钢板弹簧专业知识
一、悬架的概念、功能及其组成：
悬架是现代汽车的主要总成之一。它把车架（或车身）之间与车轴（或车轮）弹性地连接起来。
其主要任务是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷，衰减由冲击载荷引起的承载系统的振动，以保证汽车的正常行驶。即必须有缓冲、减振、导向三个作用。
悬架通常由弹性元件（各种弹簧）、导向机构（各种臂及各种梁）、减振装置（各种减振器）组成。
二、悬架的分类：
1、非独立悬架：
该种悬架的左右车轮用一根刚性轴连接起来，并通过悬架将车轴与车身相连。这种悬架的优点是结构简单、性能可靠、制造容易、成本低、保养维修方便、车轮定位参数变化小、轮胎磨损小等。缺点是非悬载部份重量大，弹簧难于设计得较软。以钢板弹簧形式最为多见。
2、独立悬架：
该种悬架的左右车轮不连在一根刚性轴上，而是单独通过悬架与车身相连。优点是非悬载部份重量小、平顺性好，稳定性好，通过性好。缺点是结构复杂、成本高，维修保养不便。
3、平衡悬架：
该种悬架是借助于油（或气）及杆件（或梁）将左右车轮及前后轮连通，以求达到力的平衡。优点是减小在不平路面上相邻两轴上的垂直负荷，使车轮有较好的接地性，从而提高汽车的通过性。
三、钢板弹簧的优缺点
钢板弹簧一身可兼职缓冲、减振、导向三个作用。结构简单、使用可靠、工艺简单、造价低、维修方便。
由于钢板弹簧静挠度随载荷的的增加而增加，空载、满载静挠度变化很大，满载时平顺性较好，空载时平顺性就差。由于片与片之间相碰摩擦，工作时有躁音，客车上选用不多。
四、板簧刚度的概念及与刚度有关的参数
1、刚度：板簧产生单位变形所需要的负荷称为刚度。单位（kgf/mm ，N/mm 等）。也有人把刚度称为弹簧常数或称为弹性系数。是弹簧的重要技术性能。
2、与刚度有关的参数及讨论
板簧刚度一般公式 ：
C =  1*348L
EI    （1） 式中：E —弹性模量，对于钢铁来说是一常数，约为21000Kgf/mm 2。
δ—形状系数，对于单片簧，由端部和根部的惯性矩比值确定。
L —板簧作用长度。
I —板簧根部惯性矩。对于矩形扁钢的各片惯性矩 I i  = 12
3
bh ，b 是片宽，h 是片厚。 根据（1）式可以看出，刚度与片厚的三次方成正比；与作用长度的三次方成反比。 ①、有关作用长度L 的讨论：
一般来讲，汽车车型一定，板簧的作用长度就定了，也就是说，对于诸如CA3200这样一类无耳的板簧讲，L 固定的。对于有卷耳的板簧来讲，卷耳长度需要控制，否则将影响到刚度的大小。
还有两点需说明，一是从汽车的舒适性讲，如果底盘有足够的空间，作用长度越长越好；二是从承载角度讲，作用长度越短，承载能力越强。这两点是矛盾的，关键是具体看如何用。以半挂车为例，其作用长度多为970mm ；而其牵引机头主板簧多为1650mm ，再加一个付总成来增加刚度（即变刚度的形式）。
②、有关板簧厚度h 的讨论：
毫无疑问，增加板簧厚度会明显增加刚度。这意味着板簧“变硬”，承载能力增强。 综合上述的①、②，可以看出增加片厚是可以增加板簧的承载能力的。这就是为什么前期用户总是要加厚簧的原因。但是刚度增加，舒适性会很不好。
五、有关板簧设计中的满载概念及有关问题的讨论
图1是板簧半边的使用示意图
对于该图，有下列公式:
[σ]= ∑W
l P *  (1) 式中：[σ]—许用应力P —板簧承受负荷之半l —板簧作用长度之半
ΣW —板簧总抗弯系数之和，是各片板簧抗弯系数之和。
各片板簧抗弯系数W i =6
2
h b •，这里b 是片宽，h 是片厚。如果各片厚度、宽度均相等，则（1）式可以写成
[σ] = 6
***2h
b n l P  (2) n 是总片数。
对于汽车板簧设计，[σ] = 52kgf/mm 2时的负荷称为满载负荷。这是疲劳试验时的中间负荷值。
1、关于预压负荷和满载负荷的关系：
我厂的板簧在生产工艺过程的预压工序中，一般采用σ=110kgf/mm 2时的负荷作为预压负荷。即预压负荷是满载负荷的二倍多。如果使用过程中不超过这个负荷，板簧是不会很快断裂的。
以ZT4010为例，满载负荷为5440kgf ，预压负荷为11500kgf ，使用过程中如果不超过此负荷，是不会很快压断的。（特别提示，板簧在预压时，是不带U 型螺栓的）。
2、关于（2）式的讨论：
①在保持应力大小不变的情况下（l 也不能变）：欲增加负荷，最有效的手段是增加片厚；其次是增加片数和片宽。
②在[σ]、P 、l 、b 都不变的情况下：增加片厚可以达到减少片数的效果，这就是少片簧的原理。
五、有关疲劳强度的问题
1、疲劳：材料在交变应力的作用下，虽然所受应力远远小于材料的强度极限，但仍产生裂纹或完全断裂的现象，称为疲劳破坏，简称疲劳。
2、疲劳破坏的过程：疲劳破坏是由材料表面疲劳裂纹萌生；裂纹扩展；最后断裂这三个过程组成。
3、疲劳极限：工程上常常把材料经过107循还不断裂所对应的应力称为材料的疲劳极限或条件疲劳极限。在疲劳强度的论述过程中，把名义应力超过材料的疲劳极限定义为“超载”。当超载不大，材料达到疲劳破坏的循环数大时，称作高周疲劳，反之称作低周疲劳（工程上一般认为以105为分界）。
①钢材的疲劳极限与其抗拉强度之间有下述的近似关系：
σ-1弯≈(0.4～0.5)σb
σ
0弯≈1.7σ
-1弯
σ
-1拉-压≈（0.33～0.59）σ
b
σ
-1扭≈(0.23～0.29)σ
b
由上式可以看出以下两点：一是在循环应力的作用下，材料抵抗破坏的能力显著降低。二是不同的负荷形式，材料的疲劳极限是不一样的。
②影响疲劳极限的主要因素：
⑴材料形状和尺寸的影响：材料形状的变化处易造成应力集中，从而促使疲劳裂纹的形成。如轴的粗细变化处，孔的边缘处，都是易造成应力集中的地方。一般用有效应力集中系数描述应力集中的情况，该值越大，应力集中程度越高，对疲劳极限的影响越大。可以归纳为以理几点：
材料的σ
b
越高，尺寸影响越大；材料的尺寸增大时，其疲劳极限降低；应力分布不均匀性增大时，尺寸影响增大；尺寸增大时，有效应力集中系数也增大。
⑵表面加工情况的影响：
粗车使材料疲劳极限降低的情况是随材料的强度增加而增加；锻造表面使材料的疲劳极限降低得特别大；高速切削，使材料表层产生残余拉应力，故疲劳极限降低；辊压后，表层内产生残余压应力，故疲劳极限提高；
⑶工作应力波形的影响：应力波形如果不超过简单的最大正弦波幅度，疲劳极限略有增加。
4、工作应力与疲劳寿命
工作最大应力和应力幅的大小决定了疲劳寿命的高低。低振幅振动时，疲劳寿命高；高振幅振动时疲劳寿命低。美国机动车工程师协会标准（SAE HS J788A）经过大量的数据统计，得出了钢板弹簧经过预压但不喷丸的预期疲劳寿命曲线图。
曲线向我们展示了各种应力和应力幅下的疲劳寿命的预期，并指出按预期疲劳寿命10万次相当于对应16万公里的实际路考情况。同时我们还可以看到，在同一个期望寿命值上可以有多种应力幅的组合。
六、材料的失效问题
1、失效：产品失去使用功能或效果叫做失效。
2、钢板弹簧的失效：通常有两种形式，一是断裂（含短期断裂和疲劳断裂）；二是永久变形。
汽车弹簧
3、对于材料的失效所遵循的原则是：设计是主导，材料是基础，工艺是保证，使用是监护。
设计的主导思想是有指导作用的，因为它规定了材料的工作应力和安全系数（对弹簧来说，还要考虑到疲劳极限和疲劳寿命的影响）。
合理的选材是安全使用的基础，因为材料的本身在冶炼和轧制的过程中也始终有质量控制的要求。很难想象一个炼地条钢的企业可以和向首钢、宝钢这样的
企业在质量控制上是一样的，这是因为它们本身的基础就不一样。
恰当合理的工艺，才能保证能够达到设计要求，才能保证材料发挥最佳的性能。很难想象一个不懂材料知识的人，能够把工艺过程制定的很合理，能够把材料的真实水平发挥出来。
正确的使用和维护产品，能使产品有一个合理的使用周期，能够延长其使用寿命。在正确使用前提下提供的质量信息，对我们改进质量起到很好的监督作用。