汽车钢板弹簧的性能计算和试验
汽车钢板弹簧设计计算1
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1
14)(1-μi-1)↑3Ki 12)*13)
15)Bi 14)+1 16)ξi=Bi-αi-2*Ci-2 n=6,ξn=ξ6
2.钢板弹簧总成刚 度C=6EIn/ln↑3/ξ
n (N/mm)
1)刚度差(C实-C 理)/C实*100 (%) 2)钢板弹簧总成挠 度fc=2*Pn/C (mm) 3)钢板弹簧的固有 频率N (Hz)=16/fc ↑0.5 （1.3~2.3Hz）
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0 -0.1889 -0.13115 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
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4.A(L/2,(n0-1)h↑ 3),B(S/2,nh↑3)两 点直线方程： （x-x1）/（x1x2）=（y-y1）/ （y1-y2） 即：x=ay+b x1=L/2 x2=S/2 a=（x1-x2）/（y1y2） b=x1-（x1-x2） *y1/（y1-y2） 5.求各片的弦长Li (xi)圆整为尾数为 1)最短片L1 L2 (单边) L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 L14 L15 n=6,Ln=L6
少片变截面钢板弹簧的设计计算
少片变截面钢板弹簧的设计计算钢板弹簧是一种常见的机械弹簧，在各种机械和设备中得到广泛应用。
它由在轴线方向上并排排列的一系列弯曲的钢板组成，呈螺旋状。
当外力作用于弹簧时，它会发生形变，具有很好的弹性回复能力，是一种具有重要机械性能的弹簧。
一、设计计算1、弹簧基本要素弹簧基本要素包括钢带材料、外直径、内直径、圈数、导程、自由长度和加工工艺。
其中材料是决定弹簧机械性能的关键要素。
通常钢板弹簧采用碳素钢、合金钢等材料，其弹性模量会随材料强度的提高而增大。
2、弹簧设计弹簧的设计需要考虑弹簧的工作条件，计算外力的大小、方向、作用点等，从而确定弹簧材料的选择、外径、圈数等要素。
弹簧设计需要考虑以下几个方面：（1）弹簧的工作负荷：根据机械设备的工作条件和要求确定弹簧承受的最大负荷，以此作为设计的起点。
（2）弹簧的外径和内径：根据弹簧材料、工作负荷和工作环境等要素来确定弹簧的外径和内径大小。
（3）弹簧的圈数和导程：弹簧的圈数和导程直接决定了其刚度和变形量，需要根据实际需求来设计，避免过强或过松。
（4）弹簧自由长度：弹簧自由长度也会影响到其机械性能，需要根据实际工作环境来确定。
二、样例下面以一种常见的钢板弹簧为例，介绍其设计和计算过程。
1、材料选择假设需要设计一种碳素钢的钢板弹簧，采用SWO-A钢带材，其具有以下机械性能：屈服强度：235MPa弹性模量：210GPa泊松比：0.3材料密度：7.85g/cm³2、外径和内径的确定假设弹簧的最大工作负荷为500N，弹簧碳素钢钢带的工作应力取90%时，最大弹簧应变量ρs应该小于σ/2E，即(υ-Dw)/Dw≥0.08。
可根据此公式，确定外径Dw=20mm。
根据设计要求，弹簧的圈数为8，导程为3mm。
当弹簧材料确定且弹簧固定长度生成后，利用弹簧方程（Fs=kρs）推导，得到弹簧直径Di=17.9mm。
3、根据内径、外径和圈数确定性能参数内直径ID=Di-2t，弹簧导程l0=π(Di+Dw)/2，自由长度L0=l0*(n-1)+2*ra+ra-ra*υ/Dw。
钢板弹簧设计说明书
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。
------------------------------- 7H ------------------------------------------------------------------------------------ 71.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高02.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--------------------------------------------------------------- 12三、（修改）钢板弹簧的刚度验算 ------------------------------------------------------------ 14四、（修改）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 --------------------- 15五、（修改）钢板弹簧总成弧高的核算 ------------------------------------------------------ 17六（修改）钢板弹簧的强度验算 ------------------------------------------------------------- 18七、钢板弹簧各片应力计算 ------------------------------------------------------------------- 18八，设计结果 ------------------------------------------------------------------------------------- 20九、参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------- 21十、附总成图 ----------------------------------------------------------------- 错误!未定义书签。
钢板弹簧挠度系数计算公式
钢板弹簧挠度系数计算公式钢板弹簧是一种常用的机械弹簧，它具有弹性好、质量轻、成本低等优点，被广泛应用于各种机械设备中。
在设计和制造钢板弹簧时，挠度系数是一个重要的参数，它用来描述弹簧在受力时的变形情况，对弹簧的性能和使用效果有着重要的影响。
本文将介绍钢板弹簧挠度系数的计算公式及其应用。
一、挠度系数的定义。
挠度系数是指弹簧在受力时的变形与受力的关系，它是描述弹簧的柔度和变形能力的重要参数。
挠度系数越大，说明弹簧的变形能力越大，柔度越高；挠度系数越小，说明弹簧的变形能力越小，柔度越低。
在设计和选择弹簧时，需要根据实际的使用要求和受力情况来确定挠度系数的大小，以保证弹簧的性能和使用效果。
二、挠度系数的计算公式。
钢板弹簧的挠度系数可以通过以下公式来计算：K = (3/8) (t^3) / (E w l^3)。
其中，K为挠度系数，t为钢板弹簧的厚度，E为弹性模量，w为弹簧的宽度，l为弹簧的长度。
这个公式是根据弹簧的几何形状和材料力学性能推导出来的，可以用来计算不同尺寸和材料的钢板弹簧的挠度系数。
三、挠度系数的影响因素。
挠度系数的大小受到多种因素的影响，主要包括弹簧的几何形状和材料的力学性能。
在设计和制造钢板弹簧时，需要考虑以下几点因素：1. 弹簧的尺寸，弹簧的厚度、宽度和长度都会影响挠度系数的大小，一般来说，尺寸越大，挠度系数越小，弹簧的柔度越低。
2. 弹簧的材料，弹簧的材料的弹性模量和屈服强度等力学性能会直接影响挠度系数的大小，一般来说，材料的弹性模量越大，挠度系数越小，弹簧的柔度越低。
3. 弹簧的工艺，弹簧的制造工艺和加工精度也会对挠度系数产生影响，一般来说，工艺越精湛，挠度系数越小，弹簧的柔度越低。
四、挠度系数的应用。
挠度系数是钢板弹簧设计和制造中的重要参数，它直接影响着弹簧的性能和使用效果。
在实际的工程应用中，挠度系数可以用来指导弹簧的设计和选择，以保证弹簧在受力时的变形能力和柔度。
1. 弹簧的设计，在设计钢板弹簧时，可以根据实际的使用要求和受力情况来确定挠度系数的大小，以保证弹簧在受力时的变形能力和柔度，从而满足设备的使用要求。
最新钢板弹簧是什么-刚度分析
钢板弹簧是什么?刚度和分析前言钢板弹簧是汽车中广泛应用的弹性元件，刚度是其重要的物理参量。
因此，在产品试制出来之前，如何更准确的计算其实际刚度就成为大家共同关心的问题。
传统的计算方法，如“共同曲率法”和“集中载荷法”等均存在一定的局限性，在计算中往往需要加入经验修正系数来调整计算结果。
随着计算机的发展，有限元法因其精度高、收敛性好、使用方便等优点逐渐被应用到板簧的设计中。
邹海荣等应用有限元法分析了某渐变刚度钢板弹簧的异常断裂问题，提出了避免此种断裂的改进措施。
胡玉梅等针对某汽车后悬架的钢板弹簧应用Ansys软件分析了其静态强度特性，给出了钢板弹簧在不同载荷作用下的应力分布，计算结果与试验符合的较好。
谷安涛则讨论了应用有限元法设计钢板弹簧的一般流程，给出了设计的示例。
有限元法的最大优点之一就是可以仿真设计对象的实际工作状态，因而可以部分代替试验，指导精确设计。
汽车钢板弹簧存在非线性和迟滞特性。
应用有限元法进行分析时需要考虑大变形及接触，即需要同时考虑几何非线性和状态非线性，这将使得计算不容易收敛，因而需要较高的求解技巧及分析策略。
本文采用Nastran的非线性分析模块分析了某钢板弹簧的刚度特性，讨论了摩擦对其性能的影响，其分析流程及结果可以为同类型产品的设计提供参考。
2 钢板弹簧刚度的计算方法传统的计算方法有“共同曲率法”和“集中载荷法”。
此外，国内学者郭孔辉针对共同曲率法中存在的固有缺陷，提出了一种称为主片分析法的计算方法，田光宇等则针对集中载荷法的固有缺陷，提出了改进的集中载荷法。
这些方法的出发点都是把板簧各片看成是等截面的悬臂梁，不考虑板簧各片之间的摩擦和板簧变形过程中的大变形特性，采用经典梁公式计算第1叶片的端点挠度，进而求得板簧的刚度。
2.1共同曲率法共同曲率法由前苏联的帕尔希洛夫斯基提出，其基本假设为板簧受载后各叶片在任一截面上都有相同的曲率，即把整个板簧看成是一变截面梁，由此推出对称板簧的刚度计算公式如下：2.2集中载荷法集中载荷法的基本假设为板簧各叶片仅在端部相互接触，即假定第i片与第i-1片之间仅有端部的一个接触点，接触力为Pi，并且在接触点处两相邻叶片的挠度相等。
钢板弹簧设计
1钢板弹簧基本参数的确定本设计方案中，采用纵置式对称前钢板弹簧。
1.1单个钢板弹簧的载荷已知汽车满载静止时汽车前轴荷G1=3000kg，非簧载质量Gu1=285kg，则据此可计算出单个钢板弹簧的载荷:Fw1=（G1－Gu1）／２＝1357.5 kg （１）进而得到：Pw1=Fw1×9.8=13303.5 N （２）1.2钢板弹簧的静挠度钢板弹簧的静挠度即静载荷下钢板弹簧的变形。
前后弹簧的静挠度都直接影响到汽车的行驶性能[1]。
为了防止汽车在行驶过程中产生剧烈的颠簸（纵向角振动），应力求使前后弹簧的静挠度比值接近于1。
此外，适当地增大静挠度也可减低汽车的振动频率，以提高汽车的舒适性。
但静挠度不能无限地增加（一般不超过240 ｍｍ），因为挠度过大，即频率过低，也同样会使人感到不舒适，产生晕车的感觉。
此外，在前轮为非独立悬挂的情况下，挠度过大还会使汽车的操纵性变坏。
一般汽车弹簧的静挠度值通常如表1[2]所列范围内。
本方案中选取fc1=80 ｍｍ。
1.3钢板弹簧的满载弧高满载弧高指钢板弹簧装到车轴上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差[3]。
当H0=0时，钢板弹簧在对称位置上工作。
考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取H0∈10－20ｍｍ。
本方案中H01初步定为１8ｍｍ。
1.4钢板弹簧的断面形状板弹簧断面通常采用矩形断面，宜于加工，成本低。
但矩形断面也存在一些不足。
矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上。
工作时，一面受拉应力，一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。
因材料的抗拉性能低于抗压性能，所以在受拉应力作用的一面首先产生疲劳断裂。
除矩形断面以外的其它断面形状的叶片，其中性轴均上移，使受拉应力的一面的拉应力绝对值减小，而受压应力作用的一面的压应力绝对值增大，从而改善了应力在断面上的分布情况，提高了钢板弹簧的疲劳强度并节约了近10%的材料。
汽车钢板弹簧设计计算
1.1单个钢板弹簧的载荷已知汽车满载静止时汽车前轴荷G1=3000kg，非簧载质量Gu1=285kg，则据此可计算出单个钢板弹簧的载荷:Fw1=（G1－Gu1）／２＝1357.5 kg （１）进而得到：Pw1=Fw1×9.8=13303.5 N （２）1.2钢板弹簧的静挠度钢板弹簧的静挠度即静载荷下钢板弹簧的变形。
前后弹簧的静挠度都直接影响到汽车的行驶性能[1]。
为了防止汽车在行驶过程中产生剧烈的颠簸（纵向角振动），应力求使前后弹簧的静挠度比值接近于1。
此外，适当地增大静挠度也可减低汽车的振动频率，以提高汽车的舒适性。
但静挠度不能无限地增加（一般不超过240 ｍｍ），因为挠度过大，即频率过低，也同样会使人感到不舒适，产生晕车的感觉。
此外，在前轮为非独立悬挂的情况下，挠度过大还会使汽车的操纵性变坏。
一般汽车弹簧的静挠度值通常如表1[2]所列范围内。
本方案中选取fc1=80 ｍｍ。
1.3钢板弹簧的满载弧高满载弧高指钢板弹簧装到车轴上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差[3]。
当H0=0时，钢板弹簧在对称位置上工作。
考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取H0∈10－20ｍｍ。
本方案中H01初步定为１8ｍｍ。
1.4钢板弹簧的断面形状板弹簧断面通常采用矩形断面，宜于加工，成本低。
但矩形断面也存在一些不足。
矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上。
工作时，一面受拉应力，一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。
因材料的抗拉性能低于抗压性能，所以在受拉应力作用的一面首先产生疲劳断裂。
除矩形断面以外的其它断面形状的叶片，其中性轴均上移，使受拉应力的一面的拉应力绝对值减小，而受压应力作用的一面的压应力绝对值增大，从而改善了应力在断面上的分布情况，提高了钢板弹簧的疲劳强度并节约了近10%的材料。
板簧计算
汽车平衡悬架钢板弹簧设计东风德纳车桥有限公司2005年9月15日一、钢板弹簧作用和特点a.结构简单，制造、维修方便；b.弹性元件作用；c.导向作用；d.传递侧向、纵向力和力矩的作用；e.多片弹簧片间摩擦还起系统阻尼作用；f.在车架或车身上两点支承，受力合理；g.可实现变刚度特性；h.相比螺旋弹簧和扭杆弹簧而言，单位质量的储能量较小，在同样的使用条件下，钢板弹簧要重一些。
二、钢板弹簧的种类、材料热处理及弹簧表面强化1.目前，汽车上使用的钢板弹簧常见的有以下几种：1)普通多片钢板弹簧；2)少片变截面钢板弹簧；3)两级变刚度复式钢板弹簧；4)渐变刚度钢板弹簧2.钢板弹簧材料的一般要求钢板弹簧与其它弹性元件一样，弹簧使用寿命与材料及制造工艺有很大关系，因此选用弹簧材料时应考虑以下几个方面因素1)弹性极限弹簧在弹性极限范围内变形时，希望弹簧储存的弹性变形能要大，而弹簧在单位中单位体积内储存的弹性变形能是与材料的弹性极限平方成正比，而与弹性模量与反比，因此从提高材料贮存的弹性变形能角度看，希望提高材料的弹性极限。
一般说材料抗拉强度高，弹性极限也高。
弹性极限与材料的化学成分和金相组织有较大关系，在弹簧钢中如果提高碳、硅、锰元素含量，可以提高材料弹性极限。
弹簧采用中温回火处理，能够得到具有较高弹性极限的回火屈氏体组织。
2)弹性模量 弹性模量有两种，即拉伸弹性模量E 和剪切弹性模量G 。
材料弹性模量愈小，材料变形和贮存的弹性变形能愈大。
从这个角度看，国外采用了弹性模量较低的增强树脂材料弹簧（FRP 弹簧）。
3)疲劳强度 由于弹簧多在交变载荷下工作，所以要求材料应有较高的疲劳极限，疲劳强度与材料抗拉强度b 和屈服强度s σ成正比，因此为了提高弹簧的疲劳强度，应设法提高材料的抗拉强度b σ和屈服强度与抗拉强度之比（b s σσ）。
4)淬透性 对于断面较厚的或变截面钢板弹簧，希望用淬透性较好的材料。
材料如不能淬透，淬火组织中将含有较多的非马氏体组织，使淬火后硬度降低。
汽车钢板弹簧ＣＡＥ_仿真分析与台架试验对标研究
Journal of Mechanical Strength2023,45(4):845-849DOI :10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.012∗20211003收到初稿,20220228收到修改稿㊂ 十四五 国家重点研发计划(2022YFB2503505)资助㊂∗∗陈为欢,男,1983年生,福建泉州人,汉族,江铃汽车股份有限公司研发总院中级工程师,硕士,主要研究方向为车辆工程CAE 仿真分析及优化㊂汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究∗CAE SIMULATION ANALYSIS AND RIG TEST VALIDATIONRESEARCH OF AUTOMOBILE LEAFSPRING陈为欢∗∗㊀熊㊀伟㊀辛建伟㊀葛文韬㊀余显忠㊀周贤苏(江铃汽车股份有限公司产品开发总院,南昌330200)CHEN WeiHuan ㊀XIONG Wei ㊀XIN JianWei ㊀GE WenTao ㊀Yu XianZhong ㊀ZHOU XianSu(Jiangling Motors Co.,Ltd.,Nanchang 330200,China )摘要㊀针对新设计汽车钢板弹簧,有物理试验和计算机辅助工程(Computer Aided Engneering,CAE)仿真两种手段来评估板簧的疲劳寿命,物理试验周期长㊁费用高,CAE 仿真周期短㊁费用低㊂目的是找出一种应用CAE 仿真分析手段来有效分析预测钢板弹簧疲劳寿命的方法,从而实现缩短板簧开发周期并降低开发成本;对钢板CAE 仿真和台架试验进行了刚度及强度的对标分析,找出了能够准确模拟刚度和强度的CAE 刚强度仿真方法;在确保CAE 仿真模型能准确分析板簧刚强度的基础上,通过实测板簧材料疲劳性能曲线,基于Miner 累积损伤理论,应用不同表面修正系数对钢板弹簧进行寿命分析,并和疲劳台架试验对标进行分析,找出了一种能够较为准确评估板簧寿命的CAE 疲劳仿真分析方法㊂最终形成了一套基于CAE 分析的较为可靠的钢板弹簧疲劳寿命预测方法,该方法有效性较好,对有效预测汽车钢板弹簧的疲劳寿命具有较高的工程价值㊂关键词㊀汽车㊀钢板弹簧㊀疲劳寿命㊀台架试验对标中图分类号㊀TH16Abstract ㊀There are two methods to verify the durability characteristics of a new designed leafspring,there are physical testwhich takes more time and cost and CAE simulation which is time-saving and cost-saving.Aiming at coming up an effective CAE simulation of the leafspring life,the CAE simulation for stiffness and strength with rig test is validated.Base on the validated CAE method,with material property from test,CAE fatigue simulation is conducted with different surface treatment factor and validated with rig test to find out the best parameter for good life correlation.Finally,an effective CAE life prediction of automotive leafspring is provided,and the solution can serve as a good reference for the industry.Key words㊀Automobile ;Leafspring ;Fatigue life ;Rig test validation Corresponding author :CHEN WeiHuan ,E-mail :b 30156@ The project supported by the 14th Five Year National Key R&D Plan(No.2022YFB2503505).Manuscript received 20211003,in revised form 20220228.0㊀引言㊀㊀钢板弹簧作为汽车悬架的关键零部件,是汽车尤其是商用车悬架主流的配置之一,连接车身(车架)及车桥,工况恶劣,其疲劳寿命对整车可靠性㊁安全性具有重要的影响㊂产品开发中,对于板簧疲劳寿命的评估方法主要分为两种㊂第一种方法是物理试验,物理试验分为台架试验和道路强化试验㊂物理验证的特点是试验周期长,试验代价昂贵,代价巨大[1-6]㊂第二种方法是计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)虚拟仿真分析,该方法具有效率高㊁周期短㊁成本低等优点,但是板簧疲劳寿命的准确度评估受到板簧应力分析结果的精度㊁板簧样件表面热处理㊁喷丸等加工因素的影响巨大[7-8]㊂为了获得一种可以较为准确预测分析板簧寿命的方法,本文对板簧台架试验和CAE 仿真进行对标㊂找出可以精确模拟板簧应力响应的建模方法,以及可以较为准确评估板簧寿命的表面修正系数的参数设置方法,具体仿真及台架对标流程如图1所示㊂1㊀板簧刚强度分析与试验对标分析㊀㊀要对疲劳耐久寿命进行精确仿真分析,CAE 仿真模型需要能够对其载荷应力响应进行精确的表述,因此必须确保CAE 仿真模型能够准确地模拟板簧的刚㊀846㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图1㊀CAE 仿真与台架试验对标流程Fig.1㊀Flow chart of CAE simulation and rig test validation度及强度㊂1.1㊀板簧CAE 仿真有限元建模及分析㊀㊀板簧受力后会产生大变形及接触状态的变化,CAE 仿真分析时涉及几何非线性和接触非线性,需要很高的建模质量来确保仿真分析的收敛性㊂将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD 模型导入有限元前处理软件Hypermesh,Hypermesh 软件切换到Abaqus 模块,然后对板簧几何模型网格建模㊂由于网格的密度和精度有密切关系,网格越密,精度越高,计算量更大㊂本文以3~5mm 的六面体网格进行建模;网格阶数和计算精度有密切关系,二阶单元精度高于一阶单元精度,但由于二阶六面体单元不利于板簧接触分析的收敛,本文采用一阶六面体实体单元进行网格建模,每一片板簧在厚度方向采用四层网格㊂由于实体单元最外表面包裹一层料厚0.001mm 的壳单元可以增加表面积分点的数量,从而可以提高仿真精度[9],本文针对一阶六面体单元和一阶六面单元及其最外表面的实体单元表面包裹一层薄壳单元两种建模方式进行CAE 应力及刚度分析,然后和试验进行对标验证㊂完成建模后的有限元模型如图2所示,定义板簧材料为51CrV4㊂然后对板簧各片之间建立面对面的接触对,模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为㊂图2㊀板簧有限元模型Fig.2㊀Leafspring FEM基于板簧台架试验规范对板簧前后卷耳进行边界处理,即释放板簧长度方向的平动自由度及绕卷耳轴线方向转动自由度,约束其他自由度;在板簧座(板簧和车桥连接处)施加板簧设计的极限位移㊂由于板簧是大变形接触分析,属于几何和接触非线性的,求解器求解参数设置时,打开几何非线性选项,然后提交Abaqus 求解器求解获得板簧在弯曲变形条件下的应力分布㊂1.2㊀板簧刚度及应力台架试验㊀㊀根据板簧在垂向受载下的应力分布趋势,对板簧进行应变花贴片㊂图3为第一片板簧(含卷耳的簧片)及第三片板簧应变花贴片的效果图㊂如图4所示,将贴完应变花的板簧装配到试验台上㊂其中,板簧前㊁后卷耳T y ㊁T z ㊁R x ㊁R z 方向自由度进行约束,T x 和R y 自由度释放,T x 方向为板簧的长度方向,R y 方向为板簧卷耳绕其轴线转动方向,在板簧座施加板簧的设计允许Z 向位移为213.5mm㊂图3㊀第1片及第3片簧应变花贴片Fig.3㊀Leaf 1and leaf 3straingauging图4㊀台架试验Fig.4㊀Rig test1.3㊀仿真及台架试验结果对标分析㊀㊀首先,对刚度进行对标分析,因两种建模仿真分析方法的差异在于表面一层极薄的壳单元,不会影响整体刚度,刚度对标不加区分哪种建模方法㊂如表1所示为CAE 仿真和台架试验刚度数值比较㊂由表1可知,板簧主簧刚度仿真和测试值的误差为3.3%,复合刚度分析的误差为5.0%,因此验证了板簧有限元建模及刚度分析具有较高的可靠度,为其他分析提供了科学基础㊂表1㊀板簧刚度仿真与测试值对比Tab.1㊀Simulation and test result of leafspring stiffness测试Test CAE 仿真CAE simulation误差Error /%主簧刚度Primary stiffness /(N /mm)9093 3.3复合刚度Combined stiffness /(N /mm)1401475.0图5所示为第1片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究847㊀㊀板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0),从曲线可以判断,基于一阶六面体网格加表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异很大㊂表2所示第1片板簧为一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表2可知,仿真精度能达到90%㊂图6所示为第1片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第1片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法可以具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图5㊀第1片簧应力分布曲线Fig.5㊀Curves of leaf 1stressdistribution图6㊀第1片板簧应力分布云图Fig.6㊀Stress nephogram of leaf 1表2㊀第1片簧测试应力和仿真应力对比Tab.2㊀Comparison of leaf 1test stress and simulation stress 应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa 仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65113311230.9应变花2Gauge 2-130******** 2.6应变花3Gauge 3-23013281364-2.6应变花4Gauge 4-33012691305-2.8应变花5Gauge 5-43010651092-2.5应变花6Gauge 6-530822748.98.9应变花7Gauge 7-590425421.13.0图7所示为第3片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0)㊂从曲线可以判断,基于一阶六面体网格及其外表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异巨大㊂表3所示为第3片板簧一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表3可知,仿真精度能达到90%㊂图8所示为第3片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第3片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其外表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图7㊀第3片簧应力分布曲线Fig.7㊀Curves of leaf 3stress distribution 表3㊀第3片簧测试应力和仿真应力对比Tab.3㊀Comparison of leaf 3test stress and simulation stress应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65722737.4-2.1应变花2Gauge 2-130925954-3.1应变花3Gauge 3-23011001149-4.4应变花4Gauge 4-33011701221-4.5应变花5Gauge 5-4309801035-5.6应变花6Gauge 6-530580550.5 5.1应变花7Gauge 7-62041403.6图8㊀板簧3应力分布云图Fig.8㊀Stress nephogram of leaf 32㊀板簧台架疲劳CAE 分析及试验对标㊀㊀强度分析不足以在设计阶段对板簧疲劳寿命进行定量评估,因此,需要进行疲劳分析来对其耐久寿命进行评估㊂板簧的疲劳寿命除了和在外力作用下受到的应力水平及材料特性有关外,也和制造工艺有关㊂板簧的热处理及喷丸工艺对其寿命影响显著,本文针对不同的表面修正系数与寿命的关系进行了台架试验对标分析㊂2.1㊀钢板弹簧材料参数测试㊀㊀为了获取钢板弹簧的材料疲劳参数,对板簧坯料㊀848㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀进行取样㊂之所以是对钢板弹簧坯料而不是板簧样件进行取样测试,主要是因为板簧样件具有一定的弧度及表面热处理,会影响疲劳性能参数㊂表4所示为实测的板簧坯料材料性能参数,由表4中参数拟合获得S-N 曲线㊂表4㊀板簧材料疲劳测试参数Tab.4㊀Leafspring material fatigue parameter序号No.最大应力Max stress /MPa应力幅值Stress amplitude /MPa寿命Life /cycle 1950405513942950405873823950405760904750315192360575031516440867503151272527700292.53470788700292.52720649700292.558519710680283.553923711680283.571685412680283.552692013680283.588862114680283.576730415650270135681716650270905346176502702394278186502701635917196502707562412.2㊀台架试验㊀㊀板簧应变花贴片会影响板簧的表面组织,从而影响板簧的疲劳寿命,取新的板簧样件5件,安装于台架上(图9),进行板簧的台架疲劳寿命试验㊂板簧疲劳测试方法为:先将板簧垂向加载至板簧满载弧高,然后以满载到板簧极限行程的位移幅值做往复正弦加载分析,试验至板簧断裂为止㊂图9㊀板簧台架疲劳测试Fig.9㊀Leafspring fatigue rig test2.3㊀不同CAE 仿真设置与台架试验对标㊀㊀本文选取5组板簧样件为试验对标对象,样件来源于经过严格工艺控制的同一生产批次㊂为规避各组样件间尺寸偏差对对标精度产生影响,对每组实物样件进行点云扫描;然后基于点云逆向绘制三维CAD 模型,基于样件逆向的CAD 模型创建CAE 模型;最后进行疲劳仿真对标分析㊂疲劳分析时,不同应力状态求解方法如下:约束边界条件,板簧前后卷耳释放沿板簧长度方向的自由度及绕卷耳轴线方向自由度,其他自由度约束;在板簧座分别施加垂向位移D Z1㊁D Z2㊁D Z3,获得三个有限元模型,并基于Abaqus 求解获得三个.odb 结果文件㊂其中,D Z1为板簧从自由状态位移到板簧在整车满载静止平衡状态下位移量,D Z2为板簧从自由状态位移至板簧在整车状态下的极限位移值(限位块压缩到极限位置),D Z3=D Z1-(D Z2-D Z1)㊂该规范依据损伤等效原则[10],将试验场实测板簧垂向位移的随机信号转换成等幅值的规则谱信号[11]㊂由于钢板弹簧在垂向受载时,理论最大应力幅值位置不发生变化,为了简化试验设置,台架试验时仅等效为一种台架试验载荷进行台架试验㊂将上述三个有限元结果文件导入疲劳分析软件,模拟和试验一致的疲劳受力流程计算疲劳寿命㊂疲劳分析时需要考虑表面粗糙度疲劳分析软件,软件有Polished 和As Rolled 等类型,考虑板簧的制造过程为滚压成型,本文将表面粗糙度设置为As Rolled 类型,即滚压类型㊂由于大部分疲劳失效起源于板簧的表面,因此,工程实践中通常通过表面处理来提高板簧的疲劳寿命㊂热处理及喷丸是板簧表面处理的重要工艺,喷丸工艺通过引入表面的残余压应力来提高表面疲劳寿命㊂喷丸工艺参数对表面的残余压应力及疲劳寿命有很大的影响㊂本文为了研究某一板簧供应商的表面处理工艺过程对板簧疲劳寿命的影响,在疲劳软件中对表面处理系数(Surface Treatment Factor,STF)进行对标研究㊂疲劳仿真分析过程中,针对每个样件,分别采用1.0㊁1.1㊁1.2三个不同的表面系数进行仿真分析,仿真分析结果与试验结果如表5所示㊂由表5可知,表面处理系数对仿真疲劳寿命影响显著,表面处理系数值越大,仿真疲劳寿命越长;试验寿命值介于表面处理系数1.1与1.2所对应的仿真疲劳寿命值之间,且与表面处理系数1.1的仿真疲劳寿命值更接近;同时,考虑到试验值与仿真值之间的安全裕度,板簧仿真分析过程中,表面处理系数采用1.1能获得更高的对标精度,图10和图11所示分别为样件3台架试验结果和CAE 仿真分析结果,断裂位置仿真与试验非常接近㊂其中,五个实物样件均从宏观和微观入手进行了板簧断裂失效机理分析,宏观断口形貌见图12,可见明显的瞬断区㊁疲劳扩展区与疲劳源区,属于典型的疲劳断裂㊂对疲劳源区进行电镜扫描观察,图13所示为源区的微观形貌,未见明显冶金缺陷㊂㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究849㊀㊀表5㊀不同表面修正系数仿真结果和台架试验对标Tab.5㊀Different CAE result and rig test result疲劳寿命Fatigue life表面处理系数STF样件1Sample 1样件2Sample 2样件3Sample 3样件4Sample 4样件5Sample 51887947909898347918771098141.1103464883431190981090061257301.2136884114737151946142409154406试验Test 10909190800125106118963130205图10㊀断裂板簧台架试验Fig.10㊀Rig test of fractureleafspring图11㊀疲劳寿命CAE 仿真结果Fig.11㊀CAE simulation result of fatiguelife图12㊀试件断口宏观形貌Fig.12㊀Macro morphology of the specimenᶄsfracture图13㊀疲劳源区微观形貌Fig.13㊀Micro morphology of initialization3㊀结语㊀㊀为了找出CAE 仿真板簧疲劳寿命的有效方法,首先对板簧刚强度仿真模型进行台架试验对标,找出了能够保证仿真精度的板簧CAE 仿真建模方法;然后基于实测板簧疲劳材料参数,应用不同的表面修正系数对板簧进行疲劳寿命对标研究,找出和试验结果较吻合的CAE 仿真参数设置㊂得出了以下结论:1)板簧基于3~5mm 一阶六面体单元进行建模,无法获得精确的强度分析结果;基于一阶六面体单元包裹壳单元(0.001mm 厚)进行建模,刚强度分析结果和台架试验对标良好,模型可以用于疲劳寿命仿真分析㊂2)板簧疲劳仿真分析中,板簧的表面修正系数对疲劳仿真结果影响很大,本文所研究板簧厂的板簧表面修正系数取1.1能和台架试验良好对标㊂3)该板簧CAE 仿真分析及对标具有较大的工程价值㊂参考文献(References )[1]㊀MEHMET B,BASARAN O,CANER D.Correlation of simulation testbench and rough road testing in terms of strength and fatigue life of a leaf spring [C]ʊ2017Procedia Engineering,2018(213):303-312.[2]㊀AHMET K,MURATHAN S,TOLGA E,et al.Parabolic leaf springoptimization and fatigue strength evaluation on the base of road load data,endurance rig test and non linear finite element analysis [R].SAE Technical Paper,2011:2011-01-0438.[3]㊀顾永梁.少片钢板弹簧的结构设计与疲劳寿命计算[D].长沙:湖南大学,2012:4-8.GU YongLiang.Taper leafspring structure design and fatigue life calculation [D ].Changsha:Hunan University,2012:4-8(In Chinese).[4]㊀KONG Y S,OMAR M Z,CHUA L B,et al.Fatigue life prediction ofparabolic leaf spring under various road conditions[J].EngineeringFailure Analysis,2014(46):92-103.[5]㊀MEHMET B,MURAT S,SERTER prehensive durabilityassessment of leaf springs with CAE methods [R].SAE Technical Paper,2014:2014-01-2297.[6]㊀MURATHAN S,NILAY G,MUSTAFA K,et al.Parabolic leaf springfatigue life based on road load data,endurance rig test and wind up evaluations [R].SAE Technical Paper,2012:2012-01-0227.[7]㊀TAKAHASHI K,AMANO T,ANDO K,et al.Improvement of fatiguelimit by shot peening for high-strength steel containing a crack-like surface defect[J].International Journal of Structural Integrity,2011(2):281-292.[8]㊀MIAO H Y,DEMERS D,LAROSE S,et al.Experimental study ofshot peening and stress peen forming [J ].Journal of MaterialsProcessing Technology,2010(210):2089-2102.[9]㊀KONG Y S,ABDULLAH S,OMAR M Z.Failure assessment of a leafspring eye design under various load cases [J].Engineering FailureAnalysis,2016(63):146-159.[10]㊀葛文韬,龚春辉,刘㊀洲,等.基于实测载荷谱的板簧衬套载荷谱提取及台架疲劳试验[J].机械强度,2020,42(1):43-49.GE WenTao,GONG ChunHui,LIU Zhou,et al.Bush load extraction based on road load and rig test[J].Journal of Mechanical Strength,2020,42(1):43-49(In Chinese).[11]㊀朱剑峰,张君媛,陈潇凯,等.汽车控制臂台架疲劳试验载荷块编制[J].吉林大学学报(工学版),2017,47(5):1367-1372.ZHU JianFeng,ZHANG JunYuan,CHEN XiaoKai,et al.Automotive control arm fatigue rig test load block construction [J].Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition ),2017,47(5):1367-1372(In Chinese).。
汽车复合材料板弹簧的有限元分析及性能测试
汽车复合材料板弹簧的有限元分析及性能测试汽车复合材料板弹簧是现代汽车悬挂系统中的一种新型材料弹簧，它由多层玻璃纤维增强环氧树脂层和铝合金层组成。
该材料弹簧具有体积小、重量轻、抗疲劳性能好、寿命长等优点，为汽车行业带来了重大突破。
本文将从有限元分析和性能测试两个方面对汽车复合材料板弹簧进行探讨。
一、有限元分析有限元分析是一种重要的工程计算方法，可以对汽车复合材料板弹簧的力学性能进行数值模拟，以预测材料弹性变形、疲劳寿命、最大承载能力等重要指标。
通过有限元分析模拟，可以更好地理解和优化汽车复合材料板弹簧的设计和制造。
在有限元分析过程中，需要首先建立汽车复合材料板弹簧的三维模型，并对其进行网格化处理。
接着需要根据弹簧的实际工作环境、外载荷和边界条件等因素，建立合适的力学模型。
然后利用有限元软件进行模拟计算，得到板弹簧的应力、应变、位移等物理量分布规律。
最后根据模拟结果进行分析和评估。
在具体的有限元分析中，需要考虑材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数等参数。
还需要考虑板弹簧的几何结构、截面形状、厚度和叠层方式等因素。
这些因素都会对板弹簧的强度、刚度和疲劳寿命等性能产生重要影响。
因此，有限元分析的结果可以为汽车复合材料板弹簧的设计和制造提供重要参考依据。
二、性能测试为了验证有限元分析的结果，需要进行汽车复合材料板弹簧的性能测试。
性能测试可以直接测量弹簧的实际物理量，如位移、应力、应变等，从而检验有限元分析的准确性和信度。
常见的汽车复合材料板弹簧性能测试方法包括三点弯曲试验、循环荷载试验、疲劳寿命试验等。
其中，三点弯曲试验是最基本的试验，可测量板弹簧的弹性模量、屈服强度、极限承载力等力学指标；循环荷载试验可以模拟板弹簧的实际工作环境，测量其疲劳寿命和断裂机理；疲劳寿命试验则可以评价板弹簧在长期疲劳作用下的耐久性和可靠性。
在性能测试中，需要特别注意汽车复合材料板弹簧的热膨胀系数对测试结果的影响。
因为板弹簧由不同的材料复合而成，各层材料的热膨胀系数不一致，容易引起板弹簧在变温作用下的应力和变形。
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汽车钢板弹簧疲劳试验是评估钢板弹簧在使用过程中的疲劳寿命和性能稳定性的重要手段，对于确保汽车悬挂系统的正常运行具有重要意义。
本文将对汽车钢板弹簧疲劳试验规程进行研究，并探讨其原理和关键技术，以提高试验的可靠性和精确性。
钢板弹簧是一种常用的汽车悬挂系统零部件，它由多个钢板片堆叠而成。
在汽车行驶过程中，弹簧会受到连续的冲击和振动载荷，这对弹簧的疲劳寿命和性能稳定性提出了较高的要求。
为了确保汽车悬挂系统能够安全可靠地工作，必须对钢板弹簧进行疲劳试验，以评估其在使用寿命内的表现。
汽车钢板弹簧疲劳试验规程中，主要包括试验方法、试验装置、试验条件和试验评价指标等内容。
试验方法可以分为静载试验、疲劳试验和疲劳寿命试验三种。
其中，疲劳试验是模拟实际行驶条件下的振动和冲击载荷，通过施加一定的载荷频率和振幅，在一定的试验时间内观察和记录弹簧的变形和破坏情况，以评估其疲劳寿命。
疲劳寿命试验是在一定的试验条件下，使弹簧连续疲劳加载，直到达到破坏要求为止，通过统计和分析破坏时间和破坏形态，确定其疲劳寿命。
试验装置是保证试验过程中载荷施加和测量准确的关键。
通常采用液压或电动加载装置，通过控制系统提供稳定的载荷频率和振幅。
为了保证试验的可靠性和精确性，必须对试验装置进行标定和校准，确保载荷施加的准确度和稳定性。
试验条件是指试验过程中的环境条件，如温度、湿度和振动频率等。
这些条件对于弹簧的疲劳性能和寿命有着重要影响。
试验应该在一定的温度范围内进行，以模拟实际使用条件下的环境。
同时，试验中应该记录试验过程中的振动和冲击载荷情况，并进行分析和评估。
试验评价指标是用来评估弹簧疲劳性能和寿命的指标。
常用的指标有刚度保持率、变形保持率和破坏形态等。
刚度保持率是指弹簧在疲劳试验后的刚度与初始刚度之比，反映了弹簧在疲劳加载过程中的变化情况。
变形保持率是指弹簧在疲劳试验后的变形与初始变形之比，反映了弹簧在疲劳加载后的变形恢复能力。
板簧左右位移计算公式
板簧左右位移计算公式在工程和物理学中，板簧是一种常见的弹簧装置，用于储存和释放能量，以及提供支撑和减震功能。
板簧通常用于汽车悬挂系统、工业机械、家具等领域。
在设计和使用板簧时，了解其位移计算公式是非常重要的，因为这可以帮助工程师和设计师准确地预测和控制板簧的性能。
板簧的位移计算公式可以通过以下步骤推导得出：1. 首先，我们需要了解板簧的刚度系数。
板簧的刚度系数（k）是指单位位移时所受的力。
通常情况下，板簧的刚度系数可以通过实验测定或者理论计算得出。
2. 接下来，我们需要确定施加在板簧上的力。
这个力可以是静态的，也可以是动态的。
在静态情况下，我们可以直接测量或者计算出施加在板簧上的力；在动态情况下，我们需要考虑振动频率和振幅等因素。
3. 然后，我们可以利用胡克定律来推导出板簧的位移计算公式。
根据胡克定律，弹簧的伸长（或压缩）与所受的力成正比。
具体地，胡克定律可以表示为 F = kx，其中F是施加在板簧上的力，k是板簧的刚度系数，x是板簧的位移。
4. 最后，我们可以通过解上述方程，得到板簧的位移计算公式。
具体地，板簧的位移可以表示为 x = F/k。
这个公式告诉我们，板簧的位移与施加在其上的力成反比，与板簧的刚度系数成正比。
除了上述的简单情况，实际的板簧系统可能会更加复杂。
例如，板簧可能受到多个力的作用，或者在振动和变形过程中会产生能量损耗。
在这种情况下，我们可能需要考虑能量守恒和动能定理等物理定律，来推导出更加精确的位移计算公式。
总的来说，板簧的位移计算公式是工程和物理学中非常重要的内容。
通过了解板簧的刚度系数和施加在其上的力，我们可以利用胡克定律推导出简单的位移计算公式。
在实际应用中，我们可能还需要考虑更多的因素，来得出更加精确的结果。
因此，对于工程师和设计师来说，掌握板簧的位移计算公式是至关重要的。
汽车钢板弹簧的设计与悬架性能分析
10.16638/ki.1671-7988.2018.19.051汽车钢板弹簧的设计与悬架性能分析姜永晴，肖冰，赵萍（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710000）摘要：文章主要介绍了钢板弹簧设计流程及步骤，对汽车钢板弹簧的设计流程进行梳理和算法说明，为板簧设计提供一定的参考指导；同时从钢板弹簧悬架的强度、刚度及弹性特性方面为切入点，介绍了悬架性能分析的方法及衡量指标，为悬架性能分析指明方向；使钢板弹簧悬架设计有了清晰的步骤，挺高了悬架设计的效率与可靠性。
关键字：汽车钢板弹簧；参数匹配；强度；刚度中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)19-147-03Design and Suspension Performance Analysis of Vehicle Steel SpringJiang Yongqing, Xiao Bing, Zhao Ping( Shaanxi Heavy Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710000 )Abstract:This paper mainly introduces the design flow and steps of steel spring, combs the design flow of automobile steel spring and explains the algorithm, so as to provide some reference guidance for the design of steel spring. At the same time, from the aspects of strength, stiffness and elastic characteristics of the spring suspension of the steel plate, the method and measurement index of the suspension performance analysis are introduced, and the direction of the suspension perfor -mance analysis is pointed out. The design of the steel spring suspension has a clear step, which is quite high efficiency and reliability of the suspension design.Keywords: car steel spring; Parameter matching; Strength; stiffnessCLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)19-147-03前言汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中重要的弹性元件，起着连接车轮和车架的作用，主要用来传递车轮与车架之间的力和力矩，缓和由路面不平引起的冲击载荷和振动，因其结构简单，维修保养方便，制造成本低，而在商用车中得到了广泛使用⋯。
汽车钢板弹簧的设计说明
汽车钢板弹簧的设计说明（1）、钢板弹簧种类汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外，还兼起导向作用，而多片弹簧片间磨擦还起系统阻尼作用。
由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。
目前汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种。
①通多片钢板弹簧，如图1-a 所示，这种弹簧主要用在载货汽车和大型客车上，弹簧弹性特性如图2-a 所不，呈线性特性。
变形载荷变形载荷变形载荷图1 图2②少片变截面钢板弹簧，如图1-b 所不，为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长度方向制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图2-a 。
这种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。
③两级变刚度复式钢板弹簧，如图1-c 所示，这种弹簧主要用于大、中型载货汽车后悬架。
弹性特性如图2-b 所示，为两级变刚度特性，开始时仅主簧起作用，当载荷增加到某值时副簧与主簧共同起作用，弹性特性由两条直线组成。
④渐变刚度钢板弹簧，如图1-d 所示，这种弹簧多用于轻型载货汽车与厢式客车后悬架。
副簧放在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用，弹簧特性呈非线性特性，如图2-c 所示。
多片钢板弹簧钢板弹簧计算实质上是在已知弹簧负荷情况下，根据汽车对悬架性能（频率）要求，确定弹簧刚度，求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。
并要求弹簧尺寸规格满足弹簧的强度要求。
3.1钢板弹簧设计的已知参数 1)弹簧负荷通常新车设计时，根据整车布置给定的空、满载轴载质量减去估算的非簧载质量，得到在每副弹簧上的承载质量。
一般将前、后轴，车轮，制动鼓及转向节、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。
如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧3/4的质量为非簧载质量，下置弹簧，1/4弹簧质量为非簧载质量。
2)弹簧伸直长度根据不同车型要求，由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。
在布置可能的情况下，尽量增加弹簧长度，这主要是考虑以下几个方面原因。
①由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比，因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。
[机械制造]汽车钢板弹簧国家标准
![[机械制造]汽车钢板弹簧国家标准](https://img.taocdn.com/s3/m/39ed6cc477a20029bd64783e0912a21614797fd3.png)
中华人民共和国汽车行业标准QCn 29035—1991代替 JB 523—85JB 4046—85汽车钢板弹簧技术条件1 主题内容与适用范围本标准规定了汽车钢板弹簧的材料、尺寸精度、性能要求、试验方法和检验规则等。
本标准适用于各类汽车及挂车的钢板弹簧。
2 引用标准GB 1222 弹簧钢JB 3782 汽车钢板弹簧金相检验标准ZB T06 001 汽车钢板弹簧喷丸处理规程JB 3383 汽车钢板弹簧台架试验方法3 一般要求3．1 汽车钢板弹簧总成应符合本标准的要求，并按照经规定程序批准的图样和技术文件制造，有特殊要求的汽车钢板弹簧，应与制造单位另订协议，并在产品图样中注明。
3．2 汽车钢板弹簧片不应有对使用有害的过热过烧等缺陷。
3．3 汽车钢板弹簧片，应在拉伸表面按ZB T06 001规定进行喷丸处理。
3．4 汽车钢板弹簧片的摩擦面上装配前应涂以石墨润滑脂（片间有垫片的除外）。
3．5 汽车钢板弹簧总成应涂漆。
但卷耳衬套（装橡胶衬套的除外），不得涂漆，该处应采取其他防锈措施。
4 材料4．1 汽车钢板弹簧片所用的材料为热轧弹簧钢，按GB 1222的规定选用。
4．2 汽车钢板弹簧片经热处理后，硬度为HB 375～444。
4．3 汽车钢板弹簧片的金相组织应符合JB 3782中的有关规定。
4．4 汽车钢板弹簧片，每边总的脱碳层（铁素体＋过渡层）深度不得超过表1的规定。
表 15 尺寸精度5．1 汽车钢板弹簧卷耳装入衬套后，卷耳轴线的倾斜（如图1的两个方向上）的偏差不大于1％。
5．2 汽车钢板弹簧总成夹紧后，在U型螺栓夹紧距离及支架滑动范围内的总成宽度应符合表2的规定。
表 2mm5．3 汽车钢板弹簧总成（平直时）两卷耳轴心距的偏差不大于±3mm，一端卷耳至弹簧片中心孔（或定位凸包）的偏差，不大于±1.5mm。
5．4 汽车钢板弹簧总成，在静负荷下的弧高偏差不大于±6mm，重型汽车不大于±8mm。
汽车复合材料板弹簧的有限元分析及性能测试
２ 汽 车 复 合 材 料 板 弹 簧 有 限元 模 型 的 建 立
通常 ．复 合材料 板 弹簧 的横截 面可 采用恒 定 厚
度恒 定宽 度 、恒定厚 度 变宽度 及 变厚度 变宽度 ３种
形式 ｆ 为 了结构设 计 和生产 制造 的方便 ． 验汽 车 ３ ＿ 试
所用 复合 材料 板弹 簧采 用 的横 截 面为恒 定厚 度恒定
１ 前 言
目前 ， 全球 的能 源 紧 张 、 环境 污 染 等 问题 ， 迫使
人们 想 方 设法 来 实 现 车辆 的 轻 质化 以减 少油 耗 、 保 护 环境 钢板 弹 簧作 为汽 车 悬架 系 统 的 一部 分 ． 其 在 车体 自重 中所 占 比例 约 为 １１ ～ ／０１如 果使 用 ／５ １１ Ｉ． ｌ
试验 测试 结果 吻合 较好 ．该 复合材 料板 弹簧 的主 要
性能 指标 达到 了设 计要求
复合 材 料 ． 质 量 可减轻 ６ ％～ ０ ｒ 此 外 ， 合材 其 ０ ７ ％２ ］ 复
料 的模量 小 、 比重 轻 、 比强度 高 、 抗疲 劳性 能好 ， 可提 高 驾 驶 的舒 适 性 、 定性 及 耐 用 性 ｌ 美 国 于 １ ８ 稳 ３ Ｉ ９１ 年 利 用 缠 绕 技 术成 功 制 备 出 了 玻 纤 复 合 材 料 板 弹 簧 ： 国 Ｇ Ｎ公 司生产 的复 合材 料板 弹簧 也 已成功 英 Ｋ 实现 了产业 化 ； 、ｔ 法等 国也 都对 复 合 材 料板 弹 德 Ｅ、 簧开 展 了大量 的基 础性 研究 工作［ 目前 ． 国还没 ４ １ 我 有 关 于 汽 车复 合材 料 板 弹 簧产 业 化 的 相关 报 道 ． 关 于汽 车复 合材 料板 弹簧 的研究 还 处 于初步 的探 索 与
汽车悬架弹簧钢分析报告
汽车悬架弹簧钢分析报告1前言悬架弹簧是汽车重要部件,它在周期性弯曲扭转等交变应力下工作,经常承受拉、压、扭、冲击、疲劳、腐蚀等多种作用,所以应具有高的弹性极限。
同时为防止疲劳与断裂,悬架弹簧还应有高的疲劳强度与足够的塑性、韧性。
随着能源日趋紧张,为了减轻汽车重量,对悬架弹簧钢提出了新的要求,减轻其重量的最有效办法是提高弹簧设计应力。
经计算,弹簧重量与设计应力平方成反比,而抗疲劳与抗弹减性能是直接影响弹簧设计应力的主要因素。
汽车轻量化,促使汽车悬架弹簧高应力化非金属夹杂物则是悬架弹簧损坏失效的主要原因,如何降低弹簧钢中非金属夹杂物数量,改善夹杂物形态与分布,冶炼高纯弹簧钢已成为当前弹簧钢生产的一个关键问题。
1 11汽车用悬架弹簧的质量要求1. 1车用悬架弹簧的种类和特点悬架弹簧在汽车行驶过程中,承受高频往复压缩运动,起着缓冲和减震作用,其质量好坏,对车辆平稳性、安全性起着至关重要的作用。
轿车、客车对悬架弹簧性能要求较高,需要达到减小噪音、提高舒适度和平稳性等要求;重型及超重型载货车需要高强度悬架弹簧。
悬架弹簧的技术发展趋势总体上向轻量化、高应力、高可靠度发展,悬架弹簧设计应力要求大于1100MPa,高的可达1200MPa。
汽车行业使用的悬架弹簧分为钢板弹簧和螺旋悬架弹簧两大类。
轿车用螺旋悬架弹簧,钢丝直径9～16mm,常用4个悬架弹簧,每辆车平均需要弹簧钢线材15 kg,钢种为60Si2MnA,55SiCr(SUP12) , 50CrV A等。
一些微型汽车和面包车的悬架弹簧、摩托车减震弹簧等也使用螺旋悬架弹簧。
悬架弹簧对弹簧钢丝的化学成分、夹杂物数量和形态分布、表面质量、脱碳层、显微组织及力学性能等要求较高。
悬架弹簧要求表面脱碳层小于直径的0.5%、表面要磨光、尺寸公差要求比较严格、应无缺陷交货。
采用通常热加工方式难以达到用户要求,因此,轿车悬架用弹簧逐渐由热成形改为冷成形,经拉拔、热处理后制成卷簧。
载货汽车钢板弹簧断裂分析
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。
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汽车钢板弹簧的性能计算和试验
首先，汽车钢板弹簧的性能主要包括以下几个方面。
1.抗压性能：汽车钢板弹簧需要承受车身的重力和不同路况下的载荷，因此需要具备良好的抗压性能。
这主要取决于材料的强度和设计的结构形式。
2.弹性模量：汽车钢板弹簧必须具备足够的弹性，以便在受到压力后
能够恢复原状，保持悬挂系统的正常工作状态。
3.疲劳寿命：汽车钢板弹簧在长期使用的过程中，需要承受反复加载
和卸载的作用，容易发生疲劳断裂。
因此，提高弹簧的疲劳寿命是非常重
要的，需要选择耐疲劳性能好的材料和合理的结构设计。
其次，汽车钢板弹簧的计算主要包括以下几个方面。
1.材料选择：根据汽车钢板弹簧所需的强度和弹性模量，选择合适的
材料。
常用的材料有碳素钢和合金钢等。
2.结构设计：根据汽车的荷载情况和悬挂系统的要求，设计合适的弹
簧结构。
包括弹簧片的长度、宽度、厚度以及弹簧片的叠放方式等。
3.刚度计算：根据汽车的质量、弹簧的刚度系数以及悬挂系统的要求，计算出合适的弹簧刚度。
刚度计算可通过弹簧公式和有限元分析等方法进行。
最后，汽车钢板弹簧的试验主要包括以下几个方面。
1.负荷试验：对汽车钢板弹簧进行加荷试验，测试其承受负荷的能力。
这通常包括静态负荷试验和动态负荷试验两种。
2.疲劳试验：通过反复加载和卸载的试验，测试汽车钢板弹簧的疲劳
寿命。
疲劳试验通常包括弯曲疲劳试验和循环疲劳试验。
3.刚度试验：通过施加不同荷载，测量弹簧的变形量和对应的载荷，
计算出弹簧的刚度系数。
在试验过程中，需要遵循相关的试验标准和方法，确保试验结果的准
确性和可靠性。
综上所述，汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中不可或缺的元件，其性能、计算和试验的合理设计和有效实施，对于保证汽车悬挂系统的稳定性、舒
适性和安全性具有重要的意义。