钢板弹簧异响的分析

潘青龙

摘要：钢板弹簧是汽车悬架系统中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片宽度相等或不等，厚度相等或不等的钢片组成的一根近似等强度的弹性梁，本文简要地介绍了钢板弹簧异响的几类典型的故障形式，详细分析了异响故障的特征及解决措施。

关键词：少片簧;变截面板簧;降噪片

中图分类号：U463

文献标识码：A

钢板弹簧总成由钢板弹簧钢片、中心螺栓、U型螺栓、卡箍、降噪片、衬套、销轴、尼龙垫圈、吊环总成、限位螺栓及安装座等零部件组成（图1）。具有结构简单、工作可靠、成本低廉、维修方便等优点，既是悬架的弹性元件，又是悬架的导向装置，集独立悬架中纵向和横向拉杆的功能于一身，其一端与车架铰接，可传递各方向的力和力矩，并决定车轮的跳动轨迹，本身也具有一定的摩擦减振作用，广泛应用于商用及部分乘用车型的非独立悬架上[1]。

多片簧是由多片不等长、等宽等厚的钢片叠加组成，主要用在卡车等低速大承载商用车辆及其他工程机械;少片簧是由1～4片等长、等宽、变截面（两端薄中间厚）的钢片叠加组成，具有质量轻、寿命长、平顺性和稳定性好、运动噪声小及长期使用变形小等优点;部分采用少片簧的商用车车型在使用时频繁出现钢板弹簧异响问题，严重影响整车的驾乘体验，经过多次改进，目前已经对板簧异响问题有较好的分析和解决方案。

1 板簧异响原因

1.1 降噪片磨损严重

降噪片装在钢板弹簧两端之间的缝隙中，避免钢板弹簧直接接触相互摩擦，缓和载荷对钢板弹簧的冲击从而减小钢板弹簧的磨损，消除因摩擦和振动产生的噪声。当降噪片长时间磨损变薄之后钢板弹簧之间会剧烈摩擦产生噪声，在颠簸路面尤其明显，更有甚者会导致卷耳处钢片发生断裂。

1.2 降噪片选型不对

降噪片由高分子聚乙烯、ABS工程塑料、橡胶、尼龙及聚氨酯等材质构成。根据实际轴荷匹配不同材质不同尺寸的降噪片，材质过软容易造成降噪片被挤压变形乃至破损，材质过硬则导致不耐磨，外形尺寸不合理会使用寿命较短等问题。

1.3 钢板弹簧扭曲变形

钢板弹簧一般选用55Si2Mn、60CrMn、60CrMnB、65Mn、60Si2MnA等钢材冷轧成型的扁平长方形的钢板经过淬火、回火等表面硬化处理后，以数片叠加在一起组成。但在经过繁杂的加工工序过程中，钢板弹簧本身无法避免的会产生一定的形变和尺寸偏差。钢板弹簧之间缝隙、左右间距不一致、簧片错位，导致钢板弹簧与卡箍干涉磨损、降噪片受力不均异常磨损、钢板弹簧安装座尼龙垫圈出现异常磨损等故障，都会直接或间接导致钢板弹簧异响。

1.4 钢板弹簧安装座及吊环设计配合及装配不合理

钢板弹簧一端通过销轴与安装座连接，另一端通过销轴连接钢板弹簧吊环，吊环上端再通过销轴铰接在钢板弹簧安装座上，可传遞车辆行驶时横向、纵向及其他各方向的力和力矩，并决定车轮的跳动轨迹，是主要的运动及旋转部件。一旦在设计配合装配过程中存在问题很容易导致配合及接触面处发生故障及异响（图2）。

（1）安装零部件尺寸未标注形位公差，安装孔位同心度与垂直度不足，导致钢板弹簧安装难以达到设计状态，受力状态异常，导致异响。

（2）配合尺寸公差不合理、配合间隙偏大，车辆行驶过程中，零部件之间易产生相对运动导致异响。

（3）零部件配合面粗糙度设计不合理，导致结合面产生异常磨损、裂纹进而产生异响。

（4）设计紧固力矩不合理，紧固力矩过大导致螺栓产生塑性形变或者结合面压紧力过大产生撕裂等结构破坏，紧固力矩过小导致螺栓容易发生松动，或者结合面压紧力不足，松旷进而导致异响。

1.5 装配不良

装配不良就是没有严格按规定的技术要求组装，导致总成各项功能无法实现，故障频发和过早失效。装配的工作量占整体产品制造工作量的30%～40%，直接影响产品工艺、质量和生产效率，所以提高装配工作的效率和质量，对缩短产品制造周期、降低生产及售后成本等，都具有重要的意义。除以上因素，产生钢板弹簧异响的原因还与车辆使用环境、维修保养情况、驾驶习惯等因素有关。

2 板簧异响解决措施

2.1 优化降噪片材料和结构

针对钢板弹簧降噪片磨损过快、强度不足导致形变破损等问题，目前开发了一种新结构降噪片，材料更换为8mm厚的橡胶垫片：尺寸比原降噪片大，为110mm×58mm（原降噪片为40mm×58mm），底部加以金属材质基板用来增加结构强度提高抗冲击性能。

截止目前安装新降噪片的车型试验结果相比过去都有很大改善，降噪片验证折合里程均超过20万km，均未出现明显异响等问题，远超最初的3万～6万km的设计使用寿命。

2.2 钢板弹簧安装零部件尺寸公差优化

针对零部件形位公差设计不合理、配合尺寸公差不合理及设计紧固力矩不合理等问题，解决方法如下。

（1）优化钢板弹簧安装零部件技术要求图纸中的形位公差精度，确保安装孔位同心度与垂直度等要求。

（2）优化零部件技术要求图纸中具体的基轴制和基孔制配合公差，确保不会出现配合不合理导致的间隙过大和过小的情况出现。

（3）优化零部件技术要求图纸中关于接触面表面粗糙度的数值，确保结合面不会出现因不合理导致的过早磨损的问题。

（4）优化零部件紧固力矩，避免出现因紧固力矩不合理导致的压紧面撕裂，螺栓塑性变形以及松动的情况出现。

2.3 加强生产品控管理

钢板弹簧总成由很多零部件组装而成，一旦出现由于个别原材料的来料不良和组装时的装配不良导致的不良品流至客户手中，将会大大提高售后的压力和成本，并造成难以挽回的负面影响，所以应严格要求生产品控的良品率和下线检测。

加强SQE供货商管理工程师对供货商的管理、审核、跟踪和开发，保证供应商所供原材料的质量，以及质量缺陷引发的问题及时反馈、改善、实施等。加强IQC进货检验，用科学可靠的抽检方法和验收制度，确保外购物料合格。加强IPQC产品从物料投入到产品最终包装过程的品质控制，对各工序的产品质量进行抽检、对各工序的操作人员的作业方式和方法进行检查、对控制计划中的内容进行点检。

除此之外也应加大对相应岗位的诸如作业指导书等体系流程文件的制定和管控等措施，从管理方面提升整体产品品质。

2.4 按照设计要求使用、维修和保养

正确使用车辆，严禁超载并避免激烈驾驶，定期检查各个零部件及总成的状态，按时对钢板弹簧总成及其他总成维护和保养，确保其能保持良好的状态持续为我们服务。严格按照《维修手册》规定，及时维修或更换失效零部件。在自然环境比较恶劣的地区使用时应提高车辆及相关总成维修保养的频次和程度。

2.5 试验及验证

整车上所有的零部件在设计出来后几乎都要经历从零部件级试验，系统总成级台架试验到最终整车级道路可靠性试验和性能试验这一系列的验证过程。相应的通过制定正确的试验方法，合理的通过这些零部件试验、台架试验、整车等试验，也能够充分暴露出零部件的各种不足和缺陷，然后再通过试验得出相应的数据及结论反馈到设计方面，有针对性的进行优化和改进，再进行验证和再改进，实现从设计到验证一个完整的闭环，最终使产品的可靠性等各方面性能达到最优化。与此同时相应的试验方法和标准也需持续的优化和改进，以达到与时俱进和充分的验证目的。

3 结束语

综上所述，造成钢板弹簧异响的因素非常多，涉及各个方面，完全解决钢板弹簧异响的问题也非易事，但我们可以从设计、制造、装配和验证等方面进行优化改进，从使用、维护、保养等方面进行有效预防，从各方面综合考虑，用科学的方法和严谨态度去分析和解决，对症下药，终究可以很好的解决钢板弹簧异响的问题。

【参考文献】

[1]王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004.