重载工程车后双桥钢板弹簧研发设计改进.doc

重载工程车后双桥钢板弹簧设计改进 东风商用车公司市场销售总部 季小兵 2008年12月10日 【摘要】本文简述了重载工程自卸汽车后双桥钢板弹簧由于定位方式不恰当造成断裂的原因，提出解决措施。 关键词：钢板弹簧、断裂、定位方式、压筋包、热处理、喷丸 前言 为了提高自卸汽车的运输效率，应尽量增加载货量， 但这又受到国家法规的限制，即轴何不得超过法规所允许的范围，因此多轴自卸汽车便应运而生。随着国家基础建设的加大投入，市场对多轴自卸汽车的需求越来越大，每年6×4和8×4驱动型式的多轴自卸车每年的总需求量在11-12万辆左右，占自卸车总需求的80%以上。由于前多轴自卸汽车的承载能力也逐渐从中型向重型方向发展，装载量从最初的十几二十吨向四、五十甚至更重的方向发展，加上自卸汽车经常行驶在工地道路、矿坑道路，条件十分恶劣，作为车辆承载元件的后钢板弹簧受力情况变得更为复杂，除了承受重力、侧向力之外，还要承受车辆扭曲、振动等复杂工况下的受力，近期不断从市场反馈无论是解放、东风、北奔，还是重汽、陕汽等国内主要厂家生产的自卸汽车都出现板簧断裂问题，有从中心孔断裂的，有从端部断裂的，还有由于U型螺栓松动引起断裂的。本文选择选择市场反映较为典型的某款自卸汽车板簧从端部断裂的现象进行分析研究，并提出解决办法。 二、平衡悬架结构及受力原理 由于多轴汽车存在悬架系统的静不定问题，通常采用平衡悬架。东风商用车公司目前生产的6×4、8×4驱动的多轴自卸汽车的后双桥通常采用的也都是平衡悬架系统（见下图），该结构主要由中后桥、钢板弹簧、钢板弹簧支座、平衡轴支架、连通轴、推力杆、U型螺栓等组成，平衡轴支架通过螺栓固定在车架上，左右两个平衡轴支架通过连通轴连接在一起，钢板弹簧中间通过U型螺栓固定在平衡轴承毂上、两端支承在中后桥的钢铁弹簧支座内，上面两根推力杆连接车桥和车架，下面4根推力杆连接车桥和平衡悬架。车桥、板簧、推力杆形成一个整体可绕平衡轴承毂旋转。车辆的纵向驱动力和制动力是通过与车桥、平衡悬架、车架相连接的推力杆传递的，车辆的重力是通过车厢带货物传递给车架，车架传递给平衡悬架，平衡悬架再传递给钢板弹簧，钢板弹簧传递给车桥及轮胎，当载荷变化时钢板弹簧在支座上滑动。 三、失效钢板弹簧断裂现象描述 东风商用车某重载工程自卸汽车在投放市场后不断从市场上反馈回来该车辆的后钢铁弹簧主片断裂，检查发现断裂点钢板弹簧基本都是在板簧两边与支座接触的地方即板簧压筋包处，见下图： 四、失效钢板弹簧结构介绍 该钢板弹簧原结构如下： 后钢板弹簧总成号为：2913010-ZB3EOZ， 设计簧载18.4t, 满载弧高15mm, 总成图： 该产品无卡箍，各片采用压筋包结构保证板簧装配后的总成宽度并防止横向错位， 示意图如下： 第一、二、三片 其余各片 该产品是在后钢板弹簧2913010-ZB3EO基础上设计的，由于后钢板弹簧2913010-ZB3EO在使用过程中出现：中心螺栓断裂、板簧中心孔处断裂的问题， 2913010-ZB3EOZ在2913010-ZB3EO基础上作如下改进： A：原设计中心螺栓直径φ16，更改为φ18，提高了中心螺栓抗剪切强度，该车辆未出现板簧中心螺栓断裂问题。 B：板簧曲率由单曲率设计更改双曲率设计，板簧中间U型螺栓夹紧部位设计为平直段，且最后一片加长，U型螺栓由原2根改为4根，该车辆也未出现板簧中心孔部位断裂问题。 五、板簧失效原因分析 根据失效板簧的宏观断裂形貌，此板簧为疲劳断裂，其为多点疲劳起源，从断口上分析，为高周疲劳起源，高周疲劳起源处的疲劳扩展区可见明显疲劳，且疲劳扩展区面积较大。板簧的瞬时断裂区面积较小，且可见剪切唇。 板簧的宏观失效形貌 疲劳区微观形貌 瞬时断裂区微观形貌为韧窝特征 下面对该钢板弹簧断裂原因从设计及制造两方面分别进行分析： （一）、设计结构分析 1、对该板簧的设计载荷进行分析，该板簧的设计载荷为18.4吨，两副板簧共36.8吨，可承受车辆的重后桥重量达到80吨，从市场返回的信息表明，该车辆实际装载量在40吨左右，车辆总重在55吨左右，说明板簧的设计承载能力完全满足使用要求； 2、对该钢板弹簧结构进行分析， 该板簧作用长度为1350mm，板簧两端受力点在该簧第1、2、3片压筋包附近，压筋包处为板簧应力集中的地方，在使用状况恶劣的情况下，造成板簧过早从压筋包处断裂。 根据应力分析图可以看出，该钢板弹簧总成主片在压筋包处存在应力集中。 （二）制造工艺分析 1、材料分析 对从市场上返回的旧件的材料的成分及性能进行化验及试验，钢板弹簧是汽车零部件中处于最复杂应力条件下、在最恶劣环境中服役的主要部件之一，因此对材料的要求很高，