板弹簧疲劳断裂原因的分析与改进措施

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1、BL客车后钢板弹簧疲劳断裂原因的分析与改进措施山洪森（机电系，北京100044）摘要:本文通过对BL客车后钢板弹簧断裂断门形状、设计应力、原材料及理化性能等力*面的分析，找出造成钢板弹簧疲劳断裂的原因，提出了改进的措施，使该钢板弹簧的疲劳寿命达到日木五十铃公司秘准的耍求。关键词:钢板弹簧;疲劳断裂;原因分析;改进措施1问题的提出BL容车是对日木五十铃公司BE22荠车技术引进、吸收、消化后的一种轻型荠车，该荠车后悬挂弹性元件是一变刚度钢板弹簧，该种钢板弹簧的优点是在客车空载、满载状态下呈非线性状态，即悬挂在客车空载、满载状态下接近等频性，从而可以提高客车

2、的平顺性，乘客乘坐舒适性，本文通过分析BL客车后钢板弹簧在设计、试制、试验过程屮出现非正常疲劳断裂原因分析，提出了改进措施，使其达到了H本五十铃公司BE22客车后钢板弹簧疲劳寿命的标准要求。2BL客车后钢板弹簧的结构BL客车后钢板弹簧为一多片半椭圆形且由主、副簧组成的变刚度钢板弹簧，总片数力12片，其中主簧9片，副簧3片，主片片厚为10mm，其余片厚为9mm,采用的弹簧钢为60Si2Mn，其中3〜9片端部压延，使钢板弹簧接近等应力梁。3BL后钢板弹簧疲劳试验情况3.1试验标准:按五十铃公司提供的BE22容乍后钢板弹簧疲劳寿命试验鉍准执行即：1）按实车状

3、态夹紧;2)变形中心:Fa=58.5mm,Fmax=137mm(2.5G),Fmin=20mm;3）振动频率:60-120cpm;4）从产品屮随机抽取三架钢板弹簧；5）疲劳寿命:疲劳循环次数3多20万次。3.2试验设备:钢板弹簧疲劳试验机。3.3疲劳寿命试验结果如下：.••鳴祕V*■■納..一04对钢板弹簧疲劳断裂原因分析根据以上试验结果可以看出，疲劳断裂的簧片均在第7片.ft同在钢板弹簧的大卷耳端，且位界距钢板弹簧中心螺栓距离也盖别不大（138、142、150）,说明该钢板弹簧在此处存在规律性疲劳断裂源，而非偶然原因造成的，下面根据疲劳断裂试验结果及

4、设计、生产过程对钢板弹簧疲劳断裂的原因进行分析。4.1造成钢板弹簧疲劳断裂的直接原因根据钢板弹簧疲劳断U的断面形状进行宏观分析，发现断U的断面呈河流状，没宥一般的疲劳断U所具冇的疲劳源一扩展区一瞬断区三部分，说明在疲劳试验过程中微裂纹成核期相对较长，但当微裂纹聚合成较大裂纹后在此处形成应力犯中，使此处的应力超过了材料的屈服极限后，裂纹即快速扩展并在很短吋间内使簧片断裂。根裾金属材料的断裂力学理论’以判定:造成此利1钢板弹簧疲劳断裂的直接原因是簧片在断门处受到了较人应力或材料的极限应力值达不到要求所致。4.2造成钢板弹簧疲劳断裂的具体原因1）簧片在断门的

5、设计应力分析钢板弹黄第1、7片应力分布如F:（注:摘自《BL后钢板弹黄设计计算书》）1二1o1-59.202=491703M004=3005二2006二1107=1171=701=3702=41o3=44o4=47o5=1706=2注：1一片序o—应力kg/mm2各应力点为平均间隔（100mm）o从以上簧片应力分布可以看出，在最人变形吋断口处的应力值也相对较小，并从理论上讲该处也不可能产生Ai大应力，因此该钢板弹簧设计是合理的，不存在断u处设计应力过大的问题。2）簧片在断门处足否冇附加应力产生除设计应力外,如果因某种原因冇附加应力产生，使总应力加大也可

6、能造成钢板弹簧片断裂，通过对断裂簧片断口处观察，发现此处在压延吋造成了轻微急弯，使该片端部同上一片形成点接触，对这一点从试验后两片间的摩擦痕迹也证明丫此点（如阁）0断口处由图屮可以看出，当钢板弹簧承受载荷时，在断U处除承受正常的应力分配外,还承受一个附加弯曲变形所产虫的应力，造成此处产虫的应力值过大，超过材料的如服极限，而使簧片在此处产虫疲劳断裂，经对第7片簧片生产工序检查，使第7片簧片端部压延造成急弯屌送料台稍高所至。3）对疲劳断裂的钢板弹簧原材料成份进行分析及金相组织进行理化分析a对钢板弹簧采用材料的成分检验结果如下：从材料成份分析的结果看，其各项

7、指标均符合要求。b对钢板弹贤理化分析结果如下:由对钢板弹簧材料的理化结果可知:硬度及脱碳层均符合钢板弹簧t小准QCn2903591的耍求，金相组织亦符合JB3728-84《汽车钢板弹簧金相检验标准》屮的耍求1〜5级屮属4级，产品的热处理不存在问题但金相组织级别偏低、5结论通过以上分析可得出引起钢板弹簧疲劳断裂的原因主要冇以下两条：1）钢板弹簧第7片在压延端部出现轻微急弯，使黄片在该处有附加应力产生，从而使该处的总应力超过其材料的极限应力造成钢板弹簧早期断裂。2）钢板弹簧金相组织为回火屈氏体+少量贝氏体，虽然符合JB3782—84中合格品的要求，但要满足

8、钢板弹簧疲劳寿命大于20万次仍属偏低。6改进措施1）凋整料台髙度，使符合第7片端部压延技术耍求