汽車鋼板彈簧產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究

羅志龍

（東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司 研發(fā)中心，十堰 442046）

鋼板彈簧在汽車上的應(yīng)用非常廣泛，2007年我國(guó)消耗彈簧扁鋼在120萬噸左右，呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。從國(guó)內(nèi)外商用車發(fā)展的現(xiàn)狀來看，由于產(chǎn)品技術(shù)水平不一樣，鋼板彈簧的應(yīng)用狀況也不一樣。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家空氣懸架應(yīng)用比例非常大，鋼板彈簧在重型商用車（包括客車）上應(yīng)用所占比例很小，在中輕型商用車上應(yīng)用仍然比較廣泛。國(guó)內(nèi)鋼板彈簧產(chǎn)品的應(yīng)用就更為廣泛，除少部分大中型客車使用了空氣懸架產(chǎn)品外，絕大部分的商用車仍然使用的是鋼板彈簧產(chǎn)品。以當(dāng)前的技術(shù)水平和消費(fèi)能力來預(yù)測(cè)，鋼板彈簧產(chǎn)品在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍然是商用汽車的主流配置，需求量不僅不會(huì)減少，而且還會(huì)隨著商用車需求量的增加而增加。當(dāng)然，鋼板彈簧占據(jù)國(guó)內(nèi)商用車主流配置的同時(shí)，其技術(shù)水平卻在悄然提升，我們可以通過歐洲商用車應(yīng)用鋼板彈簧產(chǎn)品技術(shù)狀況和國(guó)內(nèi)商用車應(yīng)用鋼板彈簧產(chǎn)品的一些新變化，來研究鋼板彈簧產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

1 歐洲商用車鋼板彈簧產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)對(duì)比分析

國(guó)內(nèi)板簧企業(yè)這些年對(duì)外技術(shù)交流比較多，根據(jù)對(duì)歐洲商用車使用的16種典型的鋼板彈簧產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，并且與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比分析，我們可以得出汽車鋼板彈簧產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 平順性

如圖1所示，歐洲商用車板簧平順性指標(biāo)——偏頻降低至 72～90 次/分（1.2～1.5 Hz），基本上與空氣懸架的偏頻指標(biāo)一致，表明鋼板彈簧懸架也可以做到與空氣懸架一樣地舒適。而目前國(guó)內(nèi)基本現(xiàn)狀：公交車偏頻 108～120 （1.8～2 Hz）， 旅游車偏頻 96～112（1.6～1.85 Hz），載貨車除了引進(jìn)技術(shù)的車型，偏頻指標(biāo)不同廠家差別較大，但偏頻值都在1.6 Hz以上。

板簧平順性好主要是由于歐洲商用車技術(shù)水平高的客觀要求，同時(shí)道路條件好、使用規(guī)范也讓板簧有了一個(gè)良好的使用環(huán)境。

1.2 工作應(yīng)力

如圖2所示，低于600 MPa工作應(yīng)力的品種只占25%的比例，60%以上的板簧產(chǎn)品工作應(yīng)力超過700 MPa。就目前國(guó)內(nèi)板簧產(chǎn)品的應(yīng)力狀況，前懸架板簧工作應(yīng)力一般控制在450 MPa以內(nèi)，后懸架板簧工作應(yīng)力一般控制在550 MPa以內(nèi)。工作應(yīng)力高意味著節(jié)省更多的材料，產(chǎn)品輕量化效果顯著。比如某個(gè)品種的平衡懸架，承載能力為142 kN，板簧設(shè)計(jì)成多片簧其工作應(yīng)力為435 MPa時(shí)，產(chǎn)品重量為188 kg，設(shè)計(jì)成少片簧其工作應(yīng)力為744 MPa時(shí)，產(chǎn)品重量為 114.5 kg，單個(gè)產(chǎn)品重量減少73.5 kg，減重比例達(dá)39%，可以有效地降低整車的自重。

1.3 橡膠襯套及降噪片的廣泛使用

橡膠襯套可以有效地吸收由非簧載質(zhì)量產(chǎn)生的高頻振動(dòng)，進(jìn)一步提高整車的平順性，由橡膠材料做成的降噪片也能起到橡膠襯套一樣的功能。另外板簧片間使用降噪片后，可以增加簧片的間隙，彈簧在振動(dòng)的全過程中，片與片之間都不會(huì)有接觸，消除了片間的接觸磨損，可以有效地防止噪音的產(chǎn)生和消除接觸疲勞源，這樣彈簧的性能和可靠性可以進(jìn)一步提升。

目前國(guó)內(nèi)的鋼板彈簧除了一些輕型商用車使用了一些橡膠襯套外，大部分的板簧產(chǎn)品都還在采用金屬襯套或塑料襯套，技術(shù)含量相對(duì)較低，但成本低廉。

1.4 特殊結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用

傳統(tǒng)的鋼板彈簧產(chǎn)品，弧形加上卷包耳，構(gòu)成了板簧的主體結(jié)構(gòu)，制造相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要額外的模具投入和增加生產(chǎn)工序。如圖4所示，歐洲的商用車板簧廣泛地采用了一些特殊結(jié)構(gòu)以替代傳統(tǒng)的一些安裝方式，如：采用壓筋包的結(jié)構(gòu)來替代卡箍的使用，防止片間錯(cuò)動(dòng)，可以節(jié)省板簧所需要的安裝空間，在一些非常緊湊的重型車上好處非常明顯；利用壓彎來取消降噪片，同樣可以得到較大的片間間隙，防止片間的接觸磨損，提高產(chǎn)品的可靠性。

1.5 極限應(yīng)力大幅提高

如圖5所示，歐洲商用車板簧工作的極限應(yīng)力80%以上處于1 000 MPa以上，極限應(yīng)力在900 MPa以內(nèi)的只占6%的比例。極限應(yīng)力的高低代表材料技術(shù)的水平，就目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)板簧生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀而言，突破900 MPa的極限應(yīng)力仍是一個(gè)技術(shù)瓶頸，只有板簧行業(yè)的少數(shù)幾個(gè)企業(yè)有能力生產(chǎn)高極限應(yīng)力的板簧產(chǎn)品。

極限應(yīng)力的提高，可以提高板簧的工作應(yīng)力，因此輕量化才得以實(shí)現(xiàn)。目前，由于國(guó)內(nèi)高應(yīng)力彈簧使用比例還很小，只有部分引進(jìn)車型使用以及在部分客車龍頭企業(yè)在部分車型上試用，因此導(dǎo)致材料的價(jià)格相對(duì)較高，限制了高應(yīng)力板簧的推廣使用。同時(shí)，高應(yīng)力彈簧的制造工藝有別于傳統(tǒng)板簧產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)板簧企業(yè)掌握了高應(yīng)力彈簧的制造工藝。

1.6 表面噴涂要求高

從歐洲商用車板簧要求的耐鹽霧試驗(yàn)小時(shí)數(shù)，大多在300小時(shí)以上，有的達(dá)到500小時(shí)以上，遠(yuǎn)比國(guó)內(nèi)的技術(shù)要求高，國(guó)內(nèi)板簧廠的噴涂線很難達(dá)到這個(gè)要求。國(guó)內(nèi)板簧絕大部分生產(chǎn)線在大批量生產(chǎn)條件下達(dá)到120小時(shí)就已經(jīng)很不錯(cuò)了。

2 鋼板彈簧產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)對(duì)歐洲商用車鋼板彈簧產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析，我們可以從中歸納出鋼板彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。

1）高性能。彈簧的偏頻值大大降低后（加上一些橡膠元件的使用），整車的平順性就大大地提高了，板簧懸架能夠達(dá)到與空氣懸架相當(dāng)?shù)男阅芩健Ｓ捎诎寤蓱壹芙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在提高整車性能的同時(shí)也保留板簧車型的低成本特點(diǎn)，高性能也能夠有利于提高板簧產(chǎn)業(yè)的生命周期，使之不容易被替代產(chǎn)品完全替代掉。

2）高應(yīng)力。高應(yīng)力表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面材料的性能提高，使之可承受的極限應(yīng)力提高；另一方面由于極限應(yīng)力提高之后，設(shè)計(jì)板簧懸架時(shí)就可以提高板簧的工作應(yīng)力。

3）輕量化。由于彈簧處于較高的應(yīng)力下工作，與傳統(tǒng)多片板簧相比，可以顯著地節(jié)省材料的消耗，降低自重可達(dá)30%～40%的水平，對(duì)同一個(gè)可以互相替代的普通板簧和高應(yīng)力板簧產(chǎn)品，其成本基本相等。產(chǎn)品輕量化之后，整車的裝貨量可以增加，用戶得到明顯的實(shí)惠，經(jīng)濟(jì)效益明顯；同時(shí)能夠大量地節(jié)省鋼板的消耗，社會(huì)效益也十分明顯。

4）結(jié)構(gòu)異型化。采用一些特殊結(jié)構(gòu)，主要目的還是想提高板簧產(chǎn)品的性能和可靠性，其代價(jià)是需要付出額外的制造成本。

3 我國(guó)鋼板彈簧產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)鋼板彈簧企業(yè)早在2005年就開始了高強(qiáng)度彈簧鋼的應(yīng)用研究，當(dāng)時(shí)有研發(fā)實(shí)力的企業(yè)，對(duì)高強(qiáng)度彈簧鋼的材料的成分、工藝特性、力學(xué)特性等進(jìn)行了廣泛而深入地研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果制定的高強(qiáng)度彈簧鋼的技術(shù)條件，鋼廠根據(jù)高強(qiáng)度彈簧鋼的技術(shù)要求，對(duì)生產(chǎn)工藝做了必要的改進(jìn)，生產(chǎn)出了能夠滿足使用要求的高強(qiáng)度彈簧鋼。板簧企業(yè)通過大量的產(chǎn)品工藝試驗(yàn)后，已經(jīng)掌握了高強(qiáng)度彈簧鋼的技術(shù)特點(diǎn)，并能夠利用高強(qiáng)度彈簧鋼的技術(shù)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)開發(fā)輕量化的鋼板彈簧產(chǎn)品。目前，采用高強(qiáng)度彈簧鋼生產(chǎn)的高應(yīng)力板簧，不僅產(chǎn)品性能大大提高了，臺(tái)架試驗(yàn)（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T19844）次數(shù)一般都在20萬次以上，是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求次數(shù)的2.5倍以上，臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)表明，產(chǎn)品的可靠性也大大地提高了。國(guó)內(nèi)板簧企業(yè)參與了多個(gè)歐洲引進(jìn)車型的國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，加上在客車行業(yè)推廣應(yīng)用高應(yīng)力板簧技術(shù)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)板簧企業(yè)已經(jīng)具備自主開發(fā)高應(yīng)力輕量化鋼板彈簧的能力，并且具備了批量的制造能力，能夠滿足我國(guó)汽車技術(shù)發(fā)展的需要。

［1］ 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)［M］.北京： 清華大學(xué)出版社，2001.