汽車鋼板彈簧產品技術發展趨勢研究

羅志龍

（東風汽車懸架彈簧有限公司 研發中心，十堰 442046）

鋼板彈簧在汽車上的應用非常廣泛，2007年我國消耗彈簧扁鋼在120萬噸左右，呈現逐年上升的趨勢。從國內外商用車發展的現狀來看，由于產品技術水平不一樣，鋼板彈簧的應用狀況也不一樣。歐美發達國家空氣懸架應用比例非常大，鋼板彈簧在重型商用車（包括客車）上應用所占比例很小，在中輕型商用車上應用仍然比較廣泛。國內鋼板彈簧產品的應用就更為廣泛，除少部分大中型客車使用了空氣懸架產品外，絕大部分的商用車仍然使用的是鋼板彈簧產品。以當前的技術水平和消費能力來預測，鋼板彈簧產品在很長的一段時間內仍然是商用汽車的主流配置，需求量不僅不會減少，而且還會隨著商用車需求量的增加而增加。當然，鋼板彈簧占據國內商用車主流配置的同時，其技術水平卻在悄然提升，我們可以通過歐洲商用車應用鋼板彈簧產品技術狀況和國內商用車應用鋼板彈簧產品的一些新變化，來研究鋼板彈簧產品技術發展的趨勢。

1 歐洲商用車鋼板彈簧產品與國內產品技術對比分析

國內板簧企業這些年對外技術交流比較多，根據對歐洲商用車使用的16種典型的鋼板彈簧產品進行產品設計性能指標的統計，并且與國內產品的現狀進行對比分析，我們可以得出汽車鋼板彈簧產品的技術發展趨勢。

1.1 平順性

如圖1所示，歐洲商用車板簧平順性指標——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。而目前國內基本現狀：公交車偏頻 108～120 （1.8～2 Hz）， 旅游車偏頻 96～112（1.6～1.85 Hz），載貨車除了引進技術的車型，偏頻指標不同廠家差別較大，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水平高的客觀要求，同時道路條件好、使用規范也讓板簧有了一個良好的使用環境。

1.2 工作應力

如圖2所示，低于600 MPa工作應力的品種只占25%的比例，60%以上的板簧產品工作應力超過700 MPa。就目前國內板簧產品的應力狀況，前懸架板簧工作應力一般控制在450 MPa以內，后懸架板簧工作應力一般控制在550 MPa以內。工作應力高意味著節省更多的材料，產品輕量化效果顯著。比如某個品種的平衡懸架，承載能力為142 kN，板簧設計成多片簧其工作應力為435 MPa時，產品重量為188 kg，設計成少片簧其工作應力為744 MPa時，產品重量為 114.5 kg，單個產品重量減少73.5 kg，減重比例達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量產生的高頻振動，進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，彈簧在振動的全過程中，片與片之間都不會有接觸，消除了片間的接觸磨損，可以有效地防止噪音的產生和消除接觸疲勞源，這樣彈簧的性能和可靠性可以進一步提升。

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

1.4 特殊結構廣泛應用

傳統的鋼板彈簧產品，弧形加上卷包耳，構成了板簧的主體結構，制造相對簡單，不需要額外的模具投入和增加生產工序。如圖4所示，歐洲的商用車板簧廣泛地采用了一些特殊結構以替代傳統的一些安裝方式，如：采用壓筋包的結構來替代卡箍的使用，防止片間錯動，可以節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，提高產品的可靠性。

1.5 極限應力大幅提高

如圖5所示，歐洲商用車板簧工作的極限應力80%以上處于1 000 MPa以上，極限應力在900 MPa以內的只占6%的比例。極限應力的高低代表材料技術的水平，就目前國內絕大多數板簧生產企業技術現狀而言，突破900 MPa的極限應力仍是一個技術瓶頸，只有板簧行業的少數幾個企業有能力生產高極限應力的板簧產品。

極限應力的提高，可以提高板簧的工作應力，因此輕量化才得以實現。目前，由于國內高應力彈簧使用比例還很小，只有部分引進車型使用以及在部分客車龍頭企業在部分車型上試用，因此導致材料的價格相對較高，限制了高應力板簧的推廣使用。同時，高應力彈簧的制造工藝有別于傳統板簧產品，目前國內只有少數板簧企業掌握了高應力彈簧的制造工藝。

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小時數，大多在300小時以上，有的達到500小時以上，遠比國內的技術要求高，國內板簧廠的噴涂線很難達到這個要求。國內板簧絕大部分生產線在大批量生產條件下達到120小時就已經很不錯了。

2 鋼板彈簧產品的技術發展趨勢

根據對歐洲商用車鋼板彈簧產品的技術指標統計和對比分析，我們可以從中歸納出鋼板彈簧的技術發展趨勢有以下幾個方面。

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，板簧懸架能夠達到與空氣懸架相當的性能水平。由于板簧懸架結構簡單，可以在提高整車性能的同時也保留板簧車型的低成本特點，高性能也能夠有利于提高板簧產業的生命周期，使之不容易被替代產品完全替代掉。

2）高應力。高應力表現在兩個方面：一方面材料的性能提高，使之可承受的極限應力提高；另一方面由于極限應力提高之后，設計板簧懸架時就可以提高板簧的工作應力。

3）輕量化。由于彈簧處于較高的應力下工作，與傳統多片板簧相比，可以顯著地節省材料的消耗，降低自重可達30%～40%的水平，對同一個可以互相替代的普通板簧和高應力板簧產品，其成本基本相等。產品輕量化之后，整車的裝貨量可以增加，用戶得到明顯的實惠，經濟效益明顯；同時能夠大量地節省鋼板的消耗，社會效益也十分明顯。

4）結構異型化。采用一些特殊結構，主要目的還是想提高板簧產品的性能和可靠性，其代價是需要付出額外的制造成本。

3 我國鋼板彈簧產品技術發展現狀

國內鋼板彈簧企業早在2005年就開始了高強度彈簧鋼的應用研究，當時有研發實力的企業，對高強度彈簧鋼的材料的成分、工藝特性、力學特性等進行了廣泛而深入地研究。根據實驗結果制定的高強度彈簧鋼的技術條件，鋼廠根據高強度彈簧鋼的技術要求，對生產工藝做了必要的改進，生產出了能夠滿足使用要求的高強度彈簧鋼。板簧企業通過大量的產品工藝試驗后，已經掌握了高強度彈簧鋼的技術特點，并能夠利用高強度彈簧鋼的技術優勢設計開發輕量化的鋼板彈簧產品。目前，采用高強度彈簧鋼生產的高應力板簧，不僅產品性能大大提高了，臺架試驗（執行標準GB/T19844）次數一般都在20萬次以上，是行業標準要求次數的2.5倍以上，臺架試驗和道路試驗表明，產品的可靠性也大大地提高了。國內板簧企業參與了多個歐洲引進車型的國產化項目，加上在客車行業推廣應用高應力板簧技術，現在國內板簧企業已經具備自主開發高應力輕量化鋼板彈簧的能力，并且具備了批量的制造能力，能夠滿足我國汽車技術發展的需要。

［1］ 劉惟信.汽車設計［M］.北京： 清華大學出版社，2001.