段，并尽可能低。前、后悬架固有频率的匹配应合理，对轿车，要求前
悬架固有频率略低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架(或车身)。在簧上质量
变化的情况下，车身高度变化要小，因此，应采用非线性弹性特性悬架。
汽车在不平路面上行驶，由于悬架的弹性作用，使汽车产生垂直振动。为了迅速衰减这
种振动和抑制车身、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应装有减振器，并使之具有合理的
阻尼。利用减振器的阻尼作用，使汽车的振动振幅连续减小，直至振动停止。
