基于CAD/CAE的汽车钢板弹簧力学性能分析--《海峡科学》2010年12期
基于CAD/CAE的汽车钢板弹簧力学性能分析
【摘要】：利用CAD/CAE技术,考虑了大变形、片间接触摩擦等非线性因素,建立了某客车钢板板簧的非线性有限元模型,对板簧满载负荷时的应力、变形进行了仿真分析,得出刚度和强度性能,为多片等截面钢板弹簧的精益设计提供了参考作用。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：U463.33【正文快照】：
引言钢板弹簧作为汽车悬架的弹性元件,因其结构简单、技术成熟,获得了广泛的应用,由于其结构的好坏对汽车的安全性、舒适性都有重要的影响,因此,在设计过程中对钢板弹簧的结构进行精确的计算对于保证汽车性能及汽车的轻量化都有重要的意义。很多工程师和学者去研究其计算方法
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1566弹簧钢
执行标准：ASTM A29/A29M-04
●特性及适用范围：
ASTM1566中的锰提高淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。ASTM1566用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。
●化学成份：
碳 C ：0.60～0.71
硅 Si：0.17～0.37
锰 Mn：0.85～1.15
硫 S ：≤0.050
磷 P ：≤0.040
铬 Cr：≤0.25
镍 Ni：≤0.25
铜 Cu：≤0.25
●力学性能：
抗拉强度 σb (MPa)：≥980(100)
屈服强度 σs (MPa)：≥784(80)
伸长率 δ10 (%)：≥8
断面收缩率 ψ (%)：≥30
硬度 ：热轧,≤302HB;冷拉+热处理,≤321HB
●热处理规范及金相组织：
热处理规范：淬火830℃±20℃,油冷; 回火540℃±50℃(特殊需要时,±30℃)。
金相组织：屈氏体。
●交货状态：热轧钢材以热处理或不热处理状态交货，冷拉钢材以热处理状态交货。
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&弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的，在载荷去除之后不出现永久变形。
　　弹簧钢应具有优良的综合性能，如(特别是弹性极限、、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和)、精确的外形和尺寸。
　　根据GB/T 13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性一，弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。按照我国习惯，弹簧钢属于，制作弹簧钢的时候技术要求比较高，技术的过硬直接决定品质的高低。
&用以u造弹簧或类似弹簧性能零件的钢类。具有高的弹性极限p疲劳极限(尤其是缺口疲劳极限)以及一定的n击韧性和塑性o主要在n击p震动等动载荷或长期L期性交变应力的条件下使用。所以在各种状态下工作的弹簧都要有良好的表面质量和较高的抗疲劳性能。在工艺性能上o需经淬火p回火的弹簧钢o应具有一定的淬透性o不易脱碳o过热敏感性低和塑性较高o在热状态下易於成形。u造小尺寸弹簧用的钢丝要有均匀的硬度和一定的塑性。
&&&&&&&& 类别 弹簧钢按生a方法o可分为热轧弹簧钢和冷拉(轧)弹簧钢。热轧弹簧钢包括u造螺旋弹簧p扭力杆用的圆钢或梯形钢和u造板簧的扁钢r冷拉(轧)弹簧钢包括u造小规格螺旋弹簧的冷拉钢丝和u造发条以及各种弹簧片的冷轧钢带。合金弹簧钢中通常含锰p硅p铬pfp钨p钒和微量的硼o这些合金元素都可提高钢的淬透性o锰和硅固溶入铁素体中o可提高屈服强度。铬p钨p钒可以提高钢的弹性极限p屈强比和耐热性。按所含合金元素o常用的弹簧钢可分为以下几种s
&&&&&&&& 碳素弹簧钢 价格低廉o用途广泛。如表面状态和热处理组织相同o疲劳极限并不低於合金弹簧钢。缺点是淬透性和屈服强度较低r截面较大的弹簧o油淬时不能淬透o水淬时容易开裂。如增加含碳量o虽能提高强度和弹性极限o却会降低n击韧性和塑性o尤其是降低低温韧性。中国的碳素弹簧钢有65p70p75p85四个钢号。
&&&&&&&& 单纯含锰弹簧钢 如65Mno锰含量为0.90～1.20％。增加锰含量可提高钢的淬透性和强度o减小脱碳倾向r缺点是有过热敏感性和回火脆性o且易a生淬火裂纹o所以只适於u造各种小尺寸扁弹簧p圆弹簧。
&&&&&&&& 硅锰弹簧钢 是主要的热轧合金弹簧钢种o中国有55Si2Mnp60Si2Mnp60Si2MnAp70Si3MnA四个钢号。硅含量为1.50～2.80％o锰含量为0.60～0.90％。钢中加硅可显著提高弹性极限和屈强比o提高回火稳定性r但易形成硅酸盐等夹杂物o增加脱碳敏感性。钢中碳和硅的含量均较高时o碳易於石墨化。这类钢广泛用於u作汽车p拖拉机p机车上的减震板簧和螺旋弹簧o以及要求承受较高应力的弹簧。
&&&&&&&& 含铬弹簧钢 在国际上很通用o中国有 50CrMn 和50CrVA两个钢号。50CrMn由於含有1％左右的铬和锰o有较高的淬透性o脱碳倾向小r缺点是铬和锰均加重回火脆性的倾向o回火后需快冷o多用以u造截面较大的和较重要的板簧和螺旋弹簧。50CrVA钢具有良好的淬透性r加钒能细化组织o不易过热o并可提高钢的强度p韧性o降低缺口敏感性。这种钢脱碳倾向小o低温n击韧性好o在较高温度下工作时o性能也较稳定o主要用於u造气门弹簧p安全阀弹簧和在较高温度下工作的弹簧。在50CrVA钢的基础上适当增加其他合金元素o能取得比上述两种弹簧钢更好的力学性能和淬透性。
&&&& 硅含量为1.40～1.80％p铬含量为0.90～1.20％p钒含量为0.10～0.20％的60Si2CrVA钢o具有高的淬透性和低的过热敏感性o在塑性指标相近时抗拉强度和屈服强度高於硅锰弹簧钢o主要用於u作承受高应力的弹簧。
&&&&&&&& 含钨弹簧钢 65Si2MnWA钢的钨含量为0.80～1.20%o与 60Si2CrVA钢一样o可用於u作承受高载荷的和耐热(Q350)p耐n击的弹簧。合金含量较高的30W4Cr2VA钢是一种高强度耐热弹簧钢o有高的淬透性o主要用於u造低於500条件下使用的控制阀簧。上述几种钢的生a工艺较复杂o价格较高。
&&&&&&&& 在高温条件下工作的弹簧o可选用耐热钢和耐热合金r在腐蚀介质工作的弹簧o应按介质的性质(氧化性o还原性)选用相应牌号的不锈钢。
&&&&&&&& 中国还有55SiMnVB弹簧钢o是在硅锰弹簧钢的基础上增添少量或微量合金元素o以提高淬透性能o用来u造较大截面尺寸的汽车板弹簧。中国典型牌号弹簧钢的力学性能见附表 中国典型牌号弹簧钢的力学性能
产品弹簧钢发条,耐冲击弹簧钢,弹簧钢尺寸规格介绍完毕
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