汽车钢板弹簧疲劳试验规程研究

汽车钢板弹簧疲劳试验规程研究

邹辅平

（运城市空港开发区鼎森机械制造有限公司）

就目前而言，在中国的汽车钢板弹簧行业，对钢板弹簧的使用寿命性能指

标的衡量，都是采用台架疲劳试验机来进行来进行检测的，其唯一参考的国家

标准是《GB/T 19844-2005》钢板弹簧。这个标准里面疲劳试验的规范要求很

粗放，而实际上，对于不同的试验者由于对标准的理解不同，会存在试验规程

上的差异，还有试验设备的不同，都会对试验结果带来误差，其最终结果是：

对同一产品的评价，会产生不同的结果！

为了施行统一的钢板弹簧疲劳寿命检验标准，就应从如下几个方面进行分

析，统一思想，形成规范，以确保对钢板弹簧产品疲劳寿命的准确评价。

一、《GB/T 19844-2005》钢板弹簧标准中的误区和盲点

在4.6 条中对疲劳寿命技术指标的描述中写到“在应力幅为

323.62Mpa(3300kgf/cm 2) 、最大应力为833.5Mpa（8500kgf/cm 2）的试验条件下，钢板弹簧的疲劳寿命应不小于8 万次”在这个表述中对试验条件一带而

过，为此，该标准就增加了一个“附录A（规范性附录）汽车用钢板弹簧台架试验方法”。即便如此，该标准对钢板弹簧的试验规范的规定仍然存在如下忙

点：

1、在计算钢板弹簧的比应力时，如何规范弹性模量E的取值？对于双槽钢材料截面而言，如何计算根部断面系数和惯性矩？由于大家的理解和认识的不

同，计算出来的比应力值就会有差异，最后所得到的预加变形量和振幅就会不

同，试验结果就会出现差异。

2、试验脉动频率未做规定，这显然会带来试验频率越高，试验结果越差，

反之，频率越低，疲劳寿命就会越长，其结果是不能够真实的反映客观实际。

3、原标准中仅仅只对产品的试验温升不能超过150℃做出了规定，而没有对如何统一降温措施和方法做出规定，就会使得150℃这个参数形同虚设，因

为，在实际操作过程中，根本没办法直接测出产品片间的实际温度。另一方

面，风冷与水冷的效果是会有很大差异的，因此，看似有规定的试验，如果采

取了不同的降温措施，所得到的试验结果也是会有所不同的。

钢板弹簧疲劳试验除了上述三个方面的忙点之外，还可能存在如下两个方

面的误区：

1、振幅的计算

根据标准的规定，理应按下式计算振幅值：

式中：为脉动振幅，单位为cm；

为比应力，单位是：kgf/cm3

如果把标准中所规定的应力幅值：3300kgf/cm2理解为最小应力，那么振幅的计算就会得到如下的错误结果：

显然，此计算结果比正确结果扩大了 1.79倍。

2、总成的模拟装车夹紧方式，与功能上类似的安装夹紧方式是有区别的，

从比应力的计算公式

不难看出：比应力与总成的有效长度L的平方是成正比例的，如果，总成在中间夹紧的夹具长度及形状存在不规范，对钢板弹簧总成的实际比应力的影响是

很大的，为了消除这种人为的影响，只能规定每种总成的夹紧方式必须符合总

成的实际装车模式。

综上所述，笔者建议尽快修订完善钢板弹簧疲劳试验标准。

二，汽车钢板弹簧疲劳试验前的相关计算

1、基本计算公式：

对于普通对称式、平扁钢截面的多片簧钢板弹簧，公式（1）是适用的，并且，根据《GB/T 19844-2005》钢板弹簧标准的规定，当板簧单片的截面厚度≥14mm时，其比应力的计算结果需要扩大1.05 倍，即：

式中：E—弹性模量，E的取值为2100000kgf/cm 2；

L e—为有效长度，Le=L-0.5S （S为模拟装车夹紧长度）、单位为cm；

∑I 0—为总成根部惯性矩，的计算，按下式计算：

根据根部断面系数W0 与惯性矩I 0 的关系，板簧根部总惯性矩∑Wo可按下式计算，：

是cm；

式中：h—为单片钢板的厚度，单位

B —为单片钢板的宽度，单位是cm；

n —为钢板弹簧总成的片数，无量纲。

实

，而公式（3）和（4）是假设材料截面为完整矩形截面时所得到的结果

际上弹簧扁钢根据GB/T 1222-2007 弹簧钢标准的要求，其截面图形有如下两种形状：

由于材料的实际截面有两种情况，一为平面弹簧扁钢（见图 A.1）；另一

种截面则是单面双槽钢，并且在宽度方向的两端面存在圆弧，且圆弧半径最小

为1/2 板厚，最大为板厚，此时，如果仍按公式（3）和（4）来计算惯性矩I 和断面系数W的话，显然会产生较大误差，因此，这就需要我们来分别不同状

况选择合适的计算方法来统一计算I 0 值和W0 值。

2、平面弹簧扁钢的惯性矩I 0 和断面系数W0 的计算

当圆弧R=h/2 时，我们可以采用将该截面分解成一个矩形和一个圆来求解

整个截面的惯性矩：

式中：h—为板簧厚度，单位是cm；

B —为板簧宽度，单位是cm ；

I 0—为惯性矩，单位是cm4；

公式（5）只能很方便的求出，当R=h/2 时的最小截面积的惯性矩，要想求

出当R=h时的最大截面积的惯性矩公式推导相当复杂，我们不妨采用由CAD作图法所得到的惯性矩，并通过统计分析而推导出的近似公式来计算。既然，原

材料在轧制过程中其边缘的R值是不确定的，我们可以取其算术平均值来统一

计算见公式（6）：

此公式是由如下推导公式得来的：

根部断面系数可按公式（7）计算：

3、单面双槽钢的计算

单面双槽钢是在平面弹簧扁钢的基础上，开了两个槽，槽型虽然一样，但

面积大小是随着板厚和板宽的变化而变化的，其惯性矩的计算就更为复杂，为

了能推导出一套简便的计算方法，我们还是得借助CAD作图法来取得一个计算简便的公式。

钢板宽度为75mm系列的双槽钢：

钢板宽度为90mm系列的双槽钢：

钢板宽度为100mm系列的双槽截面，由于在GB/T 1222-2007 弹簧钢标准中没有给出槽型尺寸，我们暂且按照槽间距b=34；槽宽b1=17；侧面斜角仍为300，通过CAD作图，得到如下计算公式：

公式（8）、（9）、（10）也是根据当R=h/2 和R=h时两个极端截面状态

下所得到的惯性矩的算术平均值，式中的B、h 的单位是mm，如果单位cm，则