某型板簧U形底板開裂問題分析及改進

陳焱，彭旭

(福田歐輝環(huán)境裝備事業(yè)部，湖南長沙 410129)

某型板簧U形底板開裂問題分析及改進

陳焱，彭旭

(福田歐輝環(huán)境裝備事業(yè)部，湖南長沙 410129)

某型板簧U形底板在安裝過程中出現(xiàn)了批量開裂問題，對汽車生產(chǎn)制造和汽車行車安全造成了重大影響。通過分析，確定開裂的根本原因，提出優(yōu)化改進措施，圓滿解決了開裂問題，杜絕了類似問題的再次發(fā)生。

板簧U形底板；開裂；分析與改進

0 引言

汽車鋼板彈簧由于結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，在載貨汽車懸架中得到廣泛應(yīng)用[1]。鋼板簧是汽車重要的專用零件。它承受著自身重力和載荷，是在惡劣條件下工作的受力零件。由于它的工作條件不好，故它又是汽車上的易損件之一[2]。板簧通過騎馬螺栓固定安裝在橋殼之上，下面的U形底板起到固定騎馬螺栓、將板簧與橋殼牢固地連接在一起的作用。在安裝過程中，由于需要對騎馬螺栓進行預(yù)緊，在打緊螺栓過程中，U形底板出現(xiàn)了批量開裂的現(xiàn)象，對車輛生產(chǎn)和車輛行車安全造成了重大的影響，帶來了巨大損失。文中從結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度性能、材料性能和鑄造缺陷等方面找出開裂的根本原因，提出解決方案，杜絕此類問題的再次產(chǎn)生。

1 板簧懸架系統(tǒng)簡介

某型板簧懸架系統(tǒng)由主簧、副簧、騎馬螺栓和板簧U形底板組成。騎馬螺栓和板簧U形底板牢牢地將板簧固定在橋上。板簧U形底板承受著騎馬螺栓預(yù)緊力的作用，其結(jié)構(gòu)強度和可靠性對于行車安全非常關(guān)鍵和重要。

圖1 板簧懸架系統(tǒng)簡圖

2 開裂問題

在裝配板簧過程中，在給騎馬螺栓施加螺栓預(yù)緊力的過程中，板簧U形底板出現(xiàn)了批量開裂的問題，其開裂處如圖2所示。

圖2 問題板簧U形底板圖

3 原因分析

根據(jù)分析得出導(dǎo)致板簧U形底板開裂的原因有以下3點：

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度不足

從圖2所示的結(jié)構(gòu)來看，其主要結(jié)構(gòu)為薄板，且厚度不足10 mm，而且在其上開有缺口，很容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，導(dǎo)致開裂現(xiàn)象。整個騎馬螺栓的預(yù)緊力達到188 kN。對其進行強度應(yīng)力分析，應(yīng)力分布云圖如圖3所示，開裂處一端應(yīng)力達到1 307 MPa，另一端達到837 MPa，均遠遠超過了材料的抗拉強度。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、強度不足是導(dǎo)致開裂的主要原因。

圖3 板簧U形底板應(yīng)力云紋圖

(2)使用材料差

板簧U形底板使用的材料為ZG310-570，其性能如表1所示，其最大抗拉強度為570 MPa。而板簧U形底板承受載荷大，運行環(huán)境惡劣，可靠性要求非常高，因此其材料強度遠遠不能滿足強度性能要求，導(dǎo)致開裂。

表1 材料ZG310-570性能表

(3)鑄造質(zhì)量問題

經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析，此板簧U形底板薄板多，而且有缺口，導(dǎo)致鑄造工藝差，表面和內(nèi)部存在一定的鑄造缺陷。

4 優(yōu)化改進方案

根據(jù)產(chǎn)生開裂的根本原因，提出以下改進措施：

(1)對板簧U形底板進行全面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進設(shè)計，設(shè)計出一款強度足夠、結(jié)構(gòu)合理的新型結(jié)構(gòu)。其新結(jié)構(gòu)如圖4所示。新結(jié)構(gòu)不但強度足，而且鑄造性能優(yōu)，經(jīng)過嚴格的質(zhì)檢可以完全杜絕鑄造缺陷問題。

圖4 優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案圖

(2)更換材料

使用ZG535-720代替原來的ZG310-570材料，新材料性能參數(shù)如表2所示，其抗拉強度達到720 MPa，抗拉強度比原來提升150 MPa。

表2 新材料ZG535-720性能表

5 優(yōu)化改進結(jié)構(gòu)強度性能評估

對優(yōu)化改進結(jié)構(gòu)進行強度應(yīng)力分析，其應(yīng)力云紋圖如圖5所示。最大拉應(yīng)力為491 MPa，與原始模型相比，降低816 MPa。安全系數(shù)大于1.47，原始結(jié)構(gòu)只有0.4，安全系數(shù)提升1.07?？梢娦陆Y(jié)構(gòu)強度性能得到大大提升，完全滿足強度設(shè)計要求。

圖5 優(yōu)化改進結(jié)構(gòu)應(yīng)力云紋圖

6 結(jié)束語

通過結(jié)構(gòu)的全新設(shè)計和高強度性能材料的替換使用，使得板簧U形底板座子的強度性能得到大大提升，安全系數(shù)達到1.47以上；并且鑄造工藝性優(yōu)、鑄造缺陷低。通過強度性能評估和實際應(yīng)用，新結(jié)構(gòu)完全滿足設(shè)計要求和使用要求，圓滿地解決了開裂問題，杜絕了類似問題的再次發(fā)生。

[1]黃海波，邱小平，歐祖孝．載貨汽車板簧系列通用化設(shè)計探討[J]．汽車技術(shù)，1999(11)：10-12．

[2]岳峰，羅上銀．汽車板簧制造工藝及設(shè)備[J]．鍛壓技術(shù)，1995(3)：24-27．

AnalysisandImprovementofCrackingofU-shapedBasePlateofaCertainPlateSpring

CHEN Yan, PENG Xu

(Foton AUV Environmental Equipment Division, Changsha Hunan 410129, China)

In the assembly process of U-shaped base plates of a certain plate spring, batch cracking phenomena were appeared. It had a significant impact on the automobile manufacturing and automobile driving safety. Through analysis, the root causes of the cracking were determined, corresponding improvement measures were put forward. Then the cracking problem is solved, eliminating the recurrence of similar problems.

U-shaped base plate of plate spring; Crack; Analysis and improvement

U463.33+3

B

1674-1986(2017)09-048-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.09.011

2017-05-08

陳焱(1982—),男，學(xué)士，從事汽車傳動、懸架、行駛、整車等系統(tǒng)零部件設(shè)計工作。E-mail:30442792@qq.com。