CN102667219A

CN102667219A - 复合板簧

Info

Publication number: CN102667219A
Application number: CN2010800559858A
Authority: CN
Inventors: R·S·费恩德萨利斯
Original assignee: Renosol Corp
Current assignee: Renosol Corp
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-09-12
Also published as: EP2494234A2; US20120211931A1; WO2011056553A3; WO2011056553A2; BR112012009849A2; AU2010315587A1

Abstract

一种复合板簧，所述复合板簧具有：中央部段，所述中央部段具有相反的端部；以及可选的端部部段，所述端部部段连接至所述中央部段；并且复合板簧包括纤维增强本体，所述纤维增强本体包括嵌入固化树脂内的纤维增强部。所述纤维增强部由网的多个层形成，所述网具有在所述板簧的长度方向上纵向延伸的股线并且还具有相对于该长度横向延伸的多个横向元件。所述纤维增强部在模制时浸渍有树脂。

Description

复合板簧

技术领域

本发明整体上涉及车辆悬挂系统。更具体地，本发明涉及在车辆悬挂系统中使用的复合板簧。

背景技术

弹簧，并且尤其是盘簧和板簧常常用于形成车辆悬挂系统的一部分。悬挂系统从车辆的框架支承车辆的运行机构（例如，车轮、车轴、以及传动系的部分）。通过悬挂车辆的运行机构，当车辆经受在车辆的运动期间发生的操作力时，向车辆提供稳定性。在本文中使用时，术语车辆意为包括乘用车、非乘用车、轻型卡车（例如皮卡）、中型和重型卡车、特殊或多用途车辆（例如货车和越野车）、用于这些车辆的拖车、轨道车辆，包括有轨车。

历史上，诸如在乘用车或非乘用车的前悬挂或后悬挂中发现的那些板簧已经由单个或多个金属板片形成，这些板簧可能已经包括设置在板片之间的橡胶。但是，这些金属板簧是极重的，从而向车辆添加了显著的重量，并且在安装期间操作麻烦。

随着最近汽车的重心置于燃料效率更高的车辆，已经一直努力用各种替代品来代替车辆的重的金属板簧。一个替代品已经为复合板簧。

复合板簧典型地已经通过在塑料材料（例如环氧树脂基体或其他热固性聚合物树脂）内模制增强纤维进行构造。纤维设置为浸渍有塑料材料的长股线的形式，股线随后在被置于模具中之前缠绕在框架上，模具随后填充基体/树脂。基体/树脂随后通过化学反应和/或施加热而固化，由此形成板簧。

发明内容

本发明提供了用于模制复合板簧的构造。根据本发明的一个方面，所述复合板簧包括：具有相反端部的直线或弯曲的中央部段，以及可选的一对端部部段。若设置端部部段，所述端部部段中的每一个与所述中央部段的端部中的一个一体形成。更具体地，所述复合板簧包括纤维增强本体，所述纤维增强本体包括嵌入固化树脂内的纤维增强部。所述纤维增强部由网的多个层组成，所述网基本上完全延伸通过所述复合板簧的所述中央部段和所述端部（以及端部部段，如果设置的话）。所述网本身包括多根股线，所述股线大致沿所述纤维增强本体的长度方向沿着所述网纵向延伸。另外，所述网包括一系列横向元件，所述横向元件相对于所述纤维增强本体的长度横向地（倾斜或大致垂直）、由此沿宽度方向地延伸。所述纤维增强部由固化树脂包封，使得所述股线和所述横向元件一起浸渍固化树脂。

在本发明的另一方面，所述横向元件与所述网的所述股线为交织或非交织的。

在本发明的另外的方面，所述网的层一体形成且彼此连续。

在本发明的又一方面，所述横向元件位于所述股线的相邻层之间。

在本发明的又一方面，所述横向元件本身设置为股线或纤维。

在本发明的另外的方面，所述横向元件和所述股线缝合在一起。

在本发明的另外的方面，所述复合板簧包括圆筒形内衬，所述圆筒形内衬限定了横向延伸穿过所述端部部段的开口。所述圆筒形内衬提供用于螺栓和/或柔性或刚性衬套的安装位置，所述螺栓和/或柔性或刚性衬套将所述复合板簧附接到车辆的结构部件上。

在本发明的又一方面，所述纤维增强部包括围绕所述圆筒形内衬延伸的环，所述圆筒形内衬限定所述端部部段中的所述开口。

在本发明的又一方面，绕线围绕所述圆筒形内衬中的每一个设置，所述绕线由形成所述网的材料的单独且不同的部分形成，所述绕线独立于所述网，从而形成所述纤维增强部的其余部分。

在本发明的又一方面，所述复合板簧的所述中央部段限定夹持区，所述夹持区的表面由固化树脂形成。所述夹持区协作于形成所述复合板簧与车辆的另一结构部件之间的承载螺栓式接合/夹持式接合，由此足以保持接合的夹持力由弹簧的复合材料直接承受。

在本发明的另外的方面，所述中央部段限定位于顶面、侧面与底面之间的纵向边缘，其中所述纵向边缘被斜切。所述斜切边缘在模制过程期间形成并且减小/消除锐利边缘，所述锐利边缘在组装过程期间可能被组装者碰到，或者在车辆的操作期间被碎片造成缺口或明显地损坏。

在本发明的另一方面，所述复合板簧的所述中央部段限定顶面、侧面和底面，并且所述顶面、侧面和底面中的每一个均为平坦的且缺少在其上造成的模具分割线产物。

在本发明的另外的方面，所述纤维增强部限定所述纤维增强本体的横向侧边缘，而所述固化树脂限定所述纤维增强本体的横向侧面，所述纤维增强部的所述横向侧边缘与所述纤维增强本体的所述横向侧面向内间隔开。因此，所述纤维增强本体将不会突出到所述本体的树脂的外侧，即使在经受日常磨损和撕裂之后也如此。

在本发明的另外的方面，所述复合板簧还包括与第二纤维增强本体相连的纤维增强本体。所述第二纤维增强本体具有中央部段、端部部段和浸渍有固化树脂的纤维增强部。所述第二纤维增强本体的所述端部在正、负或零载荷的一些条件下与所述纤维增强本体的所述端部间隔开，由此双弹簧刚度（spring rate）由所述复合板簧限定。

在本发明的另外的方面，所述纤维增强本体和所述第二纤维增强本体中的至少一个的所述端部部段包括安装于其上且设置在所述纤维增强本体与所述第二纤维增强本体之间的磨损保护装置，例如摩擦板、或尖端保护装置、或这二者。

在本发明的另一方面，至少一个销钉在所述纤维增强本体的所述中央部段与所述第二纤维增强本体的所述中央部段之间延伸，从而限制所述纤维增强本体与所述第二纤维增强本体之间的相对旋转。

在本发明的又一方面，所述复合板簧还包括从所述纤维增强本体的表面或所述第二纤维增强本体的表面伸出的定位构件。所述定位构件提供用于使所述复合板簧相对于车辆的结构部件精确定位的定位功能。

在本发明的又一方面，所述定位构件是延伸穿过所述纤维增强本体的所述中央部段和所述第二纤维增强本体的所述中央部段的贯穿螺栓，以将所述纤维增强本体和所述第二纤维增强本体保持在一起。

在本发明的另外的方面，所述固化树脂为聚氨酯。在参照附图而阅读下面的描述和附于本说明书且形成本说明书的一部分的权利要求之后，本发明的另外的目标、特征和优点对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

图1是结合本发明的原理的复合板簧的立体图；

图2是结合到图1中所见的复合板簧内的纤维增强部的立体图；

图3是大致沿着图1中的线3-3截取的截面图，示出了位于模具内的纤维增强本体；

图4是在形成图2中所见的纤维增强部中利用的单个网层的局部立体图；

图5是用于纤维增强部的可选实施例的、与图3中所见相似的截面图；

图6是在形成图5中的可选实施例的纤维增强部中利用的单个网层的放大立体图；

图7是结合本发明的原理的复合板簧的端部部段的、大致沿着图1中的线7－7截取的截面图；以及

图8是结合本发明的原理的双刚度复合板簧的局部侧视图。

具体实施方式

现在参照图1至图7，实施本发明的原理的复合板簧在其中图示并且整体上以20标记。复合板簧20通常包括具有一对相反端部的中央部段22、以及可选的一对端部部段24，端部部段24与中央部段22的相反端部一体形成以限定单件式构造。端部部段24各自还包括圆筒形内衬，例如衬套26，衬套26限定横向延伸穿过端部部段24的开口28。该开口28被设置成接收连接构件（未示出），从而容许使用本领域技术人员已知的常规方式将板簧20连接至车辆。衬套26可以由多种材料形成，包括但不限于金属和塑料。尽管在本文中原理上示出和描述为包括一体形成的端部部段24，但是应当理解的是，复合板簧20能够构造为没有端部部段24。因此，复合板簧20可以具有本文所述的所有特征和替代，但缺少端部部段24和关联的衬套26和它们的绕线44。当设置为没有端部部段24时，中央部段22的相反端部借助于其他方式安装至车辆。用于安装的一个这种构造可以包括位于中央部段22的端部的相反的顶表面和底表面上的金属垫，并且金属垫铆接在一起以将它们固定至中央部段22的端部。这些垫随后可能包括一体式眼部分，该眼部分经由钩环连接至车辆或直接连接至车辆。

中央部段22和端部部段24是纤维增强本体30的部分，纤维增强本体30还包括嵌入固化树脂34内的纤维增强部32，使得固化树脂浸渍纤维增强部32。

连续网36（包括一组多根纤维和/或单独纤维的纵向定向的股线38）形成纤维增强部32的基础结构。除了股线38以外，网36包括一系列横向延伸的元件40，元件40相对于网36的股线38的纵向方向大致垂直（图4和图6中的实线）或倾斜（图4和图6中的虚线）延伸。这些横向元件40可以本身设置为与股线38相似的股线形式，或者可选地可以包括与股线38相同类型材料的单独的纤维或如以下提及的其他类型材料的单独的纤维。另外，横向元件40优选地固定至股线38，以在组装过程期间将股线38保持到一起。在设置横向元件40时，它们可以位于股线38的一侧并且如在图4中以及图2和图3中所见地不与股线38非交织。可选地，横向元件40可以与网36的股线38交织。这种可选的构造整体上在图5和图6中图示。为了将横向元件40固定至网36的股线38，横向元件40可以通过缝合或其他方式固定至股线38。

优选地，股线38和横向元件40由矿物纤维例如玻璃纤维或碳纤维形成。可选地，股线38和横向元件40可以由诸如碳纤维、植物纤维、动物纤维、合成纤维、纤维素纤维或甚至金属纤维之类的材料形成。

为了形成纤维增强部32，将可以设置在卷轴或线轴（未示出）上的网36围绕成型工具缠绕，以产生网36的连续多个层。如果端部部段24在板簧20中形成，则成型工具（未示出）可以由此包括前述衬套26。

由于在衬套26的区域中纤维增强部32形成围绕衬套26的环42，因此限定环42的网36的层的厚度为纤维增强部42中的层在形成环42紧前面的区域中的总厚度的大约1/2。由在形成环42紧前面的网36的层所提供的结构强度由此大于由在实际环42中的层所提供的结构强度。为了在端部部段24中提供可比的强度大小，由与网36相同类型材料形成的绕线44围绕衬套26独立地设置。注意到，绕线44是分离的，与形成纤维增强部32的网36的一体性和连续性不同。优选地，绕线44设置为厚度基本等于环42的厚度。

如仍在图7中所见，可选的独立绕线46可以设置在Y部分48中，其中Y部分48在纤维增强部32初始地分叉以形成环42的区域中由环42限定。

如在图3中进一步所见，复合板簧20的中央部段22形成有限定（相对于图的方向）顶面54、底面56和相对侧面58、60的截面形状。这些面54、56、58、60为平坦表面。优选地，但非必要地，平坦表面形成为使得所限定的面54、56、58和60都不包括模具分割线或分界线（如典型地源自于模具半部的彼此接合的模具分割线或分界线）的残留或产物。如在图3中所见，从一个面到另一个面的过渡由斜面62限定。斜面62以及在各种面54、56、58、60上的模具分割产物的缺失提供了具有下述构造的复合板簧20：该构造改进了外表并且在手工操作和安装期间舒适性增强，并且其还减小在车辆的操作期间由于石块和其他碎片而沿着锐利边缘造成缺口的可能。尽管小的缺口和其他视觉不规则不会影响复合板簧20的结构完整性，但是这些特征是美学上不令人愉悦的。

在制造期间，当纤维增强部32初始地位于模具腔体内时，优选的是纤维增强部32的侧边缘从模具腔体的表面向内间隔开。因此，在所生成的复合板簧20中，仅固化树脂34位于横向侧面、顶面和底面54、56、58、60的紧邻区域中且沿着横向侧面、顶面和底面54、56、58、60。纤维增强部32的横向边缘由此与所生成的纤维增强本体30的这些面向内间隔开。这种构造的益处包括消除操作者获得来自纤维增强部32的碎片的可能性，以及防止水和/或其他物质渗入复合板簧20内。

优选地，树脂材料形成聚氨酯热固性聚合物或聚氨酯－聚脲热固性聚合物。但是，能够使用源自于环氧树脂或聚酯-苯乙烯树脂的其他热固性聚合物。聚氨酯或其他热固性聚合物的配比选取为使得树脂将在模制过程期间在合适的时间固化，使得当树脂开始固化时，网完全润湿并且模具被完全填充。尽管聚氨酯是用于树脂的优选材料，但是可以使用具有与聚氨酯相似特征的其他材料（例如，具有相似特性例如粘度的其他聚合物或热固性材料）。

将横向元件40和网36结合到纤维增强部32内提供了具有增强的扭转强度、倾斜强度和压缩强度的复合板簧20。具有增强的压缩强度容许在不使用围绕复合板簧20的常规的金属笼、支架或顺从垫的情况下将复合板簧20夹持到车辆的车轴上。由此，复合板簧20设有夹持区64（参见图1），夹持区64的表面由纤维增强本体30的固化树脂34限定。

该夹持区64可以通过在该区域中初始设置网36的增大数量的较短绕线而相对于中央部段22的其他部分形成为具有增大的厚度。在制造期间，这些减小长度的绕线的形成在将网36的绕线延伸到端部部段24内以及成型之前进行。

多个纤维增强本体可以如上述地根据本发明的原理进行构造，并且随后结合到一起以形成具有双弹簧刚度的复合板簧20。这种构造整体上在图8中图示。如此处所见，具有与图1中所见构造基本相似的构造的第一板片68与第二板片70关联设置。第二板片70也构造为与以上讨论的构造基本相似。但是，由于不需要将第二板片70的端部直接安装到车辆上，因此第二板片70缺少在其端部中形成的开口。

第一板片68相对于第二板片70弯曲，从而导致当复合板簧20安装到车辆上时第一和第二板片68、70的端部部段24彼此间隔开。在车辆的操作期间，当第一板片68压缩时，其提供第一弹簧刚度。当第一板片68充分压缩使得其沿着其长度与第二板片70相接合时，复合板簧20随后提供第二弹簧刚度。用于板簧20的这种双弹簧刚度构造将在轻型卡车和特殊/多用途车辆中具有特别的应用。

为了使第一和第二板片68、70彼此固定且有助于组装到车辆内，贯穿螺栓72大致在由夹持区64限定的区域中中央地延伸穿过第一和第二板片68、70。优选地，贯穿螺栓的头部74相对于第二板片70的表面突出。该突出头部74能够之后用于在安装期间借助于在复合板簧20中形成的定位凹槽而使复合板簧20相对于车辆的车轴定位。但是，应当注意，头部74的突出是可选的，正如贯穿螺栓本身的使用一样。

为了防止两个板片68、70之间的相对旋转，可以设置一个或更多个销钉76。销钉76设置在限定于两个板片68、70中的孔内。优选地，孔位于夹持区64中并且形成到第一和第二板片68、70的接触表面内。还优选的是，孔与销钉76未完全延伸穿过第一和第二板片68、70。销钉76可以可选地在适当位置模制于板片68、70中的一个的材料中。

为了限制第一与第二板片68、70之间的磨损和摩擦，板片68、70的端部的相邻表面可以包括接触垫或磨损保护装置，例如摩擦板和/或尖端保护装置78、80。为了将摩擦板78安装到板片68、70中的一个上，摩擦板78可以在与板片68、70的端部间隔开的位置铆接或另外地固定在相对的板片之间。相似地，尖端保护装置80可以在相对的板片68、70的端部附近铆接或螺栓接合至相邻的表面。摩擦板78和尖端保护装置80可以由多种耐久的耐磨材料形成，包括但不限于金属、塑料或橡胶。另外，摩擦板78和尖端保护装置80各自可以形成为多种形状，例如矩形、圆形或椭圆形，以及多种构型，例如平坦的、弯曲的或拱顶的。

如本领域的技术人员容易理解的，以上实施例已经被描述以说明本发明的原理的实施。本说明书并非意为限制本发明的范围或应用。本领域的技术人员还将理解，本发明易于修改、改变和变化而不偏离如在下述权利要求中限定的本发明的精神。

Claims

1.一种复合板簧，包括：

限定长度和宽度的纤维增强本体，所述纤维增强本体具有中央部段和一对相反的端部，所述端部均与所述中央部段一体形成，所述纤维增强本体还具有包封在固化树脂内以限定所述纤维增强本体的纤维增强部，所述纤维增强部基本上完全沿长度方向地延伸通过所述中央部段和所述端部，所述纤维增强部包括网的多个层，所述网还由在所述纤维增强本体的长度方向上沿着所述网纵向延伸的多根股线限定，所述网还包括横向于所述股线相对于所述纤维增强本体大致沿宽度方向延伸的多个横向元件，所述纤维增强部包封在所述固化树脂内，使得所述股线和所述横向元件一起浸渍有所述固化树脂。

2.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述横向元件为与所述股线交织和不交织中的至少一种。

3.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述网的多个层一体形成且彼此连续。

4.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述横向元件位于所述股线的层之间。

5.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述横向元件设置为横向延伸的股线。

6.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述横向元件和所述股线缝合到一起。

7.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述中央部段的所述端部与端部部段一体形成，所述端部部段均包括圆筒形内衬，所述圆筒形内衬限定了横向延伸穿过每个所述端部部段的开口。

8.如权利要求7所述的复合板簧，其中，所述纤维增强部包括围绕所述圆筒形内衬延伸的部分。

9.如权利要求8所述的复合板簧，其中，该复合板簧还包括圆筒形内衬，所述圆筒形内衬由绕线缠绕，所述绕线与形成所述纤维增强部的所述网分开且不同，并且浸渍有树脂。

10.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述中央部段的所述横向元件与在该横向元件中的所述固化树脂协作，以在所述中央部段的长度的中间限定夹持区，所述夹持区的表面由所述固化树脂限定并且构造为用于在该夹持区上的直接夹持。

11.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述中央部段限定位于顶面、侧面与底面之间的纵向边缘，所述纵向边缘被斜切。

12.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述中央部段限定顶面、侧面和底面，所述顶面、侧面和底面中的每一个为平坦的且在其上没有模具分割线产物。

13.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述纤维增强部限定横向侧边缘，所述纤维增强本体的树脂限定横向侧面，所述纤维增强部的所述横向侧边缘从所述纤维增强本体的所述横向侧面向内间隔开。

14.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述纤维增强本体连接至第二纤维增强本体，所述第二纤维增强本体具有中央部段、与所述中央部段一体形成的一对端部，并且包括浸渍有固化树脂的纤维增强部，所述纤维增强本体的端部与所述第二纤维增强本体的所述端部间隔开，由此由所述复合板簧限定双弹簧刚度的弹簧。

15.如权利要求14所述的复合板簧，其中，所述纤维增强本体和所述第二纤维增强本体中的任一个的一个端部包括耐磨板，所述耐磨板安装于所述端部上而位于所述纤维增强本体的所述端部与所述第二纤维增强本体的所述端部之间。

16.如权利要求15所述的复合板簧，其中，所述纤维增强本体和所述第二纤维增强本体中的另一个的所述端部包括尖端保护装置，该尖端保护装置与所述另一个的所述端部相邻安装而位于所述纤维增强本体的所述端部与所述第二纤维增强本体的所述端部之间。

17.如权利要求14所述的复合板簧，其中，至少一个销钉在所述纤维增强本体的所述中央部段与所述第二纤维增强本体的所述中央部段之间延伸以限制它们之间的相对旋转。

18.如权利要求14所述的复合板簧，还包括从所述第二纤维增强本体的表面突出的定位构件。

19.如权利要求18所述的复合板簧，其中，所述定位构件是延伸穿过所述纤维增强本体的所述中央部段和所述第二纤维增强本体的所述中央部段的贯穿螺栓。

20.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述固化树脂形成聚氨酯热固性聚合物或聚氨酯-聚脲热固性聚合物中的一种。

21.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述固化树脂形成源自于环氧树脂和聚酯-苯乙烯树脂中的一种的热固性聚合物。

22.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述中央部段是弯曲的。

23.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述网的至少一些层在长度上短于其它层。

24.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述横向元件横向于所述股线而沿与所述股线倾斜的方向延伸。

25.如权利要求1所述的复合板簧，其中，所述横向元件横向于所述股线而沿与所述股线垂直的方向延伸。