汽车钢板弹簧断裂分析方法

李涛

（江西五十铃汽车有限公司）

摘要：汽车钢板弹簧在路试或使用中会偶发断裂现象，分析断裂原因的方法应从

断裂宏观、微观入手，对断裂件进行化学成分、低倍组织、夹杂物、硬度、金相、

脱碳层及喷丸检验，从而找出断裂的根本原因。

关键词：钢板弹簧；早期；断裂；分析；热处理；喷丸；

Auto leaf spring fracture analysis method

Li Tao

(Jiang Xi ISUZU Motors Co., Ltd.)

Abstract: Auto leaf spring in the road test or use will be accidental fracture phenomenon, this paper analyzes the reasons of fracture method from macro and

micro fracture of the broken pieces of chemical composition, macrostructure, inclusions, hardness, metallographic, decarburization layer and shot peening inspection, so as to find out the root cause of the fracture.

Key words:Leaf spring；Early；Fracture；Analysis；Heat treatment；Shot peening；

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[1]。

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）[2]，见下图：

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)，见下图。

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，见下图低倍下观察的疲劳源区：

高倍下沿晶界断裂裂纹及晶界疲劳条带见下图：

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、化学成分、低倍组织、夹杂物分析

1.化学成分

通常这一类的分析是需要材料厂家进行分析的，我国目前普遍使用的材料及常规检查元素（产品材料元素符合要求，材料一般均能满足其力学性能，故一般

通常都是通过以上三个方面对其进行检测的，但是通常材料问题发生的几率相对较小，故此处不做过多说明，材料均要求要符合GB1222‐2007标准。

三、硬度、金相、脱碳层

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[3]。

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≥58HRC，回火硬度要求40.5～47HRC，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。

如果硬度不均匀，板簧在使用中易产生应力集中于硬度偏低区域，致使硬度低的区域受到较大应力，最终导致硬度低的区域发生早期失效，从而导致断裂。

2.金相分析

金相组织是指金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组成，我们通常说说的金相泛指晶体结构和物理性能相同的组织。

板簧通过淬火后得到我们需要的马氏体组织，马氏体组织在通过回火得到最终需求的均匀细致的回火屈氏体（注：回火要求在淬火后24小时之内完成），在板簧的国标（GB/ T 19844‐2005）要求中是没有对金相进行特殊要求的，它与硬度是有一定的关联性的，但一般分析时还是要单独的对其进行分析。

板簧的组织可参照机械标准JB 3782中等级分为1～8级，其中1～5级为合格，金相组织不合格也是导致板簧早期失效的重要原因。

3.脱碳层分析

板簧经热处理后，每边总的脱碳层（全脱碳+标准脱碳）深度不应超过下表的要求，否则会影响到板簧的疲劳寿命：

片厚/mm脱碳层深度与片厚的比/%

≤8≤3

＞8≤2.5

通过热处理的硬度、金相、脱碳层分析，可以知道板簧在热处理时是否正常，产品热处理结果是否合格，从而确定板簧断裂的主要原因。

热处理不合格势必会导致板簧疲劳寿命受到影响，从而导致板簧早期断裂，而热处理不合格的原因无非是从热处理工艺的加热、保温、冷却及冷却方式等查找，因热处理过程是一个即复杂又简单的过程（复杂在内部组织的转变，简单在看似温度、时间的设定），故在很多生产过程中稍有不注意就会发生问题，所以热处理问题也是板簧断裂常发生问题的根源。

四、喷丸

喷丸（或抛丸，本文统一简称喷丸）是用高速运动的弹丸流对板簧表面的冲击而使表面产生循环塑性形变层，由此导致该层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余应力场，加强板簧的疲劳断裂和抗应力腐蚀能力，从而提高板簧的耐久性和可靠性。故喷丸对钢板弹簧起着相当重要的作用[4]。

喷丸的主要判断标准时喷丸强度和喷丸的覆盖率，板簧要求喷丸强度≥0.18C，喷丸覆盖率≥90%，而一般分析的都是失效板簧，不可能对其进行喷丸强度的复检，故通常是对其表面进行处理后观察它的喷丸覆盖率。

喷丸工艺对板簧的寿命起到很大的作用，但是在问题发生后又较难的发现喷丸存在的质量问题，故就需要在生产过程中严格要求，保证产品质量，通常是用ALMEN C试片进行检测，见下图。

五、综合分析

通过以上项目的调查基本上是可以判断板簧断裂的主要原因，根据以往接触的断裂事件，本编认为对于断裂情况主要调查以下几点：

1.关注断裂周边情况及断口的宏观情况，很多断裂在断口周边可以发现有

细小的凹坑；

2.关注热处理的几项要求（金相、硬度、脱碳），热处理对板簧寿命有主要

的影响；

很多过程要求及工艺对板簧的寿命也有至关重要的作用，但是在使用时又不易被发现，故应严格管控以下几点：

1.严格控制使用的原材料，防止使用劣质材料和混用材料；

2.生产中防止对板簧表面进行损伤，损伤处多会导致应力集中；

3.生产各加热工艺（除热处理）中，要求让加热后钢板自然冷却或使用风

冷，严禁对其喷泼凉水，否则将导致钢板内部产生微裂纹；

4.严格控制喷丸工艺，确保喷丸时间及喷丸流量；

5.板簧装配后要进行合理的预压，这样可以消除板簧的永久变形，对板簧

寿命有一定的影响。

参考文献：

[1]：陈家瑞.汽车构造.人民交通出版社，1993

[2]：林金木.有限元法解钢板弹簧.汽车技术.1995

[3]：弹簧热处理工艺学.机械工业出版社.1960

[4]：悬架的设计与制造工艺简介.日本发条株式会社.1978

QCC-JT---汽车钢板弹簧技术条件

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Q/CC x x汽车股份有限公司企业标准 Q/CC JT018—2008 代替Q/CC JT018—2006 汽车钢板弹簧技术条件 Technical Requirements of Leaf Spring Used on Vehicle 2008-09-06发布2008-12-01实施xx汽车股份有限公司发布

目次前言................................................................................. II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 技术要求 (1) 5 检验和试验方法 (3) 6 检验规则 (3) 7 标志、包装、贮存 (4) 8 质量保证 (4) 附录A （规范性附录）汽车用钢板弹簧台架试验方法 (5)

前言本标准是对Q/CC JT018—2006《汽车钢板弹簧技术条件》的修订。本标准在修订过程中主要参考了GB/T 19844-2005《钢板弹簧》。本标准与Q/CC JT018—2006相比，主要变化如下： ——增加了“3术语和定义”； ——增加了“附录A（规范性附录）”； ——增加了“4.4热处理”中洛氏硬度的数值要求； ——修订了“5 检验和试验方法”细化了具体方法； ——对相关条款进行调换和规范； ——删除了旧版中有关产品“断裂数据”方面的内容。本标准自实施之日起代替Q/CC JT018—2006。本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院提出。本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院标准化科归口。本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院K-底盘部负责起草。本标准主要起草人：纪国锋、宗召波。

钢板弹簧课程设计46546

目录 1.汽车钢板弹簧结构选择 (4) 2.钢板弹簧结构设计计算 (5) 3.初定片数、截面尺寸 (7) 4.按作图法求各片弦长 (8) 5.挠度计算 (8) 6.钢板弹簧各片应力计算 (8) 7.加预紧力 (9) 8.钢板弹簧各片实际弦长的计算 (13) 9.在自由状态下各片的曲率半径计算 (14) 10.钢板在极限工作下的强度验算 (16) 11.卷耳和销的计算 (17) 12.参考文献 (18) 13.附表1 14.附图

汽车设计课程设计题目设计题目：汽车钢板弹簧设计主要技术和性能参数（第二组）前轴轴负荷（N）空载15144 满载19344 前轴非簧载质量（kg）420 钢板弹簧作用距离L（mm）1300 两个”U”型螺栓中心距S（mm）110 静绕度f c（mm）（满载） 80-90 动绕度f a(mm) 56 钢板弹簧满载时弧高F 28 钢板弹簧卷耳固定点至路面距离C 550

汽车钢板弹簧简介钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种元件。它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可不等），曲率半径不等的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹簧梁。钢板弹簧的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的村套，以便用弹簧销与固定在车架上的之家或吊耳作铰链连接。钢板弹簧主要由主片、副片、弹簧夹、螺栓、套管、螺母等组成。钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。汽车钢板弹簧的材料一般用60Si2Mn、55SiMnVB。

一、汽车钢板弹簧结构选择 1.选择断面形状有矩形，T形，单面有抛物线边缘，单面有双槽等断面形式为了提高疲劳强度，选用60Si2Mn材料即最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。因为矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的堆成位置上。工作时，一面受拉应力、另一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。故选择矩形断面形式。 2.长度圆整圆整为“0”“5”尾数 3.叶片端部形状选用矩形： 4.卷耳、吊耳的结构方案 ①吊耳②卷耳③包耳

汽车设计(课程设计)钢板弹簧(DOC)

汽车设计——钢板弹簧课程设计专业：车辆工程教师：R老师姓名：XXXXXX 学号：200XYYYY 2012 年7 月3 日

课程设计任务书一、课程设计的性质、目的、题目和任务本课程设计是我们在完成基础课、技术基础课和大部分专业课学习后的一个教学环节，是培养我们应用已学到的理论知识来解决实际工程问题的一次训练，并为毕业设计奠定基础。 1、课程设计的目的是：（1）进一步熟悉汽车设计理论教学内容；（2）培养我们理论联系实际的能力；（3）训练我们综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题的能力。 2、设计题目: 设计载货汽车的纵置钢板弹簧 (1) 纵置钢板弹簧的已知参数序号弹簧满载载荷静挠度伸直长度U型螺栓中心距有效长度 1 19800N 9.4cm 118cm 6cm 112cm 材料选用60Si2MnA ,弹性模量取E=2.1×105MPa 3、课程设计的任务：（1）由已知参数确定汽车悬架的其他主要参数；（2）计算悬架总成中主要零件的参数；（3）绘制悬架总成装配图。二、课程设计的内容及工作量根据所学的机械设计、汽车构造、汽车理论、汽车设计以及金属力学性能等课程，完成下述涉及内容： 1．学习汽车悬架设计的基本内容 2．选择、确定汽车悬架的主要参数 3．确定汽车悬架的结构 4．计算悬架总成中主要零件的参数 5．撰写设计说明书 6．绘制悬架总成装配图、零部件图共计1张A0。设计要求： 1. 设计说明书设计说明书是存档文件，是设计的理论计算依据。说明书的格式如下：（1）统一稿纸，正规书写；（2) 竖订横写，每页右侧画一竖线，留出25mm空白，在此空白内标出该页中所计算的主要数据；（3) 附图要清晰注上必要的符号和文字说明，不得潦草； 2. 说明书的内容及计算说明项目 (1)封面；（2）目录；（3）原始数据及资料；（4）对设计课题的分析；（5）汽车纵置钢板弹簧简图；（6）设计计算；（7）设计小结（设计特点及补充说明，鉴别比较分析，个人体会等）；（8）参考文献。 3. 设计图纸 1）装配总图、零件图一张（0＃）；

汽车钢板弹簧悬架设计方案

汽车钢板弹簧悬架设计（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2 ②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。 ②在弹簧刚度相同情况下，长的弹簧在车轮上下跳动时，弹簧两卷耳孔距离变化相对较小，对前悬架来说,主销后倾角变化小,有利于汽车行驶稳定性。 ③增加弹簧长度可以降低弹簧工作应力和应力幅,从而提高弹簧使用寿命。 ④增加弹簧长度可以选用簧片厚的弹簧，从而减少弹簧片数,并且簧片厚的弹簧对提高主片卷耳强度有利。 3）悬架静挠度汽车簧载质量与其质量组成的振动系统固有频率是评价汽车行驶平顺性的重要参数。悬架设计时根据汽车平顺性要求,应给出汽车空、满载时前、后悬架频率范围。如果知道频率，就可以求出悬架静挠度值c δ。选取悬架静挠度值时,希望后悬架静挠度值2c δ小于前悬架静挠度值1c δ,并且两值最好接近,一般推荐：

解放牌汽车后钢板弹簧吊耳课程设计.doc

目录目录 (1) (一)零件的分析一、零件的分析 (2) 二、零件的工艺分析 (3) （二）机械加工工艺规程制订一、确定生产类型 (4) 二、确定毛坯制造形式 (5) 三、选择定位基准 (6) 四、选择加工方法 (7) 五、制定工艺路线 (9) 六、确定加工余量及毛坯尺寸 (10) 七、确定工序尺寸 (13) 八、选择加工设备与工艺装备 (14) 九、确定切削用量和基本时间 (15) 十、本章小结 (21) （三）后钢板弹簧吊耳内侧端面夹具设计一、接受任务、明确加工要求 (22) 二、确定定位方案、选择定位元件 (23) 三、定位误差分析 (24) 四、铣削力与夹紧力计算 (24) 五、定向键与对刀装置设计 (25) 六、塞尺尺寸 (27) 七、夹紧装置及夹具体设计 (28) 八、夹具设计及操作的简要说明 (28) 九、本章小结 (31) 参考文献 (32)

(一)零件分析：一、零件的作用：题目所给定的零件是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳。后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后，使钢板能够得到延伸和伸展，能够起到正常的缓冲作用。因此骑车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响骑车的工作精度、使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳的主要作用是减震功能、阻尼缓冲和导向功能。二、零件的工艺分析：后钢板弹簧吊耳有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分述如下： 1.以Φ60mm两外圆面为加工中心的加工面 2.以Φ30 0+0.045mm孔为中心的加工表面

由以上分析可知：该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于该零件来说，加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。该类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工零件的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后钢板弹簧吊耳的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。对该零件图进行工艺审核后，可知该零件图视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全，加工要求合理，零件的结构工艺性较好。 (二)机械加工工艺规程制订一、确定生产类型 1)零件年生产纲领 N=Qn(1+α%+β%) =4000×(1+8%+1%)=4360件 2)确定生产类型查《机械制造工艺学》表1-5，确定该批零件为中批生产类型二、确定毛坯制造形式考虑零件在工作过程中要承受交变载荷压力（冲击压力），为增强其强度和冲击韧性，故考虑选用锻件（材料为35号钢，硬度HBS149-187），

汽车中的板簧的断裂失效分析

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。总体上，钢中加入锰为0.9%~1.2%，使淬透性和综合性能有所提高，脱

空气悬架汽车钢板弹簧技术条件

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 1 片厚，mm 脱碳层深度与片厚的百分比 ≤8 3 ＞8 5 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 2 mm 总成宽度宽度偏差 ≤100+ ＞100 + 5．3 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。

汽车板弹簧材料的选择

汽车板弹簧材料的选择汽车钢板弹簧在汽车行驶过程中承受各种应力的作用，其中以反复弯曲应力为主，绝大多数是疲劳破坏。所以要求弹簧钢应有高的弹性极限以及弹性减退抗力好，较高的屈强比，为防止在交变应力下发生疲劳和断裂，弹簧应具有高的疲劳强度和耐蚀等性能。其性能要求：σ0.2≥1160MPa；σb≥1280MPa；δ10≥5％；ψ≥25％，而且，同样材料处理是否正确，其寿命相差也很大。图（1）板弹簧实物图一、板簧材料的选择及分析备选材料钢号有：20Cr、40CrNiMn、60Si2Mn、65Mn。下面比较一下这四种材料的性能及用途。 1、20Cr 该钢是我国目前产量最大的几个合金结构钢之一，用途广泛。硬度较高。且此钢比相同含碳量的碳素钢具有较好的淬透性、强度和韧度。为了提高该模具钢的耐磨性，常进行渗碳处理（注意：渗碳时钢的晶粒有长大倾向），然后进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧度。常用于制造截面小于30mm的、形状简单的、转速较高的渗碳件或氰化件，如活塞销、小轴等；也可以用于调制钢零件。 2、40CrNiMn 高淬透性的调质钢，有高的强度、韧度和良好的淬透性和抗过热的稳定性，但白点敏感性高，有回火脆性。焊接性较差，焊前需经高温预热，焊后需消除应力，经调质后使用。应用：一般制作强度高、塑性好的重要零部件，氮化处理后制作特殊性能要求的重要零件，如轴类、齿轮、紧固件等；在低温回火或等温回火后可作超高强度钢使用。 3、60Si2Mn

由于硅含量高，其强度和弹性极限均比55Si2Mn高抗回火稳定性好，淬透性不高，易脱碳和石墨化。主要用作汽车拖拉机上的板弹簧、螺旋弹簧等。也用于制造承受交变载荷及高应力下工作的重要弹簧、抗磨损簧等。 4、65Mn 钢中加入锰为0.8%~1.2%，使淬透性和综合性能有所提高，脱碳倾向减小，但有过热倾向及回火脆性，易出现淬火裂纹。且锰钢价格便宜，资源丰富。应用：（1）可用于普通模具弹簧；（2）冷冲模具凸模；（3）弹簧环、汽门簧。通过以上比较，我们发现60Si2Mn淬透性号、弹性极限、屈强比和疲劳极限均较高，能符合汽车板簧的性能要求。因此我们选择60Si2Mn作为所需材料。二、60Si2Mn的各项指标 1、化学成分硅锰弹簧钢（60Si2Mn）是同时加入硅、锰，能显著强化基体铁素体，大为提高了钢的弹性极限，屈强比可达到0.8~0.9，而且疲劳强度也显著提高。硅锰元素的共同作用提高了钢的淬透性，硅还有效地提高了回火稳定性，锰提高了耐磨性。但硅促进脱碳倾向，锰增大了钢过热敏感性，但是两者复合加入后，硅锰钢的脱碳和过热敏感性较硅钢、锰钢为小，但还是会因过热敏感性产生淬火裂纹，因脱碳对工件耐磨性、疲劳强度产生显著影响。 2、临界点 3、60Si2Mn的拉伸性能三、板弹簧加工工艺加工工艺路线：下料→校直→钻孔→卷耳→淬火+中温回火→喷丸→装配→预压缩。 1、热处理工艺

汽车钢板弹簧的性能、计算和试验

汽车钢板弹簧的性能、计算和试验东风汽车公司技术中心陈耀明 1983年3月初稿 2005年1月再稿

目录前言（2）一．钢板弹簧的基本功能和特性（3） 1.汽车振动系统的组成（3） 2.悬架系统的组成和各元件的功能（6） 3.钢板弹簧的弹性特性（7） 4.钢板弹簧的阻尼特性（12） 5.钢板弹簧的导向特性（14）二．钢板弹簧的设计计算方法（17） 1.单片和少片变断面弹簧的计算方法（17） 2.多片钢板弹簧的刚度和工作应力计算（24） 3.多片弹簧各单片长度的确定（32） 4.多片弹簧的弧高计算（36） 5.钢板弹簧计算中的几个具体问题（43）三．钢板弹簧的试验（46） 1.钢板弹簧的静刚度测定（46） 2.钢板弹簧的动刚度测定（50） 3.钢板弹簧的应力测定（52） 4.钢板弹簧单片疲劳试验（53） 5.钢板弹簧总成疲劳试验（54）

前言本文是为汽车工程学会悬架专业学组所办的“减振器短训班”撰写的讲义，目的是让汽车减振器的专业人员对钢板弹簧拥有一些基本知识，以利于本身的工作。内容分为三部分：钢板弹簧的基本功能和特性，设计计算方法，以及试验等。因为这部分内容非本次短训班的重点，所以要求尽量简单扼要，也许有许多不全面的地方，只供学习者参考。有关钢板弹簧较详细的论述，可参考本学组所编的“汽车悬架资料”。

一．钢板弹簧的基本功能和特性 1.汽车振动系统的组成汽车在道路上行驶，由于路面存在不平度以及其它各种原因，必然引起车体产生振动。从动态系统的观点来看，汽车是一个多自由度的振动系统。其振源主要来自路面不平度的随机性质的激振，此外还有发动机、传动系统以及空气流动所引起的振动等等。为改善汽车的平顺性，也就是为减小汽车的振动，关键的问题是研究如何对路面不平度的振源采取隔振措施，这就是设计悬架系统的根本目的。换言之，就是在一定的道路不平度输入情况下，通过悬架系统的传递特性，使车体的振动输出达到最小。当研究对象仅限于悬架系统时，人们往往把车体当为一个刚体来看待。即使这样，汽车仍然是一个很复杂的多自由度系统，见图1。如果不涉及汽车的横向振动和角振动，可以将左右悬架合并，使汽车振动系统进一步简化，见图2。在一定条件下，也就是当质量分配系数等于1，即前后悬架的输出与输入各自的相干特性达到最大值时，就可以将前、后悬架分开，单独看成一个两自由度振动系统。这时，组成每一个振动系统的元素就是质量（簧载质量与非簧载质量），弹性元件（悬架弹簧和轮胎）和阻尼元件（悬架阻尼元件和轮胎阻尼），见图3。

汽车前桥故障分析

中谷汽车前桥故障分析：一、低速摆头 1.现象：汽车低速直线行驶时前轮摇摆，感到方向不稳；转弯时大幅度转动方向盘，才能控制汽车的行驶方向。 2.原因：转向节臂装置松动；转向节主销与衬套磨损松旷；轮毂轴承间隙过大；前束过大；轮毂螺栓松动或数量不全。 3.诊断：前轮低速摆头和转向盘自由空程大，一般是各部分间隙过大或有连接松动现象，诊断时应采用分段区分的方法进行检查。可支起前桥，并用手沿转向节轴轴向推拉前轮，凭感觉判断是否松旷。若松旷，说明转向节主销与衬套的配合间隙过大或前轴主销孔与主销配合间隙过大。若此处不松旷，说明前轮毂轴承松旷，应重新调整轴承的预紧度。若非上述原因，应检查前轮定位是否正确，检查前轴是否变形。如果前轮轮胎异常磨损，则应检查前束是否正确。二、转向沉重 1.现象：汽车转向时，转动方向盘感到沉重费力；无回正感。 2.原因：转向节臂变形;转向节止推轴承缺油或损坏;转向节主销与衬套间隙过小或缺油前轴或车架变形引起前轮定位失准；轮胎气压不足。

3.诊断：诊断时先支起前桥，用手转动转向盘，若感到转向很容易，不再有转动困难的感觉，这说明故障部位在前桥与车轮。因为支起前桥后，转向时已不存在车轮与路面的摩擦阻力，而只是取决于转向器等的工作状况。此时应仔细检查前轮胎气压是否过低，前轴有无变形；同时也要考虑检查前钢板弹簧是否良好，车架有无变形。必要时，检查车轮定位角度是否正确。三、高速摆振 1.现象：随着车速的提高，摆振逐渐增大；在某一较高车速范围内出现摆振，出现行驶不稳，甚至还会造成方向盘抖动。 2.原因:轮毂轴承松旷，使车轮歪斜，在运行时摇摆；轮盘不正或制动鼓磨损过度失圆，歪斜失正；使用翻新轮胎；转向节主销或止推轴承磨损松旷；横、直拉杆弯曲；前轮定位值调整不当；前束失调，两前轮主销后倾角或内倾角不一致等，汽车行前行驶时，前轮摇摆晃动；车轮不平衡；转向节弯曲；前钢板弹簧刚度不一致。 3.诊断：在进行高速摆振故障的诊断时，应先检查前桥、转向器以及转向传动机构连接是否松动，悬架弹簧是否固定可靠。支起驱动桥，用楔块固定非驱动轮，起动发动机并逐步换入高速档，使驱动轮达到产生摆振的转速。若这时转向盘出现抖动，说明是传动轴不平衡引起的，应拆下传动轴进行检查；若此时不出现明显抖动，则说明摆振原因在汽车转向桥部分。怀疑摆振的原因在前桥部分时，应架起前桥试转车轮，检查车轮是否晃动，车轮静平衡是否良好，以及车轮钢圈是否偏摆过大。

汽车钢板弹簧的应用及其发展趋势

１　车用钢板弹簧概述车用钢板弹簧又称为叶片弹簧，它是汽车悬架中应用广泛的一种弹性元件。它由若干片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起，组成一根近似等强度的弹性梁。钢板弹簧的断面形状除采用对称断面外，还有采用上下对称的特殊断面。这样可改善弹簧的受力状况，不仅提高了其疲劳强度，还节约了金属材料。钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可使车架的振动衰减。各片之间处于干摩擦，同时还要将车轮所受冲击力传递给车架，因此增大了各片的磨损。所以在装合时，各片之间要涂上较稠的石墨润滑脂进行润滑，并应定期维护。钢板弹簧本身还起导向装置的作用，可不必单设导向装置，使结构简化。有些高级轿车的后悬架也采用钢板弹簧作弹性元件。目前一些汽车上采用变厚度的单片或２～３片的钢板弹簧，可以减小片与片之间的干摩擦，同时减轻了重量。２　钢板弹簧的功能结构在采用传统弹簧的吸震式悬架设计上，弹簧起支持车身以及吸收不平路面和其他施力对轮胎所造成的冲击的作用，而这里所谓的其他施力包含加速、减速、制动、转弯等对弹簧造成的施力。更重要的是在消除振动的过程中要保持轮胎与路面的持续接触，维持车辆的循迹性。如果弹簧很软，则很容易出现“坐底”的情况，即将悬架的行程用尽。假如在转弯时发生坐底情况，则可视为弹簧的弹力系数变成无限大（已无压缩的空间），车身会立即产生质量转移，使循迹性丧失。如果这辆车有着很长的避振行程，那么或许可以避免“坐底”，但相对的车身也会变得很高，而很高的车身意味着很高的车身重心，车身重心的高低对操控表现有决定性的影响，所以，太软的弹簧会导致操控上的障碍。如果路面的崎岖度较大，那就需要比较软的弹簧才能确保轮胎与路面接触，同时弹簧的行程也必须增加。弹簧的硬度选择要由路面的崎岖程度来决定，越崎岖要越软的弹簧，但要多软则是个关键的问题，通常这需要经验的累积。一般来说，软的弹簧可以提供较佳的舒适性以及行经较崎岖的路面时可保持比较好的循迹性；但是，在行经一般路面时，却会造成悬架系统较大的上下摆动，影响操控。而在配备有良好空气动力学组件的车辆上，软的弹簧在速度提高时会使车高发生变化，造成低速和高速时不同的操控特性。一般载货汽车均采用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架，因钢板弹簧既有缓冲、减振的功能，又起传力和导向的作用，使得悬架结构大为简化。为了充分利用材料，钢板弹簧做成接近于应力粱的形式，分为２种类型：一种是等厚度，宽度呈现两端狭，中间宽，即多片钢板弹簧，传统的钢板弹簧就是这一类型。这种钢板弹簧由多片长度不等、宽度一样的钢片迭成，现在多数大客车、货车都使用这种钢板弹簧。另一种是等宽度、两端薄、中间厚的。常见的少片钢板弹簧就是这一类型，多用于轻中型汽车。多片钢板弹簧的各片钢板叠加成倒三角形状，钢板的片数与支承汽车的质量和减振效果相关，钢板越多越厚越短，弹簧刚性就越大；但是，当钢板弹簧挠曲时，各片之间就会互相滑动摩擦产生噪声，摩擦还会引起弹簧变形，造成行驶不平顺，因此，在承载量不是很大的汽车上，就出现了少片钢板弹簧，以消除多片钢板弹簧的缺陷。少片钢板弹簧的钢板截面变化大，从中间到两端的截面是逐渐不同，因此轧制工艺比较复杂。为了减轻质量和轧制工艺难度，目前出现了一种纤维增强塑料（ＦＲＰ）代替钢板，质量可减少１／２以上。钢板弹簧的中部一般固定在车桥上。主片卷耳受力严重、是薄弱处，为改善主片卷耳的受力情况，常将第二片末端也弯成卷耳，包在主片卷耳的外面（亦称包耳）。为了使得在弹簧变形时各片有相对滑动的可能，在主片卷耳与第二片包耳之间留有较大的空隙。有些悬架中的钢板弹簧两端不做成卷耳，而采用其他的支承连接方式（如非独立悬架）。中心螺栓用来连接各种弹簧片，并保证各片装配时的相对位置。中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可不相等者。钢板弹簧端部有三种结构型式：端部为矩形的钢板，其制造简单，广泛应用在载货汽车上；端部为梯形的钢板，其质量小、节省钢材，较多的用在载货汽车上；端部为椭圆形的钢板，这种结构改善了汽车钢板弹簧的应用及其发展趋势肖　军

重卡钢板弹簧断裂分析

重卡钢板弹簧断裂失效分析白培谦泮战侠慕松赵鹏英杜飞（陕西汽车集团有限责任公司质量管理部，陕西西安，710200）摘要：通过宏观检查、化学成分分析、硬度测试以及微观组织检查等结果分析，确定了重型卡车用钢板弹簧断裂原因。分析结果表明：因超载使钢板弹簧出现过度反弓，造成板簧卡中的螺栓与钢板弹簧动态接触，发生磨损腐蚀现象，在过大的交变应力下出现疲劳断裂。并提出了防止其发生断裂事故的预防措施。关键词：钢板弹簧；磨损腐蚀；交变应力；疲劳断裂 Fracture Failure Analysis of Heavy Truck Leaf Spring Bai Pei-qian, PAN Zhan-xia, Mu Song, Zhao Peng-ying, Du Fei, (1.Shaanxi Automobile Group Co., Ltd. Quality Management Department, Xi ’an 710200, China ) Abstract:The fracture cause of heavy truck leafspring is researched by macrography, chemical composition analysis, hardness test and microstructure test. The research shows that leaf spring excessive inverse arch-shaped for overload causes Frictional Contact between plate spring bolt and leaf spring and erosion corrosion and the leaf spring is broken for fatigue fracture Under alternating stress. In the paper the measures of preventing leaf spring fracture accident is put forward. Key words: leaf spring; erosion corrosion; alternating stress; fatigue fracture. 钢板弹簧是汽车悬架中重要的弹性元件，主要影响汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性，在车辆行驶过程中起到缓冲减振的作用。同批次某矿山用短途重载卡车行驶约六千公里后发生四起钢板弹簧断裂事故。断裂钢板弹簧材料为50CrV A ，其生产工艺为：下料→钻孔→卷耳→淬火→回火→喷丸→装配→预压→喷漆。为了查明钢板弹簧断裂原因，对断裂失效件进行检查分析。 1 检查与结果 1.1 宏观检查断裂发生在前钢板弹簧组第一片后侧板簧卡附近，见图1（a ）箭头所示位置，距吊耳孔中心约26cm 处，断口侧表面可见明显磨损腐蚀痕迹，见图1（b ）所示。在体视显微镜下观察钢板弹簧侧表面磨损腐蚀区域发现：断口侧表面磨损腐蚀区域呈现红褐色，仔细观察存在大量裂纹，且出现腐蚀坑，见图2。（a ） (b) 图1 断裂位置及外观 Fig.1 the fracture position and appearance 收稿日期：

汽车轮毂的断裂失效分析

汽车轮毂的断裂失效分析发表时间：2017-06-27T14:02:09.450Z 来源：《基层建设》2017年6期作者：李宗保刘字光孔庆渤[导读] 摘要：通过外观检查、成分测试、硬度测试、金相组织和扫描电镜观察等方法，对某品牌汽车3个轮毅轴承失效件进行分析，可以找出造成轮毅轴承最终断裂失效的原因。中信戴卡股份有限公司河北省秦皇岛市 066000 摘要：通过外观检查、成分测试、硬度测试、金相组织和扫描电镜观察等方法，对某品牌汽车3个轮毅轴承失效件进行分析，可以找出造成轮毅轴承最终断裂失效的原因。结果表明，3种轮毅轴承的内圈和外圈的组织都符合JB/T1255-2001标准的要求;1#轮轴轴承失效的原因是由于化学成分不合格和轴承内圈滚道的表面硬度较低;2#轮毅轴承的化学成分、硬度和组织都满足要求，失效原因在于密封性较差，而使得外圈滚道中外界硬度相对较高的颗粒落入滚道，造成磨损加剧;3#轮毅轴承外圈碳含量较低，使得外圈滚道表面硬度偏低，且由于润滑条件不好引起了粘着磨损，加剧了轴承的磨损，并最终造成失效。关键词：轮毅轴承；断裂失效；分析研究一、前言。随着我国汽车产量不断增加，轮毅轴承的需求量也在日益增大。轮毅轴承是汽车的重要基础件，其质量对汽车整车质量的影响非常大，对其性能要求也越来越高。轮毅轴承的作用主要是作为承重件和为轮毅的传动提供精确引导，既承受径向载荷又承受轴向载荷。常用的汽车轮毅轴是由两套圆锥滚子轴承或球轴承组合而成，其套圈一般采用热锻毛坯结合后续机加工进行生产。轮毅轴承形状复杂，尺寸精度和形位公差要求高，锻造工艺性差。目前，国内外各主要轴承企业主要采用开式模锻工艺进行生产，锻件成形质量较差，材料的利用率较低。某汽车在行驶过程中，其后轮毅轴在安装轴承附近发生断裂，该车累计行驶里程为17km。轮毅轴材料为65Mn弹簧钢，经毛坯一锻造一机械加工一调质处理一轴表面高频感应淬火(淬火层深度要求为1.5一3.Omm)后成形。通过对失效轮毅轴进行外观检查，对其断口进行宏、微观观察和能谱分析，对其金相组织和硬度进行检查，确定了裂纹性质，最后分析了其断裂失效的原因，并给出了建议。本研究对提高后轮毅轴的可靠性，防止同类事故的发生具有一定的工程应用价值。二、检测分析。（一）宏观分析。对其中典型的3种轮毅轴承进行失效分析，编号为1#,2#和3#。对比3种轴承的宏观形貌可以发现，1#内圈存在剥落、滚道变黄，外圈有压痕、滚道变黄;2#外圈上卜滚道有条状压痕;3#外圈有小块压痕。对3种轮毅轴承进行内外圈圆度测量,1#轴承的外圈内侧滚道偏离了设计图纸的标准值，2#外圈外侧滚道圆度、内圈外侧滚道圆度和内圈外侧滚道圆度都偏离了小于2.2m的标准;3#外圈外侧滚道圆度、外圈内侧滚道圆度和内圈外侧滚道圆度偏离设计标准。这也可以解释为什么在轴承运转过程中发生振动和噪音的原因。（二）成分检测。选取比较典型的3组失效轮毅轴承进行化学成分检验，在钢研纳克生产的Lab Spark750直读式火花光谱仪上进行化学成分测试，并与国标GB/T18254-2000《高碳铬轴承钢》中GCr15钢的化学成分进行对比分析，可以发现，1#轮毅轴承内圈和3#轮毅轴承的外圈的C含量要低于GB/T18254-2000标准对GCr15钢的要求，其余元素的含量都满足国标要求。（三）硬度和金相测试。对3种失效轮毅轴承的外圈进行硬度和硬化层深度测试，并参照机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》对外圈合格性进行评定。根据JB/T1255-2001标准中的要求，当套圈有效壁厚大于15mm时要求硬度在5761HRC，而当有效壁厚在15mm内时要求硬度大于5863HRC叭硬化层深度范围要求必须大于或者等于1mm。对比失效轮毅轴承外圈测试结果可知，3种轮毅轴承的硬化层深度满足要求，1#和2#轴承的硬度满足要求，但是3#轴承的硬度偏低，会增加轴承在运行过程中的磨损，从而造成失效，3#轴承硬度偏低与碳含量相对较低有关。对3种失效轮毅轴承表的外圈进行金相组织检测，3种轮毅轴承的金相组织都为结晶马氏体+针状马氏体+碳化物+残余奥氏体组织。参照JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》中球化退火后的技术要求，按第一级别图评定2—4级为合格组织，即允许有细点状球化组织存在，不存在欠热、碳化物分布不均匀和过热现象，对比3种外圈的金相组织可知，3种轮毅轴承的组织都在2}3级，满足机械行业标准JB/T1255-2001的要求。对3种失效轮毅轴承的内圈进行硬度和金相组织测试，并参照机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》对内圈合格性进行评定，经过检测发现1#轴承内圈的硬度偏低，而钢球的硬度在62HRC}65HRC,由此可见，在轴承高速运转过程中，1#内圈比较容易产生显微裂纹，随着运行时间的延长，这些显微裂纹会逐渐扩展，并最终造成轮毅轴承的失效；而2#和3#内圈的硬度与钢球相当，金相组织也满足JB/T1255-2001标准的要求。扫描电镜显微组织，分别对失效的3种轮毅轴承内圈和外圈滚道，以及新轮毅轴承的内圈和外圈滚道进行扫描，电镜显微组织观察。对于新轴承的外圈滚道而言，除了少量较浅的机加工刀痕外，整个滚道表面较为光滑，并没有孔洞或者机械损伤存在;对比3种失效轴承外圈滚道可见，1#外圈滚道的局部区域出现了剥落或者凹坑，但是数量较少;2#外圈滚道中有较多的细小凹坑存在，局部区域存在剥落，细小的凹坑弥散分布，可能是由于外界的硬度相对较高的颗粒落入滚道造成;3#外圈滚道中出现了蠕虫状的块状物凸起，这可能是由于润滑条件不够好而引起的粘着磨损。同样，对新轮毅轴承和3种失效轮毅轴承的内圈滚道进行扫描，电镜显微组织观察，对于新轴承的内圈滚道而言，表面较为光滑、平整，几乎看不到机械加工刀痕的存在，也没有发现孔洞或者机械损伤存在，内圈滚道表面质量较高;对比3种失效轴承内圈滚道，可以看见，1#内圈滚道表面聚集着大量尺寸不等的鹅卵石状的颗粒，能谱分析结果表明，这些颗粒主要含有C,O和Fe等元素，推测可能是在运行过程中，由于运转不当造成局部区域温度升高，而形成的铁的氧化物，如FeZ03和Fe30、化合物2#内圈滚道中有较多的细小白色颗粒状物质存在，此外还有一定数量的凹坑，对白色颗粒进行能谱分析，主要含有Fe和C元素，表明这些颗粒并不是外来的物质;3#内圈滚道中有较多的连续分布的凹坑，损伤较为严重，应该是在运行过程中产生的刮伤。三、结论。

大作业(汽车设计)设计作业题

一、已知一后置发动机大型客车满载时后车架、后悬架、后轴壳和传动轴的位置，尺寸如下图所示。且弹簧片数n=15 ，片厚 d=15mm ，主片3 片，卷耳半径e=25mm ，静挠度f =90mm ，动挠度f = 80mm ，满载弧高 f = 20mm ，r = 545mm ， r = 515mm 。作图校核该车传动轴跳动情况，包括： ①确定传动轴上下跳动的极限位置及最大摆角； ②确定空载时万向节传动的夹角； ③确定传动轴长度的变化量。（要求按 1 : 10 作图）

注：悬架压缩（车轮上跳）到极限位置，假定缓冲块被压缩1/3 ，空载静挠度按f = 50mm 作图。设计要求：1 ）要求在CAD 环境下校核。 2 ）要求对校核结果进行分析说明。二、为110 微型汽车设计后钢板弹簧悬架。已知参数：总重：Ga=13100N( 驾驶室内两人) 自重：Go=6950N( 驾驶室内两人) 空车：前轴载荷=4250N 后轴载荷=2700N 满载：前轴载荷=5750N 后轴载荷=7350N 非簧载质量=690N （指后悬架）钢板弹簧长度L=(1000~1100)mm 骑马螺栓中心距S= 70mm 满载时偏频n= （1.5~1.7 ）H

叶片端部形状：压延要求： ?确定钢板弹簧叶片断面尺寸，片数； ?确定钢板弹簧各片长度（按1:5 的比例作图）； ?计算钢板弹簧总成刚度； ?计算钢板弹簧各片应力；注意：①叶片断面尺寸按型材规格选取（参看“汽车标准资料手册” 中册P39，表5—36），本题拟在以下几种规格内选取： = 6 65,7 65,8 65 6 63, 7 63, 8 63 6 70, 7 70, 8 70 ②挠度系数可按下式计算：式中：n’—主动片数 n—总片数设计要求：1 ）要求在CAD 环境下进行钢板弹簧各片长度的确定。

汽车悬置螺栓断裂失效分析

汽车悬置螺栓断裂失效分析发表时间：2018-05-23T17:22:09.973Z 来源：《基层建设》2018年第6期作者：姚瑶 [导读] 摘要：本文分析了发动机安装支架和发动机支架的疲劳断裂问题。江淮汽车集团股份有限公司乘用车制造公司安徽合肥 230601 摘要：本文分析了发动机安装支架和发动机支架的疲劳断裂问题。对螺栓的宏观、扫描电镜、化学成分和金相分析进行了分析，并对同一批次螺栓进行了力学性能试验。在各种物理化学试验的基础上，结合显微断裂和断裂机理，分析了螺栓的断裂原因。关键词：汽车；悬置螺栓；失效分析 1前言在开发多车发动机支架的过程中，将车辆用于发动机锻造钢悬架。在常规车辆的道路试验中，连接螺栓和螺栓断裂。本文从螺栓、螺柱断裂类型、螺栓连接强度计算和结构设计等方面分析了连接失效分析，并提出了改进建议。 2分析的内容 2.1分析样本分析样品是一个完整的螺栓失效螺栓和失效螺栓。完整的螺栓是全新未使用的。 2.2分析内容进行了断裂分析、化学成分分析、硬度测试、金相分析、扫描电镜和能谱测试。对完整的螺栓进行了化学成分分析、硬度测试、拉伸试验和金相分析。 2.2.1宏观断口分析。断裂的连杆被分成两部分：螺纹部分的断裂部分留在连杆的深孔中，螺栓的另一部分暴露在外。打开螺丝孔后，将断头取出，螺孔内螺纹有外拉的痕迹。通过与相同模型的完全螺栓比较，发现螺栓的断裂位置位于螺纹的第一齿位置，螺纹部分没有明显的塑性变形。由于暴露螺钉的二次损伤，存在明显的多重冲击痕迹，杆体严重变形。虽然断裂具有一定的疲劳特性，但断裂边缘明显受到破坏。因此，暴露的螺杆部分没有断裂分析值。 2.2.2化学成分分析样品采用螺栓，化学成分符合设计人员的技术要求。 2.2.3光学金相分析。对失败螺栓基体的金相组织进行分析，组织相对均匀。在螺栓表面附近的组织形态学中未发现明显的脱碳。金相检查未发现异常。 2.2.4硬度分析。结果表明，断裂螺栓的硬度与设计要求一致。 2.2.5SEM分析采用扫描电子显微镜观察螺栓孔内的断裂情况，发现裂纹源位于断裂边缘。源区域面积较小，瞬时区域面积约为1/2。通过安装位置对准，线的螺纹有向外拉的位置。源区域的部分增大，疲劳阶段从断裂边缘开始，有许多与裂纹扩展方向垂直的小的疲劳条纹。在源区没有明显的夹杂物和不均匀的冶金缺陷。随着裂纹扩展，疲劳条纹变得越来越长。在裂缝快速膨胀区，有一个明显的酒窝形状。扫描电镜（sem）在螺纹上观察，发现裂纹与断裂源部分平行。横截面的外表面有许多微裂纹。螺纹表面没有明显的加工缺陷。螺杆断裂为多个断口源，断裂源集中在截面的同一侧，锚杆和瞬态断裂带占整个断裂的比例（近1/2），这是典型的大应力低周疲劳断裂特征。通过对螺纹的观察，发现加工缺陷引起的应力集中，除了疲劳裂纹外，没有发现。因此，扫描电子显微镜（sem）的结果表明，连杆的断裂是在高单向弯曲循环加载作用下形成的。 3基于VDI2230方法的连接计算分析。机械设计手册主要是指国家标准的螺栓连接计算方法。与VDI2230的计算方法相比，计算方法略粗糙，前考虑不全面。本文采用VD12230方法计算悬吊支架的连接，从表面处理、摩擦系数、结构尺寸、预紧力矩等方面分析了螺栓的连接强度。通过道路光谱采集，获得了悬吊支架的载荷和横向载荷，并得到了悬架的横向载荷。通过实验得到了连接结构的摩擦系数。表一：摩擦系数（1）使用VDI2230方法（MDESIGN分析软件）的帮助下，螺栓疲劳应力幅值是80mpa，电泳锻钢悬置支架的抗滑安全系数引擎联接螺栓底部SG=1.5，小于VDI2230SG1.8或更高的设计要求、安全系数；锻钢支架山经过电泳处理（相对结表面之间的摩擦系数是0.18），，通过嵌入预应力损失预紧的损失（VDI2230嵌入式）。因为螺栓利用率是72.3%，可以满足连接的安全系数增加扭矩。然而，螺栓的应力幅值很小，当扭矩接近屈服时，螺栓的应力幅值仍然高达71MPa。（2）如果连接支撑面不进行电泳（螺栓的摩擦系数为0.23），则螺栓连接防滑的安全系数为SG=1.92，满足连接安全系数的要求；螺栓应力幅值为62MPa，不满足螺栓疲劳应力的要求。（3）采用电导支架，然后螺栓扭矩增加，使螺栓计算利用率达到95%，螺栓疲劳应力幅值仍高达56mpa，仍然不能解决螺栓疲劳应力幅值过大的问题。结果表明，单纯增加预应力不能解决锚杆的疲劳破坏，表明锚杆应力幅值过大，导致螺栓疲劳断裂。（4）通过增加基础凸集的3毫米直径，增加的面积的利用率95%结表面和螺栓，螺栓应力幅值明显降低，增加了底座直径的螺栓疲劳失效后问题解决了道路试验。指出零件结构的尺寸设计对螺栓连接的疲劳性能有重要影响，是提高螺栓连接在允许结构下的疲劳性能的一种方法。（5）当然，在这种连接结构中，在弯矩作用下，3个紧固点分布，在弯矩作用下容易发生接触面积，在螺栓应力打开后会急剧增加，最终导致疲劳失效。如果你考虑在三角形分布中变化的扣分，可以有效地减少弯曲力，在三个螺栓上的载荷分布可以更均匀，防止单个螺栓发生早期疲劳断裂失效。然而，在发动机室空间中，很难进行有足够空间的三角形连接布置。