某型板簧U形底板开裂问题分析及改进

陈焱，彭旭

(福田欧辉环境装备事业部，湖南长沙 410129)

某型板簧U形底板开裂问题分析及改进

陈焱，彭旭

(福田欧辉环境装备事业部，湖南长沙 410129)

某型板簧U形底板在安装过程中出现了批量开裂问题，对汽车生产制造和汽车行车安全造成了重大影响。通过分析，确定开裂的根本原因，提出优化改进措施，圆满解决了开裂问题，杜绝了类似问题的再次发生。

板簧U形底板；开裂；分析与改进

0 引言

汽车钢板弹簧由于结构简单、制造容易，在载货汽车悬架中得到广泛应用[1]。钢板簧是汽车重要的专用零件。它承受着自身重力和载荷，是在恶劣条件下工作的受力零件。由于它的工作条件不好，故它又是汽车上的易损件之一[2]。板簧通过骑马螺栓固定安装在桥壳之上，下面的U形底板起到固定骑马螺栓、将板簧与桥壳牢固地连接在一起的作用。在安装过程中，由于需要对骑马螺栓进行预紧，在打紧螺栓过程中，U形底板出现了批量开裂的现象，对车辆生产和车辆行车安全造成了重大的影响，带来了巨大损失。文中从结构设计、强度性能、材料性能和铸造缺陷等方面找出开裂的根本原因，提出解决方案，杜绝此类问题的再次产生。

1 板簧悬架系统简介

某型板簧悬架系统由主簧、副簧、骑马螺栓和板簧U形底板组成。骑马螺栓和板簧U形底板牢牢地将板簧固定在桥上。板簧U形底板承受着骑马螺栓预紧力的作用，其结构强度和可靠性对于行车安全非常关键和重要。

图1 板簧悬架系统简图

2 开裂问题

在装配板簧过程中，在给骑马螺栓施加螺栓预紧力的过程中，板簧U形底板出现了批量开裂的问题，其开裂处如图2所示。

图2 问题板簧U形底板图

3 原因分析

根据分析得出导致板簧U形底板开裂的原因有以下3点：

(1)结构设计不合理，导致结构强度不足

从图2所示的结构来看，其主要结构为薄板，且厚度不足10 mm，而且在其上开有缺口，很容易导致应力集中，导致开裂现象。整个骑马螺栓的预紧力达到188 kN。对其进行强度应力分析，应力分布云图如图3所示，开裂处一端应力达到1 307 MPa，另一端达到837 MPa，均远远超过了材料的抗拉强度。因此结构设计不合理、强度不足是导致开裂的主要原因。

图3 板簧U形底板应力云纹图

(2)使用材料差

板簧U形底板使用的材料为ZG310-570，其性能如表1所示，其最大抗拉强度为570 MPa。而板簧U形底板承受载荷大，运行环境恶劣，可靠性要求非常高，因此其材料强度远远不能满足强度性能要求，导致开裂。

表1 材料ZG310-570性能表

(3)铸造质量问题

经过结构分析，此板簧U形底板薄板多，而且有缺口，导致铸造工艺差，表面和内部存在一定的铸造缺陷。

4 优化改进方案

根据产生开裂的根本原因，提出以下改进措施：

(1)对板簧U形底板进行全面的结构优化改进设计，设计出一款强度足够、结构合理的新型结构。其新结构如图4所示。新结构不但强度足，而且铸造性能优，经过严格的质检可以完全杜绝铸造缺陷问题。

图4 优化结构方案图

(2)更换材料

使用ZG535-720代替原来的ZG310-570材料，新材料性能参数如表2所示，其抗拉强度达到720 MPa，抗拉强度比原来提升150 MPa。

表2 新材料ZG535-720性能表

5 优化改进结构强度性能评估

对优化改进结构进行强度应力分析，其应力云纹图如图5所示。最大拉应力为491 MPa，与原始模型相比，降低816 MPa。安全系数大于1.47，原始结构只有0.4，安全系数提升1.07。可见新结构强度性能得到大大提升，完全满足强度设计要求。

图5 优化改进结构应力云纹图

6 结束语

通过结构的全新设计和高强度性能材料的替换使用，使得板簧U形底板座子的强度性能得到大大提升，安全系数达到1.47以上；并且铸造工艺性优、铸造缺陷低。通过强度性能评估和实际应用，新结构完全满足设计要求和使用要求，圆满地解决了开裂问题，杜绝了类似问题的再次发生。

[1]黄海波，邱小平，欧祖孝．载货汽车板簧系列通用化设计探讨[J]．汽车技术，1999(11)：10-12．

[2]岳峰，罗上银．汽车板簧制造工艺及设备[J]．锻压技术，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

陈焱(1982—),男，学士，从事汽车传动、悬架、行驶、整车等系统零部件设计工作。E-mail:30442792@qq.com。