CN104029579A - 板端软固定单片复合材料板簧悬架结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到商用车的后悬架机构，确切地说是用于如货车和客车等商用车后轴悬架机构。结构特点：后桥左右两侧各采用纵置复合材料变截面板簧，板簧两端软固定，改进缓冲块弹性体的特性，使缓冲块兼备副簧、缓冲和限位作用，同时采用V形推力杆和变截面纵向推力杆结构，有效地控制车辆的纵向和横向的作用力和力矩。该机构寿命长，35万公里左右无需更换，满足整车寿命需要；平顺性好，与空气悬架相当；重量相当钢板弹簧的1/4~1/3；调整零部件强度，可适用重、中、轻型商用车后悬架。该结构不仅解决了钢板弹簧悬架平顺性差、寿命短、重量大等问题，还解决空气悬架寿命短、需要压缩机、储气筒、阀等辅助设备等问题，同时也解决现有后悬架寿命短的问题。

Description

板端软固定单片复合材料板簧悬架结构

技术领域

本发明属于商用车后悬架结构。

背景技术

随着道路的改善、顾客对乘坐平顺性和舒适性的要求越来越高，同时顾客对底盘零部件的可靠性要求也越来越高，以降低整车使用成本。

现在商用车后悬架主要有钢板弹簧后悬架和空气弹簧后悬架两种，对于平顺性要求较低的后悬架采用普通等截面钢板弹簧悬架，对于平顺性要求稍高的后悬架采用变截面钢板弹簧悬架，对于平顺性要求较高的车辆采用空气弹簧悬架。

现有钢板弹簧后悬架机构由于结构简单、单件成本较低，制造容易，自身具有导向功能，广泛地用于各种商用车后悬架上，但平顺性差，质量较大，寿命短，整车使用成本较高。

空气悬架虽然平顺性较好，但必须由压缩机、阀、出气筒等提供稳定压缩气体，还需要高度传感器等，附配件较多、结构复杂，同时，使用寿命不长，好的空气弹簧仅能保证5年，也不能满足整车寿命要求。

现在悬架缓冲块多为橡胶元件，成本较低，容易生产，但是形状和性能改变空间较小，受到较大冲击时，容易开裂，寿命较短。

因此，无论钢板弹簧悬架还是空气弹簧悬架都不能同时满足商用车的结构成本和平顺性等要求，使用寿命都较短。

随着科技发展，玻璃纤维和树脂等成型的复合材料，逐步用于汽车悬架弹簧元件。复合材料比强度比模量高、具有良好的耐疲劳性能、阻尼减振性能和耐腐蚀性能，因此，使用复合做弹性元件，可大幅提高车辆的平顺性和舒适性，而质量仅是钢板弹簧的1/4左右，不仅有效地提高了燃油效力，还降低了簧下质量，减小簧下振动，同时寿命长，在整车寿命范围内无需更换弹性元件，整车使用和维修成本相对较低。

聚氨酯材料在静态和长期动态负荷下永久压缩形变较小，具有优越的渐进性的压力/压缩特性和良好的耐湿热、抗低温、抗老化、抗磨损等性能，使用寿命长，在很大的纵向变形的情况下，横向膨胀微小，安装空间更紧凑。 因此，根据其独特性能，通过改变其成分、密度和外形，可设计不同特性要求的缓冲块。

发明内容

本发明的目的是改进和优化商用车后悬架的结构、减小占用空间小，降低重量，减小簧下振动，提高平顺性、舒适性和悬架系统的寿命，提高了燃油效力，降低整车使用成本。

实现上述发明目的的技术改进方法如下：

所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，包括车架、前横梁、V形推力杆、前支架、前板端软滑块、纵向变截面推力杆、复合材料板簧、板簧护板、变特性缓冲块、后桥、后支架、后板端软滑块、U形螺栓、U型螺栓垫板、减振器、稳定杆、稳定杆连接杆、稳定杆连接杆支架、后滚筒等。

结构改进：

将后悬架的弹性元件改为变截面复合材料板簧，左右各纵向放置一个单片复合材料板簧，中部为等截面，中部到前端和中部到后端的区段截面呈从大到小抛物线变化，各点应力相等，复合材料寿命长，重量轻。

在复合材料板簧的中部，先用中心螺栓将上下各一板簧护板和复合材料板簧固定在一起，用中心螺栓将复合材料板簧中心定位于后桥板簧托座中心，再用U型螺栓固定在后桥上。复合材料板簧前端上面与前板端软滑块贴合，后端与后板端软滑块贴合，前板端软滑块和后板端软滑块从上到下由金属材料、弹性材料和耐磨材料胶合成一体，具有承载、缓冲和耐磨等功效，实现板端软固定，大幅提高车辆行驶平顺性。

复合材料板簧前端由前板端软滑块和纵向变截面推力杆上下限位，后端后板端软滑块和后滚筒上下限位。

在车架与后桥之间装有变特性缓冲块，变特性缓冲块的弹性主体为聚氨酯材料，寿命长，可靠性好，通过改进弹性主体的成分、形状和密度，优化弹性主体的特性，使变特性缓冲块起到副簧、缓冲和限位作用。

左右各用八个螺栓将前横梁和前支架固定到车架上，用V形推力杆连接前横梁与后桥中部，前横梁、前支架和车架的安装结构既可提高了固定强度，又可节约成本。

用两个纵向变截面推力杆分别将左、右前支架与后桥两侧连接，纵向变截面推力杆的杆体为前薄后厚矩形变截面，各处应力基本相同，提高了推力杆的功效和零部件的可靠性。

在V形推力杆和纵向变截面推力杆的连接处都有橡胶衬套，不仅有效控制车辆纵向和横向力和力矩的作用，而且缓解横向和纵向力的冲击，保证和提高车辆行驶平顺性和稳定性。

本发明不仅解决了钢板弹簧悬架平顺性差、质量大等问题，也解决了空气弹簧悬架结构复杂、需要压缩空气等问题，也解决现有悬架使用寿命短等问题。

本发明有益的技术效果和价值体现在以下几个方面：

1、具有较大的适用范围，调整零部件强度，不仅可使用于重、中、轻型货车，也可适用大小型客车等商用车的后悬架结构。

2、质量仅是钢板弹簧1/4 左右，不仅提高了燃油经济性，而且降低了簧下质量，减少簧下振动。

3、比弹性能比钢板簧要高出5倍以上，平顺性大幅提高，与空气弹簧悬架相当，但不需要压缩机、阀、储气筒等繁多附配件。

4、单片复合材料板簧无钢板弹簧片间摩擦，板端软固定，振动和噪音大幅降低。

5、如果应力过大，不会马上断裂，先开裂，同时刚度变化不大，发现开裂可及时更换，具有“安全断裂”特性，提高悬架的可靠性。

6、变特性缓冲块弹性主体是聚氨酯材料，调整聚氨酯的成分、密度和成型形状，可同时起到副簧、缓冲和限位作用。

7、前板端软滑块和后板端软滑块从上到下由金属材料、弹性材料和耐磨材料胶合成一体，具有承载、缓冲和耐磨等功效，实现板端软固定，大幅提高车辆行驶的平顺性。

8、复合材料板的疲劳寿命是现有钢板弹簧、空气弹簧的4-10倍，变特性缓冲块也远高于现有橡胶缓冲块，与复合材料板簧相对，在整车使用寿命内基本上不需要更换零部件，这样，提高车辆的使用率，降低车辆使用和维修成本。

9、将纵向变截面推力杆和V形推力杆的完美地匹配在一起，有效地控制作用在车辆上的纵向和横向力和力矩，保证和提高车辆的平顺性和稳定性。

附图说明：

图1为本发明结构示意图

图2为本发明结构主视图

图3为图2的俯视图

图4为图2的左视图右半部放大

图5为图2的右视图左半部放大

图6为图2的仰视图上半部

图7为图3的A-A向剖视图

图8为图3的B-B向剖视图

图9为图7的I区的放大图

图10为图7的II区的放大图

图11为图7的III区的放大图

图12为缓冲块13主体的特性图

其中：1－前横梁；2－V形推力杆；3－车架；4－前支架；5－前板端软滑块；6－纵向变截面推力杆； 7－左稳定杆连接杆支架； 8－稳定杆连接杆； 9－减振器； 10－U型螺栓；11－U型螺栓垫板；12－板簧护板； 13－变特性缓冲块； 14－复合材料板簧；15－稳定杆支架；16－稳定杆； 17－后滚筒；18－后板端软滑块；19－后支架；20－后桥；21－右稳定杆连接杆支架。

具体实施方式

实施例左右对称，下面通过附图所示，结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，包括前横梁1、V形推力杆2、车架3、前支架4、前板端软滑块5、纵向变截面推力杆6、左稳定杆连接杆支架7、稳定杆连接杆8、减振器9、U型螺栓10、型螺栓垫板11、板簧护板12、变特性缓冲块13、复合材料板簧14、稳定杆支架15、稳定杆16、后滚筒17、后板端软滑块18、后支架19、后桥20、右稳定杆连接杆支架21等。

先用螺栓将前板端软滑块5和后板端软滑块18分别预装在前支架4和后支架19上，如图1、图7、图9、图11所示。

左右各用八个螺栓将两个前支架4和前横梁1固定在车架3上，左右再各用六个螺栓将两个后支架19固定到车架3上，如图1、图2、图3所示。

用螺栓将左右两个变特性缓冲块13固定车架3上，如图1、图4、图5、图8所示。

左右各用两个螺栓将V形推力杆2前端左右装到前横梁1上，如图1、图,3、图6所示。

将两个板簧护板12装到复合材料板簧14中部上、下两面上后，用中心螺栓将复合材料板簧14和两个板簧护板12固定在一起，然后将中心螺栓下端插入后桥20板簧托座的定位孔中，将螺栓垫板11放到上面的板簧护板12上，用两个U型螺栓10将复合材料板簧14固定在后桥20的板簧托座上，同样，将另一侧复合材料板簧14固定在后桥20另一边，如图1、图2、图3、图7、图8所示。

用设备将后桥20顶起并移动，用两个螺栓将V形推力杆2的后端装到后桥20的中部支架上，如图1、图3所示；然后使左右各一复合材料板簧（14）前端分别与前板端软滑块5贴合，后端分别和后板端软滑块18贴合，如图7、图9、图11所示；再用两个螺栓将纵向变截面推力杆6的前端固定在前支架4上，后端用一个螺栓和一个螺母固定在后桥20支架上，另一侧变截面推力杆6连接方式相同，如图1、图2、图4、图6、图7、图10所示。

分别用三个螺栓将左稳定杆连接杆支架7和右稳定杆连接杆支架21固定到车架3上，如图1、图2、图3、图4、图6所示。

将稳定杆支架15下端插入后桥20支架孔内，上端用螺栓将稳定杆16中部固定在后桥20上，用螺母将一个稳定杆连接杆8下端与稳定杆16左端相连，上端用螺母与左稳定杆连接杆支架7相连，同样，另一个稳定杆连接杆8一端与稳定杆16右端连接，上端与右稳定杆连接杆支架21。如图1、图2、图4、图6所示。

减振器9一端通过螺栓、螺母固定在车架3上，另一端用螺栓、螺母与后桥20相连。

板端软固定单片复合材料板簧悬架机构的工作原理：

所述悬架机构左右对称，下面以实施例来说明本发明的工作原理。

车轮和轮毂分别固定在后桥20上，在车辆行驶过程中，车轮所受到的地面垂直作用力，通过后桥20、复合材料板簧14、前板端软滑块5、后板端软滑块18传到车架3和车身上。

当车辆受到地面的冲击力时，先经过复合材料板簧14、前板端软滑块5和后板端软滑块18、减振器吸收，当冲击更大时，由变特性缓冲块13进行吸收和限位。

前板端软滑块5和后板端软滑块18从上到下由金属材料、弹性材料和耐磨材料胶合成一体，具有承载、缓冲和耐磨等功效，实现板端软固定，大幅提高车辆行驶的平顺性，如图7、图9、图11所示。

变特性缓冲块13具有副簧、缓冲和限位作用，如图12所示，在点1之间，主要是增加复合材料板簧的刚度，起到副簧作用；在点1~点2之间，主要作用是缓冲地面的冲击力；在点2~点3之间，主要作用是对冲击的限位。

作用在车辆上的纵向力，主要通过纵向变截面推力杆6及其内部橡胶衬套来控制和缓冲。

作用在车辆上的横向力和力矩，通过V形推力杆2和纵向推力杆6及其内部橡胶衬套来控制和缓冲。

当车辆侧倾时，不仅通过两侧复合材料板簧14，变特性缓冲块13、减振器9抵抗车辆侧倾，而且通过稳定杆16来进一步抵抗车辆侧倾，保证车辆正常运行。

Claims (10)

1.板端软固定单片复合材料板簧悬架机构包括前横梁、V形推力杆、车架、前支架、前板端软滑块、纵向变截面推力杆、U型螺栓、U型螺栓垫板、复合材料板簧、板簧护板、变特性缓冲块、后桥、后支架、后板端软滑块、减振器、稳定杆、稳定杆连接杆、稳定杆连接杆支架、稳定杆支架、后滚筒等，相对现有技术的空气弹簧悬架机构和钢板板簧悬架机构，其特征在于：

将前板端软滑块（5）和后板端软滑块（18）分别固定在前支架（4）和后支架（19）上，前支架（4）、前横梁（1）通过螺栓一起固定在车架（3）上，用螺栓将后支架（19）、左稳定杆连接杆支架（7）、右稳定杆连接杆支架（21）、变特性缓冲块（13）固定车架（3）上；

V形推力杆（2）前端左右与前横梁（1）相连，后端与后桥（20）上的支架相连，纵向变截面推力杆（6）的前端与前支架（4）相连，后端与后桥（20）相连；

中心螺栓将复合材料板簧（14）和上下两个板簧护板（12）固定在一起，U型螺栓（10）通过U型螺栓垫板（11）将复合材料板簧（14）固定在后桥（20）的板簧托座上，复合材料板簧（14）前端与前板端软滑块（5）贴合，后端和后板端软滑块（18）贴合；

稳定杆（16）通过稳定杆支架（15）和螺栓固定在后桥（20）上，两端与稳定杆连接杆（8）相连，两侧稳定杆连接杆（8）与左稳定杆连接杆支架（7）和右稳定杆连接杆支架（21）相连，减振器（9）一端通过螺栓固定在车架（3）上，另一端与后桥（20）相连。

2.根据权利要求1所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，其特征在于：左右侧各有一个单片复合材料板簧（14），中部为等截面，中部到前端和中部到后端的区段截面呈从大到小抛物线变化，各点应力相等，复合材料寿命长，重量轻。

3.根据权利要求1所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，其特征在于：在车架（3）与后桥（20）之间装有变特性缓冲块（13），变特性缓冲块（13）的弹性主体为聚氨酯材料，寿命长，可靠性好，通过改进弹性主体的形状和密度，优化弹性主体的特性，使变特性缓冲块（13）起到副簧、缓冲和限位作用。

4.根据权利要求1所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，其特征在于：V形推力杆（2）固定在前横梁（1）上，左右各用八个螺栓将前横梁（1）和前支架（5）固定在一起，该结构既提高了强度，又节约成本。

5.根据权利要求1所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，其特征在于：纵向变截面推力杆（6）的杆体为前薄后厚矩形变截面，该结构可有效控制作用在整车的纵向力，并对横向力和力矩起到一定控制作用，同时杆体各处应力基本相同，提高了推力杆的功效和零部件的可靠性。

6.根据权利要求1，2所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，其特征在于：复合材料板簧（14）前端由前板端软滑块（5）和纵向变截面推力杆（6）上下限位，后端后板端软滑块（18）和后滚筒（17）上下限位。

7.根据权利要求1所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，其特征在于：前板端软滑块（5）和后板端软滑块（18）从上到下由金属材料、弹性材料和耐磨材料胶合成一体，具有承载、缓冲和耐磨等功效。

8.根据权利要求1，2，3所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，有效地控制和缓冲作用在车辆的垂直力，并提高后悬架平顺性，相对现有后悬架结构，结构简洁，重量轻，整个悬架寿命与整车相当，降低整车使用成本。

9.根据权利要求1，4，5所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，上面V形推力杆（2）和下面左右两个纵向变截面推力杆（6）完美地搭配在一起，有效地控制车辆纵向和横向作用力和力矩，起到良好的导向作用，提高车辆平顺性和操作稳定性。

10.根据权利要求1，2，3，4，5所述的板端软固定单片复合材料板簧悬架机构，调整零部件强度，可适用重、中、轻型货车和客车等商用车后悬架。