CN103591200A

CN103591200A - 叶片弹簧组件

Info

Publication number: CN103591200A
Application number: CN201310356025.0A
Authority: CN
Inventors: P.J.索尔斯; J.陈
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2014-02-19
Also published as: DE102013215895A1; US20140048988A1

Abstract

叶片弹簧组件包括主级和第二级。主级具有至少一个叶板，其是钢叶板。第二级具有复合叶板。第二级操作性地附接到且对准主级。

Description

叶片弹簧组件

技术领域

本发明涉及叶片弹簧和叶片弹簧组件，例如那些用在车辆悬架系统中的。

背景技术

叶片弹簧和叶片弹簧组件通常被认为是用作弹簧的简单的梁或用作弹簧的梁层叠结构。叶片弹簧用一个或多个叶板形成，它们通常略微是弧形的带。车轴或其他没有安装弹簧的部件从叶片弹簧悬挂。叶板的弯曲提供缓冲效果。

发明内容

提供一种可以附接到车辆的叶片弹簧组件，例如附接到车轴和悬架部件。叶片弹簧组件包括主级和第二级。主级具有至少一个叶板，其是钢叶板。第二级具有复合叶板。第二级操作性地附接到且对准主级。相对于主级，复合叶板可以具有正曲率。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是用于车辆的组件的叶片弹簧的示意性等轴视图;

图2是如图1所示叶片弹簧组件的示意性侧视图;

图3是图1-2所示叶片弹簧组件的示意性侧视图，叶片弹簧组件经历进一步加载;

图4是图1-3所示叶片弹簧组件的第二级的示意性俯视图;

图5是图1-3所示叶片弹簧组件的第二级的示意性侧视图;

图6是沿图5的线6-6截取的示意性截面图;和

图7是沿图5的线7-7截取的示意性截面图。

具体实施方式

参见附图，相同的附图标记在几幅图中对应于相同的或相似的部件。在图1和图2，示出了悬挂组件8的示意性视图，所述悬挂组件具有一个或多个叶片弹簧组件(leaf spring assembly)10。图1显示了悬挂组件8中两个叶片弹簧组件10的等轴视图，且图2显示了悬挂组件8的侧视图。悬挂组件8可以仅是用于车辆的悬架系统（未示出)的一部分。

尽管本发明针对汽车或车辆的应用进行了详细描述，但可以本领域技术人员应理解本发明的更广的应用性。本领域技术人员还应理解例如“上方”、“下方”、“向上、“向下”、“前”、“后”、等是用于描述附图的，而不代表对本发明范围的限制，本发明的范围通过所附权利要求限定。任何数字设定，例如“第一”或“第二”仅是说明性的且不以任何方式限制本发明的范围。

如图所示，每一个叶片弹簧组件10包括主级(main stage)12，其在多个车辆附接点13附接到车辆。叶片弹簧组件还包括第二级(second stage)14，其不直接附接到车辆。叶片弹簧组件10悬挂着车轴15。包括中心螺栓17的安装设备16将第二级14连接到主级12，且还将叶片弹簧组件10连结到车轴15。安装设备16也可以被称为U螺栓形组件或U形夹持件。替换地，安装设备16可以将叶片弹簧组件10例如连结到半轴或转向节(两者都不被示出)。安装组件16提供车轴15与主级12、第二级14之间的夹紧力。

主级12显示为具有至少两个叶板，它们是钢叶板18。主级12在车辆附接点13附接到车辆，其可以直接附接到钢叶板18–例如通过眼孔和轴衬，或可以通过摇摆臂、束缚件或钩状物附接。在一些构造中，主级12可以仅具有单个钢叶板18。

第二级14具有一个叶板，其是复合叶板（composite leaf）20。在接合时钢叶板18和复合叶板20的挠曲提供车辆与车轴15和车轮（未示出)之间的悬挂。

在叶片弹簧组件10中，第二级14的复合叶板20具有相对于主级12的正曲率（positive curvature）。如参考线21所示的，其如图2所示且基本上在安装设备16处与主级12正切，正曲率使得复合叶板20的中心22比复合叶板20的远端24更低(在图示出)。

如在本文使用的，复合叶板20相对于主级12的正曲率是指具有朝向主级12的凹度的复合叶板20，从而远端24指向主级12，且复合叶板20的半径指向主级12。在图2中，复合叶板20和钢叶板18的曲率中心在主级12上方(至少直到主级12充分地挠曲变平)。在相关于钢叶板18和复合叶板20的曲率使用时，术语“半径”可以是指一些形状的曲率中心，所述形状例如是:圆柱形、椭圆形、双曲线形其组合或其他曲线形状。

换句话说，正曲率是指沿悬架系统8的行进方向与中心22相比远端24更靠近车辆附接点13。悬架系统8的行进方向通常是向上和向下的，如图2所示，且可以在车辆附接点13向下运动或车轴15向上运动时看出。

因此，复合叶板20的接合或受力期间，与不具有正曲率的相当的复合叶板20相比，复合叶板20的远端24将在低载荷下接触主级12。与平坦的非正曲率复合叶板20相比，正曲率还使得远端24靠近主级12的车辆附接点13。

在相对于主级12复合叶板20没有正曲率的实施例或构造中，复合叶板20可以是平坦的，从而中心22和远端24相对于参考线21基本上是平的。替换地，复合叶板20可以弯曲离开主级12，从而远端24将低于参考线21。

叶片弹簧组件10显示在图1和2中，车辆处在汽车本身重量下。图所示的叶片弹簧组件10的确切挠曲程度或状态仅是示意性的。汽车本身重量通常包括具有标准设备、所有必要的运行消耗物(例如马达油和冷却剂)和整箱燃料但不装载货物的车辆总重量。

图1和2所示的叶片弹簧组件10和悬挂组件8的状态可以替换地被称为中性状态或第一加载条件或状态。应注意汽车本身重量的一些限定，且在一些情况下包括预定的司机质量而在一些情况下包括恒定量的燃料，而非整箱。

还参见图3，并继续参考图1-2，显示了叶片弹簧组件10的另一视图。在图3中，叶片弹簧组件10显示为进一步加载在悬挂组件8上，从而叶片弹簧组件10显示为处在第二加载状态。在车辆被进一步装载(通过额外的货物或从道路引入的力)时，车轴15相对于车辆附接点13向上行进。换句话说，车辆和车辆附接点13相对于车轴15和车辆所处的道路而向下运动。

在图所示的叶片弹簧组件10处在其完全受力状态时，通常在图3示出，主级12基本上是平的且钢叶板18具有小的曲率或没有曲率。完全受力状态可以称为总车辆重量或第二加载状态或条件。在或接近该完全受力状态，主级12已经行进了接合距离19且第二级14接触主级12。

在主级12行进接合距离19之后，第二级14接合主级12。在第二级14接合主级12时，叶片弹簧组件10的弹簧刚度增加，且增加非常快，因为复合叶板20有助于承载车辆载荷。甚至在主级12刚好达不到平坦时，第二级14和主级12之间的接触也被复合叶板20的正曲率所促进。

还参见图4，并继续参考图1-3，显示了复合叶板20的俯视图。复合叶板20在中心22处具有第一宽度23，且在一个远端24处具有第二宽度25。在复合叶板20中，远端24两者具有基本上相同的宽度。第二宽度25大于第一宽度23，从而与中心22相比，复合叶板20在远端24变宽。

如图1-4所示，叶片弹簧组件10包括设置在主级12和第二级14的中心22之间的中心间隔件32。载荷分布间隔件36设置在车轴15和复合叶板20之间且配置为将通过使设备16和中心螺栓17安装到复合叶板20而施加的载荷而分散且分布开。

复合叶板20用复合材料形成，其可以比安装设备16和中心螺栓17的金属部件更软。载荷分布间隔件36可以防止中心螺栓17的头或安装设备16的夹紧力损坏复合叶板20。在所示的叶片弹簧组件10中，存在设置在第二级14和载荷分布间隔件36之间的另一中心间隔件32。

叶片弹簧组件10还包括设置在第二级14的远端24上的多个端部间隔件34。端部间隔件34在主级12和第二级14之间。

甚至在主级12刚好达不到平坦时，第二级14和主级12之间的接触也被复合叶板20的正曲率所促进。另外，端部间隔件34有助于确保在复合叶板20的远端24造成接触，而不是在中心22和远端24之间的中间点。在中心22和远端24之间的复合叶板20的部分在接合期间将钢叶板18保持间隔开。

在叶片弹簧组件10在车辆的增加加载下挠曲时，第二级14的复合叶板20在端部间隔件34接合主级12，而不是在复合叶板20的中心22附近。复合叶板20的中心22还反作用于安装设备16。在叶片弹簧组件10受力时，车轴15相对于车辆附接点13向上运动(如图1-3所示)，且主级12开始变平(即失去其曲率)。如图3所示的，第二级14在主级12充分地平坦时接合，以使得端部间隔件34接触主级14。第二级14的接合增加车轴15和车辆附接点13之间的弹簧力。

端部间隔件34在主级12和第二级14的远端24之间提供保护。进而，端部间隔件34使得第二级14朝向主级12延伸，以有助于在远端24处将第二级14与主级12接合。端部间隔件34可以使得第二级14与主级12接合所需的接合距离19变短，或端部间隔件34可以允许复合叶板20具有朝向主级12的减小的曲率。

在所示构造中，端部间隔件34的大小设定为正好在钢叶板18变平坦(在悬架系统8中造成相等同行进的总车辆重量或动态道路载荷下)时接触主级12。对叶片弹簧组件10的进一步载荷使得钢叶板18和复合叶板20挠曲超过平坦状态且进入与图1和2所示曲率相反的曲率，直到悬架系统8达到最大挠曲度，例如通过撞击限位挡块（bump stop）或接触底盘的一部分。在叶片弹簧组件10超过平坦状态时，钢叶板18的上表面受到张力且下表面保持压缩。在叶片弹簧组件10挠曲超过平坦状态时复合叶板20将挠曲到负曲率。

在第二级14的一些构造中，端部间隔件34可整合到复合叶板20的远端24，从而端部间隔件34将不可从复合叶板20移除。因此，端部间隔件34可以是形成在复合叶板20的远端24中的突起，从而端部间隔件和复合叶板20形成单个部件。

在叶片弹簧组件10挠曲时叶片弹簧组件10不经历第二级14和主级12之间的滚动接合（rolling-engagement）。在滚动接合中，复合叶板20将在复合叶板20的中心22处接合钢叶板18且随后将朝向远端24向外滚动。滚动接合具有逐渐接合第二级14的效果。然而，在没有滚动接合的情况下，叶片弹簧组件10限制主级12的邻近钢叶板18和复合叶板20之间的磨损或摩擦。

端部间隔件34可以用合适的橡胶或塑料形成。中心间隔件32和端部间隔件34可以用以下材料形成，例如但不限于:热朔性弹性体、热朔性聚酯弹性体或尼龙。应注意，中心间隔件32总是接触主级12且可以处在压缩状态下，而不管叶片弹簧组件10的加载状态如何。然而，第二级14不对叶片弹簧组件10贡献弹簧力，直到复合叶板20的远端24接合主级12。

在一些构造下，复合叶板20可以基本上是平坦的或具有与所示正曲率相反的负曲率。在这些构造中，中心间隔件32的厚度可以减小且端部间隔件34的厚度可以增加，以确保复合叶板20的远端24首先与主级12接合。

例如，在具有基本上平坦的复合叶板20从而参考线21在基本上相同的面上触及中心22和远端23的构造中，端部间隔件34可比中心间隔件32更厚，以确保远端24在复合叶板20的中心22之前接合。在复合叶板20远离主级12弯曲的构造中–即复合叶板20具有朝向主级12的凸曲率，且其半径远离主级12，复合叶板20将不接合主级12，直到钢叶板18挠曲超过平坦状态且开始沿与如图2所示方向相反的方向弯曲。

现在参见图5、图6和图7，并继续参考图1-4，示出了复合叶板20的三个视图。图5仅显示了复合叶板20的侧视图。与图4的视图不同，中心间隔件32和端部间隔件34在图5中未示出。

图6显示了沿图5的线6-6截取的截面图，线6-6通常是在复合叶板20的中心22。图7显示了沿图5的线7-7截取的截面图，线7-7通常是在复合叶板20的远端24。

复合叶板20在中心22具有第一厚度33且在端部24具有第二厚度35。第一厚度33大于第二厚度35。从中心22向端部24递减厚度可以提供改进的弯曲形式。

叶片弹簧组件10的复合叶板20在复合叶板20的中心22处具有第一横截面面积且在复合叶板20的远端24处具有第二横截面面积。如图6和7所示，中心22处的第一横截面面积和远端24处的第二横截面面积基本上是相等的。复合叶板20在沿复合叶板20的所有横向平面具有基本上恒定的横截面面积。换句话说，在任何平面部分，第一宽度23乘以第一厚度33基本上等于第二宽度25乘以第二宽度37。

在具有基本上恒定横截面面积的构造中，例如图所示的，复合叶板20还具有沿其纵向长度基本上恒定的密度。因此，中心22和远端24具有基本上相等的质量。

如图6和7所示，第二级14的复合叶板20可以用树脂基体38和多个纤维39形成。在所示构造中，纤维39基本上是沿复合叶板20纵向取向的。应注意纤维39的尺寸在图6和7中被夸大以更好地显示树脂基体38和纤维39之间的具体构造。替换地，纤维层39可以彼此成角度地取向。例如，纤维39可以用四十五度、零度、负四十五度布置的碳布形成。

附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims

1.一种叶片弹簧组件，包括:

主级，具有至少两个叶板，其中所述至少两个叶板是钢叶板;和

第二级，操作性地附接到主级且具有复合叶板，其中复合叶板与主级的钢叶板纵向对准。

2.如权利要求1所述的叶片弹簧组件，其中第二级的复合叶板具有相对于主级的正曲率。

3.如权利要求2所述的叶片弹簧组件，

其中第二级在第二级的中心操作性地附接到主级，

其中在叶片弹簧组件处在第一加载状态时第二级的远端与主级间隔开，和

其中在叶片弹簧组件处在第二加载状态时正曲率使得第二级的远端接触主级，在所述第二加载状态中主级朝向第二级行进一接合距离，且在叶片弹簧组件处在第二加载状态时复合叶板的中心和远端之间的第二级的部分保持与主级间隔开。

4.如权利要求1所述的叶片弹簧组件，其中第二级的复合叶板具有:

在复合叶板中心的第一厚度;和

在复合叶板远端的第二厚度，其中第一厚度大于第二厚度。

5.如权利要求4所述的叶片弹簧组件，其中第二级的复合叶板具有:

在复合叶板中心的第一横截面面积;和

在复合叶板远端的第二横截面面积，其中第一横截面面积和第二横截面面积基本上是相等的。

6.如权利要求1所述的叶片弹簧组件，进一步包括:

多个端部间隔件，设置在第二级和主级之间的第二级的远端上。

7.如权利要求6所述的叶片弹簧组件，进一步包括:

中心间隔件，设置在主级和第二级中心之间。

8.如权利要求7所述的叶片弹簧组件，

其中第二级的端部间隔件在叶片弹簧组件处在第一加载状态时与主级间隔开，

其中在叶片弹簧组件处在第二加载状态时第二级的端部间隔件接触主级，在所述第二加载状态中主级朝向第二级行进了接合距离，和

其中在叶片弹簧组件处在第二加载状态时复合叶板的中心和远端之间的第二级的部分保持与主级间隔开。

9.如权利要求2所述的叶片弹簧组件，其中第二级的复合叶板具有:

在复合叶板中心的第一厚度;

在复合叶板远端的第二厚度，其中第一厚度大于第二厚度;

在复合叶板中心的第一横截面面积;和

10.一种叶片弹簧组件，包括:

主级，具有至少两个叶板，其中所述至少两个叶板是钢叶板;

第二级，邻近主级且具有:

复合叶板，具有朝向主级的凹曲率，其中复合叶板与主级的钢叶板纵向对准且在复合叶板的中心操作性地附接到主级；

在复合叶板中心处的第一宽度;和

在复合叶板远端处的第二宽度，其中第二宽度大于第一宽度;和

多个端部间隔件，设置在主级和第二级之间的第二级的远端上，其中第二级的复合叶板在远端与主级接合。