Автомобильная рессорная подвеска

Автомобильная рессорная подвеска – это традиционная система подвески, широко используемая в коммерческих автомобилях, пикапах, грузовиках и некоторых внедорожниках благодаря своей простой конструкции, высокой грузоподъемности, низкой стоимости и долговечности. Производство рессор включает в себя выбор материалов, формовку, термообработку, сборку и тестирование.

1. Состав и функции рессорной подвески

• Состав:
  • Рессора: состоит из нескольких (или одной) листов рессорной стали, сложенных вместе и закрепленных U-образными болтами.
  • Соединительные элементы: такие как серьги, центральный болт, хомуты.
  • Амортизатор: вспомогательное демпфирование, работает в паре с рессорой.
  • Принадлежности подвески: втулки, кронштейны, крепежные элементы и т.д.
• Функции:
  • Несет вес автомобиля, поглощает удары от дороги.
  • Обеспечивает жесткую поддержку, подходит для тяжелых грузов (например, грузовики с грузоподъемностью 10-20 тонн).
  • Направляет движение колес, поддерживает положение моста.
• Применение: часто встречается в грузовиках (например, Dongfeng, Foton), пикапах (например, Ford F-150), внедорожниках (например, Jeep Wrangler).

2. Технология производства рессор

Производство рессор в основном использует процессы штамповки, термообработки и сборки. Литье редко используется для рессор, поскольку им требуется высокая прочность и эластичность, а литые материалы (например, чугун) обладают достаточной жесткостью, но недостаточной прочностью. Ниже приведена подробная схема:

Выбор материала

• Пружинная сталь:
  • Распространенные материалы: 60Si2Mn, 55CrMnA, SUP9 (японский стандарт) или 5160 (американский стандарт).
  • Характеристики: высокая прочность (предел прочности на разрыв 1200-1800 МПа), высокий предел упругости, усталостная прочность.
  • Содержание углерода: 0,5-0,6%, содержит легирующие элементы, такие как кремний, марганец, хром, для повышения прочности и долговечности.
• Толщина и размеры:
  • Толщина одного листа: 6-20 мм (в зависимости от требований к грузоподъемности).
  • Длина: 800-2000 мм, ширина 50-100 мм.
  • Количество листов: 3-10 листов (многолистовые) или один лист (однолистовые рессоры, например, в некоторых легких грузовиках).
• Другие материалы: резиновые или полиуретановые втулки используются в серьгах для снижения трения и шума.

Проектирование и планирование

• Функциональные требования:
  • Грузоподъемность: проектируется в соответствии с полной массой автомобиля (GVW), например, 1-3 тонны для легких грузовиков, 10-20 тонн для тяжелых грузовиков.
  • Жесткость (значение k): обычно 200-1000 Н/мм, влияет на жесткость и комфорт подвески.
  • Усталостный ресурс: должна выдерживать миллионы циклов нагрузки (около 10 лет эксплуатации).
• CAD-проектирование:
  • Используйте SolidWorks или CATIA для проектирования кривизны, длины и количества листов рессоры.
  • Анализ методом конечных элементов (FEA) моделирует распределение напряжений, чтобы обеспечить отсутствие деформации при максимальной нагрузке.
• Форма: параболическая или многолистовая, параболическая легче и имеет более равномерное распределение напряжений.

Процесс формовки

• Резка:
  • Используйте гильотинные ножницы или лазерный резак для нарезки листов пружинной стали до указанных размеров.
  • Точность контролируется в пределах ±0,5 мм, чтобы обеспечить согласованное штабелирование.
• Горячая формовка:
  • Нагрев: нагрейте стальную пластину до 850-900°C (температура аустенизации), чтобы повысить пластичность.
  • Штамповка или роликовая формовка: используйте гидравлический пресс (1000-3000 тонн) или роликовую машину для формирования изогнутой структуры. Параболические пружины необходимо формировать точно по листам.
  • Преимущества: горячая формовка обеспечивает измельчение зерен внутри стальной пластины, повышая прочность и эластичность.
• Обработка концов:
  • Формирование ушка: концы стальной пластины свернуты в круглые серьги для соединения с мостом или рамой.
  • Сверление: центральное отверстие используется для установки центрального болта, соединяющего несколько листов рессоры.

Термическая обработка

• Закалка:
  • Нагрейте отформованную стальную пластину до 850-900°C, быстро охладите (закалка в масле или воде).
  • Цель: сформировать мартенситную структуру, повысить твердость (HRC 40-50) и прочность.
• Отпуск:
  • Отпуск при 400-600°C, чтобы снять внутренние напряжения, повысить прочность и усталостную стойкость.
  • Твердость после отпуска: HRC 30-40, баланс жесткости и эластичности.
• Дробеструйная обработка:
  • Бомбардировка поверхности высокоскоростными стальными шариками, создание напряжений сжатия, повышение усталостного ресурса (можно продлить на 50-100%).

Обработка поверхности

• Антикоррозийное покрытие:
  • Нанесите эпоксидную смолу или порошковое покрытие толщиной 50-100μm.
  • Горячее цинкование или гальваническое покрытие, испытание в соляном тумане > 500 часов.
• Смазка: нанесите графитовую смазку между многолистовыми пружинами или добавьте пластиковые прокладки, чтобы уменьшить трение и шум.

Сборка

• Укладка и фиксация:
  • Сложите несколько листов рессоры в соответствии с размером кривизны, закрепите центральным болтом (M12-M20).
  • Хомуты (U-образные болты) фиксируют рессору на мосту.
• Установка аксессуаров:
  • Втулки серьги (резиновые или полиуретановые), соединяющие раму и рессору.
  • Амортизатор параллелен рессоре, контролирует вибрацию.
• Выравнивание: убедитесь, что кривизна рессоры и положение моста выровнены, отклонение <1 мм.

Тестирование и контроль качества

• Испытание на жесткость:
  • Используйте гидравлическую испытательную машину для приложения нагрузки (1-20 тонн), измерьте величину деформации, проверьте жесткость (значение k).
• Усталостные испытания:
  • Смоделируйте миллионы циклов нагрузки (частота 1-3 Гц), чтобы убедиться в отсутствии разрушения.
• Контроль размеров:
  • Трехкоординатная измерительная машина (CMM) проверяет кривизну, длину и положение отверстий, точность ±0,5 мм.
• Испытание на коррозионную стойкость:
  • Испытание в соляном тумане (500-1000 часов), проверка долговечности покрытия.
• Испытание на нагрузку:
  • Смоделируйте максимальную нагрузку (например, 20 тонн), чтобы убедиться в отсутствии деформации или разрушения.