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1、汽車平衡懸架鋼板彈簧設計東風德納車橋有限公司2005年9月15日一、鋼板彈簧作用和特點a.結構簡單,制造、維修方便;b.彈性元件作用;c.導向作用;d.傳遞側向、縱向力和力矩的作用;e.多片彈簧片間摩擦還起系統(tǒng)阻尼作用;f.在車架或車身上兩點支承,受力合理;g.可實現(xiàn)變剛度特性;h.相比螺旋彈簧和扭桿彈簧而言,單位質量的儲能量較小,在同樣的使用條件下鋼板彈簧要重一些。二、鋼板彈簧的種類、材料熱處理及彈簧表面強化1.目前,汽車上使用的鋼板彈簧常見的有以下幾種:1)普通多片鋼板彈簧;2)少片變截面鋼板彈簧;3)兩級變剛度復式鋼板彈簧;4)漸變剛度鋼板彈簧2.鋼板彈簧材料
2、的一般要求鋼板彈簧與其它彈性元件一樣,彈簧使用壽命與材料及制造工藝有很大關系,因此選用彈簧材料時應考慮以下幾個方面因素1)彈性極限彈簧在彈性極限范圍內變形時,希望彈簧儲存的彈性變形能要大,而彈簧在單位中單位體積內儲存的彈性變形能是與材料的彈性極限平方成正比,而與彈性模量與反比,因此從提高材料貯存的彈性變形能角度看,希望提高材料的彈性極限。一般說材料抗拉強度高,彈性極限也高。彈性極限與材料的化學成分和金相組織有較大關系,在彈簧鋼中如果提高碳、硅、錳元素含量,可以提高材料彈性極限。彈簧采用中溫回火處理,能夠得到具有較高彈性極限的回火屈氏體組織。2)彈性模量彈性模量有兩種
3、,即拉伸彈性模量E和剪切彈性模量G。材料彈性模量愈小,材料變形和貯存的彈性變形能愈大。從這個角度看,國外采用了彈性模量較低的增強樹脂材料彈簧(FRP彈簧)。3)疲勞強度由于彈簧多在交變載荷下工作,所以要求材料應有較高的疲勞極限,疲勞強度與材料抗拉強度b和屈服強度σ成正比,因此為了提高彈簧的疲勞強度,應設法提高材料的抗拉強度σ和sb屈服強度與抗拉強度之比(σσ)。sb14)淬透性對于斷面較厚的或變截面鋼板彈簧,希望用淬透性較好的材料。材料如不能淬透,淬火組織中將含有較多的非馬氏體組織,使淬火后硬度降低。雖然可以通過降低回火溫度來達到所需要的硬度,但其機械性能較差。為保
4、證材料在整個截面內具有相同的機械性能,要求淬火時不僅表面而且心部也能淬透,且淬火后表面硬度和心部硬度相差不能太大。綜上所述,汽車鋼板彈簧材料應具有較高的抗拉強度、屈服極限、疲勞強度及一定沖擊韌性。此外要求材料具有良好的淬透性,熱處理不易脫碳等性能。3.鋼板彈簧材料目前國內使用最多的彈簧鋼板材料是鋼Si?Mn,如60SiMn和60SiMnA該鋼種相當于美國22SAE9260,日本的SUP7材料。60SiMnA彈簧鋼含碳量在0.5%~0.7%左右,由于材料中含有硅、錳2元素,經(jīng)調質處理后明顯提高了鋼的彈性極限、屈強化及疲勞強度。由于該種材料價格便宜,因此60SiMnA彈
5、簧鋼在國內外得到廣泛應用。Si?Mn鋼存在的主要問題是由于鋼中硅的含量較高,增加了2材料表面脫碳傾向,并容易形成較多硅酸鹽夾雜物,影響彈簧使用壽命。60SiMn、60SiMnA彈簧鋼22適用于和生產(chǎn)厚度在12mm以下的鋼板彈簧。為了提高彈簧鋼材性能,新推出的55SiMnVB彈簧鋼。由于該材料中減少了硅元素含量和加入了微量硼和少量鋼元素,改善了鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性,并起到細化晶料作用,從而提高了材料強度和韌性。鋼表面質量、淬透性能和脫碳敏感性均明顯好于60SiMn彈簧鋼,可適合生產(chǎn)厚度20mm以下的鋼板彈2簧。55SiMnVB鋼因含硼元素,對鋼材冶煉工藝要求較嚴。另
6、外由于這種材料含合金元素比60SiMn多,2所以材料價格較高。除了Si?Mn鋼之外,使用較多的還有鋼Cr?Mn?B,如55CrMnA鋼(相當于美SAE5160,日本的SUP9A)和60CrMnBA鋼(相當于美SAE51B60H,日本的CUP11A)。這種彈簧鋼不易脫碳,表面質量及淬透性能比較好,和彈簧鋼相比,有較好的斷裂韌度和缺口抗拉強度,這種彈簧鋼特別是60CrMnBA鋼適合于大噸位汽車和變截面少片彈簧使用。由于Cr?Mn?B鋼含有多種合金元素,鋼材價格較貴。表2各種彈簧鋼材化學成分化學成分(%)鋼種牌號CSiMnCrMoNiVBSP0.56-1.5-0.6-≤≤
7、≤Si-Mn60Si2Mn0.642.00.90.350.0350.03560Si2Mn0.56-1.5-1.0-≤≤≤A0.642.01.30.350.0350.035255SiMnV0.52-0.171.0-≤0.08-00.0005-0≤≤B0.6-1.01.30.35.16.00350.0350.0350.1760CrMnB0.56-0.7-0.7-0.0005-0-0.3≤0.03≤0.03A0.641.01.0.0040Cr-Mn-7B0.170.56-0.7-0.7-60CrMnA-0.3≤0.03≤0.030.641.01.070.17CrNiM