Automobile Technology & Material
客车板簧悬架降噪设计及降噪材料选择
张跃军1,2张天阳1,2 （1.金龙联合汽车工业（苏州）有限公司客户服务部，苏州 210025；2.南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京 211106）
摘要：分析钢板弹簧异响原因，探讨钢板弹簧降噪方法和降噪材料选择，通过试验、跟踪、
总结的方法优化板簧系统降噪设计，在结构上钢板弹簧总成中间增加降噪垫板，板簧片两端间加降噪片，板簧端部不接触；降噪材料上，采用超高分子量聚乙烯（Ultra-high Molecular Weight Polyethylene，uhmw-pe）另加改性材料，如MOS2、石墨、蜡及稀土元素等。横向稳定杆部分优化刚度匹配，支承套采用聚氨酯，控制横向稳定杆左右滑动量；跟踪结果表明，3～4
万公里内已能控制、消除悬架系统的噪声。改进结构设计，优先降噪材料，强制对板簧悬架噪声控制，推广普及降噪优异材料应用，规模化专业生产降噪零件，以降低材料成本，最终达到控制噪声的目标。关键词：客车 钢板悬架噪声 降噪方法 降噪结构 降噪材料中图分类号：U463.33；TH145.4+2 文献标识码：B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20190178
1 前言
据调查，客户对不同的客车品牌、不同的车型，钢板悬架噪声[1]
问题对比反映强烈。不同品牌控制出现噪声的里程也大不相同，对比板簧悬架降噪结构和材料，差别很大。国家标准、行业标准对板簧降噪问题没有要求，而板簧设计很少或没有提及降噪措施，因客户反映强烈，企业虽增加了标准要求，但因成本增加造成实施困难。该问题
已引起普遍关注，新能源车辆相比传统发动机车辆整车噪声的降低，使钢板悬架系统钢板弹簧噪声问题更加突显，客户不能接受，迫切要求客车企业改进，所以急需客车和板簧行业从设计理论、设计方法[2- 4]包括降噪材料选用上解决或降低噪声，客户从使用维护上延长产生噪声的里程。
2 板簧结构、异响现状及抑制措施2.1 板簧结构
客车板簧悬架系统最常见的是多片板簧系统
2
和少片板簧系统 种，少片板簧系统多用于城市公交车辆等较好路面，多片簧系统多用于公路客运车辆及城郊较差路面，两者都存在噪声异响缺点。客车板簧悬架系统主要包括钢板弹簧部分、
4
横向稳定杆部分、减振器部分、限位装置 部分，如1
图 所示。
2.2 异响现状
钢板弹簧悬架异响是指车辆动态运行时，有相对运动的板簧悬架部位接触摩擦产生的声响。
a.钢板弹簧总成本身及其支承异响； b.横向稳定杆连接及其支承部分异响； c.减振器及其支承部分异响； d.钢板弹簧限位部分异响。其中钢板弹簧异
响是钢板悬架系统中异响最突出、最难以控制的主要噪声。
单纯从技术上讲，在一定续驶里程内已能控制噪声降低或消除，但成本相应增加。从结构设计上已有方案基本消除了噪声异响问题，但是从材料上还没有确认一种有效而又经济的方案，主要是寿命短、成本高，处于试验摸索阶段。
1 000～3 000 km
一般出厂时异响较小，但运行
3 000 5 000 km
后就开始出现， ～ 后明显，一般
5 000～8 000 km
稳定，在车辆加减速、转弯、路面不平时出现，表现为咯吱咯吱响、咯噔咯噔响、吱吱扭扭响及啪啪响等几种，更换新件恢复出厂状态，暂时解决，但进入下一个异响循环。
2.3 抑制措施
到目前为止，虽然客车厂和钢板弹簧厂通过联合攻关取得了一定的效果，主要是从结构设计上和材料应用上进行优化[3] [7]。结构设计上主要方案是钢板弹簧片中间增加隔板，板簧片两端间加降噪
2
片，其次钢板销套用双金属橡胶套如图 所示，板簧端部卷耳和包耳不接触、钢板支承销保证润滑；减振器部分的措施是合理选择上下支承销套材料，设计上保证合理运动空间，装配上保证销与支架两端间隙；横向稳定杆部分是合理设计吊杆摆动运动，合理匹配刚度及合理选择支承套材料、合理控制左
右滑动量定位参数[2]
等。降噪材料上，采用超高分
UHMW- PE MOS2、石
子量聚乙烯 另加改性材料，如墨、蜡及稀土元素等。跟踪表明同一种材料,不同形状、尺寸寿命相差很多，不同材料更大。
90%以上的
片端滑动部位加降噪片，可以消除
8 00012
噪声；不同材料、形状、尺寸寿命不同，一般000 km，最多不超过50 000 km。目前钢板弹簧
行业包括客车行业没有更有效长久的抑制钢板异响的方案。根据实际经验总结，分析钢板降噪应用部位，检索各种资料，深入现场包括材料厂、客车厂及用户单位试验，与同行探讨，与板簧厂人员交流，提出并推荐几种新型降噪材料供相关人员参考。
3 噪声分析、降噪设计及材料选择3.1 噪声分析
3.1.1
异响时机钢板悬架系统噪声在车辆起步、加速减速、停车或转弯、及行驶中因路面不平包括激振时产生。
3.1.2
异响规律
1.2～1.8 Hz
a.一般是 的低频噪声，接近人步行
[6]。车辆低速和
的频率，人耳能够辨别，显得刺耳速度变化时明显，车速越高，频率会有所增加，但不明显；
b.对于板簧本身，用水浇湿后，声响减弱或消
失，干燥后又异响如初；
c.用润滑（油）脂润滑，声响减弱或消失，一般
5～10
天又异响如初；
d.路面好、高速时声音较小、不明显； e.路面差、低速时声音较大较明显；
1 000～3 000 km
f.新车相对较好，运行 后出
现，3 000～5 000 km 5 000～8 000 km
后明显；一般
12 000～15 000 km
稳定，控制在 算是好的，能达到
2 3.5～4.5
万公里已经不易，最新成果也就 万公
50 000 km；
里，有时可达
g.可能是一个部位或几个部位同时异响的叠加。
3.1.3
异响的部位主要是钢板弹簧片中间、端部接触滑动部分、支承销及套间、钢板弹簧支架与板簧端沿销方向之间的间隙，其次来自横向稳定杆与支承套及吊杆与支架间，较少来自减振器及减振器支承套部位。
a.咯噔咯噔响，一般是钢板弹簧两端与支架间
间隙大造成。板簧在销上滑动，与支架的碰撞声。或板簧端部一、二片包耳间的撞击声。个别是减振器损坏后造成的撞声。
b.咯吱咯吱响，嘎吱嘎吱响。一般是片与片之
间接触后滑动摩擦响，或钢板销包括吊耳销缺油造成。
c.啪啪响或碰碰响。路面不平时，车辆上下跳
动板簧片端部上下拍击（撞击或碰撞响）；或减振器上下撞击响。
d.吱扭吱扭响或吱吱扭扭响，咯吱咯吱响。横
向稳定杆下支承套太紧、松旷或胶套材料不合理造成；减振器上、下支承胶套响。
3.1.4
异响的判断一般采用排除判断法。在进行下列排除判断检查前，应先检查固定部位是否松动、配合间隙是否松旷，支承销尤其钢板销润滑是否正常、是否有撞击痕迹，是否有不正常滑动痕迹，套或垫片是否有磨损、损坏等。
a.减振器系统异响。拆除减振器后异响消失，
说明是减振器部分响。减振器部分主要是减振器套与销之间摩擦、撞击的响声。一般是减振上下支承胶套松旷、磨损，减振器销磨损、两端固定螺栓松动、减振器损坏等原因造成。
b.横向稳定杆系统异响。拆除稳定杆后异响
消失，说明是稳定杆系统异响。稳定杆系统异响多是稳定杆支架上部或下部支承胶套或垫松动、过紧；横向稳定杆在稳定杆支架下胶套中左右滑
动或松旷、或过紧或接触面积小造成。
2
c.钢板弹簧系统异响。分别进行上 步后，异响无变化，说明是板簧部分响（其它部位异响除外，如制动钳沿支承销滑动撞击响）。板簧异响一般是车辆上下振动时板簧片间接触部位的撞击、滑动、扭转等造成[5][7]。或钢板销、吊耳销润滑不良造成异响；或板簧端与支架间或吊耳与吊耳支架间隙大造成异响。这时应及时加注润滑脂，调整板簧与支架间、包括吊耳与支架间的间隙。咯吱咯吱响时，一般对片间加水或润滑脂后路试，若声响减弱或消失，可在钢板片中间加（换）垫板，或片端加（换）降噪块排除异响。
d.限位块撞击响。路面太差或钢板过软，板簧上的限位胶块与车架上的限位支架碰撞发响，在车上也能感觉到，观察两者会有撞击痕迹。钢板弹簧限位装置，在钢板弹簧上盖板与车架之间装有限位支架及橡胶碰撞块，与减振器伸缩长短、板簧上下运动距离、路面条件好坏有关，上下运动距离太小，二者接触频繁，会冲击车架及轮胎；太大会损坏减振器、及减振器支架；上下运动太小或太大乘客都会感到不舒适。
3.2 降噪设计
3.2.1
客车板簧部分设计降噪技术要求
a.结构设计上钢板弹簧总成最重要的降噪方法
2，板簧端要有降噪块
是使用双金属板簧销套如图
3a、3b、3c;双金属板簧销套位置图4a，板簧片
形状图
4b，
间要有减磨垫板位于板簧中间两片板簧之间图
2～5 4c。图3a
降噪块位于板簧 片之间的端部图 多
用于轻小负荷，3b多用于中大负荷，3c
多用于少片簧。降噪片形状和尺寸与板簧宽度、片间端隙尺
3～ 5mm
寸、片端滑动距离相关，一般厚度约 。尺寸按板簧宽度和路面条件及车辆负荷调整。
b.设计时，一般板簧端与支架、吊耳与固定支
0.25～0.4 mm，否则车辆
架、板簧与吊耳之间间隙运行时沿销滑动后二者之间会产生碰撞声音；太小了润滑不良，板簧变形时板簧与支架间摩擦会产生金属摩擦异响；
2～ 3mm
c.钢板销、吊耳销要有 足够的润滑槽，否则不能保证润滑，板簧各运动副（板簧销与板簧衬套、板簧与板簧支架、板簧支架与吊耳等）磨损加剧，而且异响很严重。
d.合理选择板簧衬套及吊耳衬套公差，一般衬
套的内径规格Ф25 mm、ф30 mm、ф35 mm
时，板簧
衬套内径公差为+0.25/0 mm
，吊耳衬套内径公差
为+0.105/+0.025 mm。
e.合理选择板簧销及吊耳销的公差，设计板簧
销直径规格Ф25 mm、ф30 mm、ф35 mm
时，其公差
分别为：0/-0.033 mm、0/-0.052 mm、0/-0.062 mm。
f.合理选择板簧支架开裆公差，当开裆尺寸规格
70 mm、75 mm、90 mm、100 mm。75 mm
是 时，其公差
是+0.4/+0.2 mm；其余规格的公差是+0.7/+0.2 mm。
g.合理选择板簧卷耳外宽尺寸公差，一般板簧卷耳
70 mm、75 mm、90 mm、100 mm。
外宽的尺寸规格是
75 mm 的公差是-0.2/-0.6 mm，其余规格的公差是0.2/-0.8 mm。
h.钢板弹簧总成最重要的降噪方法是板簧片间要有减磨垫板、板簧端要有降噪片。减磨垫板
2-5位于板簧中间两片板簧之间，降噪片位于板簧片之间的端部。另一个重要的降噪设计就是用双金属板簧销套。
i.合理选择降噪材料，匹配尺寸和形状，综合考虑经济性、寿命里程、维护修理的方便性、使用
3 5的可行性。降噪片寿命保证 万公里，力争达到万公里，进一步改良材料成份及降噪块尺寸形状
10
达成目标 万公里。
j.横向稳定杆的设计与布置十分重要，尤其横
向稳定杆的横向支承宽度、横向稳定杆端部左右位置，如布置在板簧内侧或外侧、支承杆位置的布置、支承杆横向移动定位参数；降噪最重要的是支承套的材料与结构，建议采用聚氨酯，稳定杆两端采用吊杆与支座联接时，尤其注意联接部位的结构设计保证移动、摆动空间尺寸及摆动量。
3.2.2
零部件制造时，保证零件的技术要求，尺寸及公差
主要是保证钢板弹簧总成、减振器总成、平衡杆总成组件的技术要求。
a.钢板弹簧总成各片的刚性、弧度、硬度、尺寸；按设计要求保证钢板弹簧的弹性模量。
b.钢板支架及吊耳支架销孔、开裆尺寸及公差。c.钢板弹簧销孔、宽度、厚度尺寸及公差。d.钢板弹簧片间不接触，用降噪片隔开。e.降噪块的材料、性能、尺寸，十分重要，否则可能行驶里程很短，就会出现噪声。降噪材料是经过多年的摸索、验证才确认的，不可随意更换材料及配方，更改结构尺寸、更改制造工艺，尤其废旧回收材料代替。
f.钢板销衬套的结构尺寸、材料尤其降噪减振层的橡胶或聚氨酯等性能；否则会缩短寿命，压溃、偏磨等。
0.10 mm、0.25 mm、
g.保证调整垫片的尺寸
0.50 mm、0.75 mm。
h.减振器支架及尺寸的公差；保证减振器的伸
缩及拉长行程。
i.横向稳定杆扭转刚度、尺寸及性能，保证横向稳定杆支架、支承垫及套的材料性能及尺寸。
3.2.3
装配
a.钢板弹簧与衬套外径、钢板销与衬套内径、
钢板弹簧与支架开裆间隙、吊耳支架与钢板支架
0.10～0.25 mm，最大不能超过
及钢板之间间隙在
0.35 mm；装配后必须测量控制，用调整垫片调整
保证要求，并路试验证无噪声为准。
b.与车桥联接的螺栓必须对称分次拧紧，绝对
禁止一次拧紧，否则将造成板簧倾斜不正、扭曲变形。车辆运行时不正与变形引起接触部位产生异响，且十分难检查、排除，并会造成减磨垫异常磨损，缩短板簧异响里程并加剧减磨垫磨损。
3.2.4
使用
2 000 km
a.使用过程中坚持每周或每 检查联接部位不得松动、变形。如钢板销固定螺栓、减振器销固定螺栓、横向稳定杆支承及衬套、联接部位等及时检查，不能松动；发现问题弄清原因、及时处理。
b.对钢板弹簧销每半月或每5 000 km
检查润滑。
c.对板簧中间垫板、片间两端降噪块，每月或
10 000 km
每 进行检查，发现开裂、压溃的要及时更换。
3.2.5
维护技术要求
a.板簧及吊耳衬套的油槽及贮油坑深度低于
0.3 mm，必须更换衬套。
b.板簧销与板簧及吊耳衬套的配合间隙大于
0.5 mm，必须更换板簧销或衬套。
c.保证板簧支架与板簧卷耳端部的配合间隙不
0.5 mm，否则加垫片处理，垫片的厚度0.25 mm、
大于
0.5 mm、0.75 mm、1mm4
种规格。
1mm
d.板簧片间的减磨垫和降噪片，厚度小于
3.5～5 km,材质不
时及时更换，降噪片一般寿命 万
1 500～50 000 km
同寿命相差很大，从 不等。
e.及时对钢板弹簧销加注润滑脂，防止销与套
之间产生干摩擦。
3.3 降噪材料
不同的钢板弹簧降噪材料性能差异十分巨300~500 km 3~5 km
大，使用寿命从 里到 万 不等，成本差异明显。制造工艺也是考虑的重要方面。
3.3.1
降噪片可靠性要求
GB/T 19844
a.台架试验，按 规定的方法，搭载
12
任意 米客车板簧，包括多片簧和少片簧，最大簧
57 kn 8
载 疲劳试验 万次后，降噪片无功能性变形
30%。
及损伤，厚度磨损不大于
b.装车使用可靠性，板簧装车后,满足运营5万公里，降噪片无功能性变形及破损，90%的车辆降30%。
噪片厚度磨损小于
3.3.2
降噪材料推荐
UHMW- PE
a.超高分子量聚乙烯 ，是分子量
150
高于 万的热塑性工程材料，分子链长度是高
10～20
密度聚乙烯的 倍，更长的分子链具有更
UHMW-PE
高的分子量赋予了 更好的韧性、耐磨性和抗应力开裂性、自润滑性；如分子量高达
500～1 000
万，韧性、耐磨性更优异，使用寿命更
MOS2
长，性价比突出；加入润滑剂 、石墨、蜡改性后主要用于多片簧、少片簧端部及卷耳之间，防止钢板弹簧片间接触、滑磨产生异响，寿命可达
4~5
万公里，通过对用户使用跟踪对比，是抗噪的
80×60×（3~5）mm，
首选材料之一，一般每片尺寸
16 4片。UHMWPE
每车 片，每架板簧约 的主要技术指标如下。
拉伸强度>30 MPA；抗压强度>50 MPA（压缩量50%）；断裂拉伸应变400%–480%；耐磨性（砂磨试669±30 r/min）<0.1；冲击强度（简
验的标准转速为
支梁、缺口）100～140 kj/m2；软化点135 ℃。
超高分子量聚乙烯是目前所有工程塑料中吸收冲击能最好的材料，能有效吸收冲击和振动能，以消除噪音，具有良好的热稳定性和耐腐蚀性能，价格比铜及其他合金便宜。
UHMW- PE
某 超高分子量聚乙烯，分子量超
250
过 万，结构呈线性，综合性能优异，分子结构独特，耐磨耗能力极高，摩擦系数很小，自润滑性、耐
7
磨性比一般金属和其他塑料高出数倍，是碳钢的
27 45 10
倍、黄铜的 倍、尼龙的 倍、高密度聚乙烯的倍，与钢配对使用时不易产生粘着磨损，对配偶件
PA66 6
磨损很小；抗冲击强度高，是 的 倍、聚甲醛
8
的 倍，许多材料在严重或反复冲击时会产生裂纹、破损或表面应力疲劳，而超高分子量聚乙烯按
GB 1843
标准进行冲击试验不能破损，即使在零下
70 °C
的低温下也仍具有相当高的冲击强度；此外可消除或减轻车辆行驶过程中由于板簧震动与摩擦产生的噪音；使用寿命长，在相同的工况条件
5
下，使用寿命达到 万公里无故障，是橡胶件、尼龙
4
件、聚胺脂的 倍以上；质量轻，是同规格钢板的八分之一，安装和使用方便、快捷；耐腐蚀、耐磨损、抗冻；维护费用低。这些性能，使得超高分子量聚乙烯成为钢板降噪材料的首选。
B.NR（天然橡胶）仅用于少片簧片间和片端，
主要技术要求如下：邵尔硬度：60±5；抗拉强度不20 MPA。
小于
C.POM
聚甲醛，俗称赛钢。聚甲醛共聚物
POM-C POM-H，均聚甲醛结晶度
和聚甲醛均聚物浇注型尼龙系列广泛应用于耐磨零件，代替铜和其它金属材料的耐磨易损件。
PA6
加油尼龙比一般尼龙的摩擦系数可降低
50%，耐磨性能可提高10
倍，强度硬度高，适合不能润滑、负载高、运行速度低的场合应用，是钢板
弹簧降噪块的优选材料之一。PA6+MOS2 PA6
保留耐冲击耐疲劳，提高了承载能力和耐磨性能，适合
制造轴承、齿轮、星轮和套。PA6
加固体润滑剂采
6
用有专利权的浇注尼龙 的配方，内含固体润滑剂，具有自润滑性能，优异的摩擦性，突出的耐磨
5
性压力速度能力，比普通铸型尼龙高度 倍，特别高、抗蠕变性能好、热膨胀率更低，耐磨性、械强度、刚性好，冲击强度高，非常好的尺寸稳定性，机
1，POM-H
械性能优异。主要相关参数见表 添加
POM-H+TF杜邦纤维（DELRIN），
聚四氟乙烯形成性能改善，稍软且刚性减小，比纯的聚甲醛树脂更
POM-H+TF
滑，摩擦系数低，更耐磨。用 制造的轴承摩擦系数低，耐磨，并且基本无蠕动现象。可用于端部的降噪块。
polyamide
1），机械强度、
d.聚酰胺 俗称尼龙（注刚度、硬度、韧性高，耐老化性好，机械减振能力好，良好的润滑性，优异的耐磨性，机械加工性能好，抗磨性能良好，尺寸稳定性好。
注塑工艺的尼龙中，PA66+MOS2
承载和耐磨性
PA66，但抗冲击强度有所下降；PA66+GF30
能优于
(PA66+30%玻璃纤维增强)；耐热、强度、刚度、耐蠕PA66
变性、尺寸稳定性、耐磨等性能均比 均有提高，最大允许温度较高。适用于高速运行、无法润滑的运动部件，是含油尼龙的完美补充。均可用于降噪块材料。
e.聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene Erephthal⁃ ate，pet），机械强度、刚度、硬度高，耐老化性好，滑
动性能和耐磨强度好，具有非常好的耐蠕变性能，低而稳定的摩擦系数，优异的耐磨性；与尼龙相比
POM）等。
更佳，非常好的尺寸稳定性（优于
PET+
固体润滑剂，原料中添加了均匀分布的固体润滑剂后，制成高级的内润滑轴承级材料，耐磨性出色，与未添加之前相比，摩擦系数较低，能承受更大的压力速度系数，耐磨性好，使用寿命
长，性价比突出。
f.聚氨脂由聚物多元醇与异氰酸酯反应扩链铰链而成，性能介于塑料和橡胶之间，根据聚氨脂
4 结果4.1 设计
a.在钢板弹簧片间中心螺栓处增加隔板，板簧
片两端间加降噪片；其次钢板销套用双金属橡胶套，板簧端部卷耳和包耳不接触；
b.减振器部分的措施是合理选择上下支承销
套材料，设计上保证合理运动空间；
c.横向稳定杆部分是合理设计吊杆摆动运动，
合理匹配刚度及合理选择支承套材料、合理控制左右滑动量定位参数等。
4.2 材料
降噪材料上，采用超高分子量聚乙烯，填加改MOS2
性材料，如 润滑剂、石墨、蜡及稀土元素等，改善润滑、耐磨性能。
4.3 装配
U重点保证销与支架两端间隙； 型螺栓分次拧紧，防止因受力不均匀造成板簧扭转（曲）变形。
4.4 使用
一级维护时钢板支承销保证润滑，二级维护时检查垫板和降噪块情况，视需更换。
采用上述措施后，跟踪对比不同方案、多地区客户新车、在用车近两年的使用情况，效果突出，降噪明显，在期望里程内，消除了悬架系统的噪声。2
弹性体主链结构不同，分为聚醚型和聚酯型 种。适于做降噪垫板、降噪块、横向稳定杆胶套、减振2。
器销套等。聚氨脂性能见表
5 结束语
优化钢板弹簧结构设计，增加垫板、降噪块结构设计，优先降噪块材料；合理匹配横向稳定杆刚度，优选支承套材料，合理控制横向移动量；合理匹配减振器参数，可消除板簧悬架系统的噪声，达到控制悬架系统噪声的目的。
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