CN104972859A - 一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，包括U型螺栓金属夹板、主簧、副簧和下垫片，下垫片、副簧、主簧、U型螺栓金属夹板由下至上依次叠放后通过中心螺栓固定连接进行限位，并通过U型螺栓辅助夹紧固定；所述主簧为钢板弹簧，所述副簧为复合材料板簧。副簧采用E玻璃纤维/聚氨酯复合材料制作，经过高压RTM工艺一体成型，复合材料纤维铺层均为0度，复合材料纤维体积含量为58％。在满足汽车对钢板弹簧性能要求的基础上，降低设计成本，减轻板簧总成质量，提高其使用寿命。本发明同时公开了一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成的装配方法。

Description

一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成及其装配方法

技术领域

本发明涉及一种汽车悬架的钢板弹簧总成，具体涉及一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，属于汽车零部件领域。

背景技术

板簧的结构形式、材料、加工制造手段和设计方法一直在进步和发展。常见的汽车钢板弹簧有多片等截面式、主副簧复合式、少片变截面式、渐变刚度式等四种。

传统的汽车板簧一直采用耐疲劳性能极好的弹簧钢来制造。但世界汽车工业发展的趋势表明，安全、节能、环保型的汽车已成为21世纪汽车发展的主流，而要实现安全、节能和环保这一目标，汽车轻量化则是最佳的途径。

随着汽车工业中新材料、新工艺、新技术的不断发展，复合材料进入了汽车领域，并逐渐取代了传统的金属材料。

其中，树脂基复合材料，作为汽车上重要的轻量化材料，越来越多地取代了传统的金属材料。与钢铁材料、铝合金等传统材料相比，树脂基复合材料具有重量轻、比强度高、耐腐蚀、减振性能好、可设计性强、易于加工等优点，并且实践证明，在汽车上大量使用树脂基复合材料可以显著减轻汽车自重、降低油耗、提高汽车安全舒适性，同时还可减少环境污染和降低汽车的制造与使用综合成本。

经过对现有技术的检索，我们发现现有采用复合材料的板簧主要有：

US4,557,500B公开了一种由纤维复合材料制成的板式弹簧,该板弹簧从俯视角度来看中间窄两头宽，即采取的变厚度，等截面积设计。

CN IO4029579A公开了一种板端软固定单片复合材料板簧悬架结构，其中复合材料单片簧为中部为等截面,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的设计。

CN 204077274U公开了一种等截面积的复合材料板簧结构主体部分是从中间向两端沿着长度方向的宽度由窄逐渐变宽；厚度由厚逐渐变薄,使其横截面积始终相等；在复合材料板簧主体中间部位,利用卡箍结构与复合材料板簧主体固定连接。

CN IO2700377A公开了一种汽车复合材料板弹簧总成及其组装方法，该板簧为复合材料单片簧，通过U型螺栓进行连接定位，板簧中间没有螺栓定位孔。

上述专利申请涉及的都是复合材料板弹簧都是作为主簧使用，由于主簧并非采用抛物线设计，其承载能力有限，使用过程中应力分布不均匀；将复合材料板簧作为主簧使用，未能考虑使用过程中出现的极端情况，如安装在重型卡车上，在路况极端恶劣情况下，以及严重超载等情况对汽车的安全性、通过性的要求；同时可见，如果汽车采用钢板弹簧副簧，其整车质量会比较大，影响汽车燃油经济性，而且板簧的疲劳寿命、汽车行驶安全性均未能得到改善。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，在满足汽车对钢板弹簧性能要求的基础上，提供一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，以降低设计成本，减轻板簧总成质量，提高其使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，包括U型螺栓金属夹板、主簧、副簧和下垫片，下垫片、副簧、主簧、U型螺栓金属夹板由下至上依次叠放后通过中心螺栓固定连接进行限位，并通过U型螺栓辅助夹紧固定；所述主簧为钢板弹簧，所述副簧为复合材料板簧。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，副簧采用E玻璃纤维/聚氨酯复合材料制作，经过高压RTM工艺一体成型，复合材料纤维铺层均为0度，复合材料纤维体积含量范围为40％-70％。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，副簧簧身形状为抛物线板簧形状。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，副簧在簧身底部中间部位设有副簧加厚层。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，下垫片为金属垫片，其与副簧粘接固定。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，副簧加厚层的底面为多边形。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，副簧加厚层的底面为矩形。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，副簧加厚层的底面为椭圆形。

所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其中，U型螺栓金属夹板两边采取圆弧过渡。

本发明同时提供一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成的装配方法，包括以下步骤：

将下垫片与副簧底面粘接固定，形成副簧总成；

将车桥、上述副簧总成、主簧、U型螺栓金属夹板由下往上依次叠装后，通过车桥的板簧中心螺栓连接限位，将U型螺栓插入车桥上的U型螺栓安装孔固定，并通过U型螺栓进行夹紧和固定，完成装配总成；

将上述装配总成通过前、后板簧吊耳装配在车架的吊耳铰接点上，完成具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成的全部装配。

本发明是一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其与现有的汽车钢板弹簧相比具有非常明显的优点：

(1)复合材料板簧应用的主要阻碍是成本远高于钢板弹簧，本发明中主簧采用原有设计，仅用复合材料副簧替换原有金属副簧，可将板簧总成的制造成本降至最低；

(2)副簧采用复合材料板簧，其比强度高，比模量高；

(3)副簧采用复合材料板簧，其质量轻，有利于汽车轻量化，改善燃油经济性；

(4)副簧采用复合材料板簧，有利于改善汽车行驶舒适性和安全性；

(5)副簧采用复合材料板簧，可与不同类型、不同材料的主簧匹配使用；

(6)能够一次性一体成形，仅需简单的机械加工(钻孔)；

(7)有效地提高了汽车板簧总成的使用寿命；

(8)与单片复合材料板簧相比，具有金属主簧的板簧总成“看起来”更安全，从而促进复合材料板簧的推广应用。

附图说明

图1(a)为本发明所述具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成主视图

图1(b)为本发明所述具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成三维图

图2为钢板弹簧主簧吊耳主视图

图3(a)为U型螺栓金属夹板俯视图

图3(b)为U型螺栓金属夹板三维图

图4为下垫片三维图

图5为中心螺栓三维图

图6(a)为复合材料副簧主视图

图6(b)为复合材料副簧仰视图

图6(c)为复合材料副簧加厚层截面示意图

图6(d)为复合材料副簧加厚层截面示意图

图6(e)为复合材料副簧三维图

图7(a)为钢板弹簧主簧第一片簧主视图

图7(b)为钢板弹簧主簧第一片簧三维图

图8(a)为钢板弹簧主簧第二片簧主视图

图8(b)为钢板弹簧主簧第二片簧三维图

图9(a)为钢板弹簧主簧第三片簧主视图

图9(b)为钢板弹簧主簧第三片簧三维图

图中：1.U型螺栓金属夹板 2.钢板弹簧主簧 3.副簧 4.下垫片 5.中心螺栓 6.橡胶衬套 7.螺栓 8.副簧加厚层 9a.前板簧吊耳 9b.后板簧吊耳

具体实施方式

下面参照附图，结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1(a)、图1(b)所示，一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，包括U型螺栓金属夹板、主簧、副簧和下垫片，将下垫片、副簧、主簧、U型螺栓金属夹板由下至上依次叠放后通过中心螺栓固定连接进行限位，并通过U型螺栓辅助夹紧固定，固定后的汽车钢板弹簧总成通过中心螺栓5安装在车桥上，一对U型螺栓采用内八字斜拉布置在汽车钢板板簧总成上，将橡胶衬套6和配合的螺栓7装配到钢板弹簧主簧2两端的前后板簧吊耳9a、9b中，如图2所示，并将前后板簧吊耳安装到车架上对应的板簧铰接点上，用以传递车架和车桥之间的作用力。

本发明的主要构想是在当前汽车后悬架钢板弹簧总成的基础上，对其副簧进行改进，采用复合材料板簧，而主簧仍然使用钢板弹簧。这样做可以降低设计成本，有利于复合材料板簧的进一步推广与应用，逐渐改变复合材料板簧在消费者心中“易断、脆、疲劳寿命低”的观念。由于钢板弹簧主簧2采用汽车原车后悬架钢板弹簧，故中心螺栓、橡胶衬套均不变，吊耳部位与车架的连接没有变化，按原车装配方法装配。钢板弹簧主簧2可选择金属单片簧、两片簧、少片簧、多片簧、复合材料单片簧、少片簧等结构，如图7(a)至图9(b)所示。

如图3(a)、图3(b)所示，U型螺栓金属夹板1两边采取圆弧过渡，有效减少钢板弹簧与之接触产生的应力。

如图6(a)所示，副簧3簧身形状为抛物线板簧形状，提高材料利用率；副簧3簧身形状还可以为截面积渐变形式的，其厚度从中间向端部线性递减。

副簧3采用复合材料副簧，采用E玻璃纤维/聚氨酯复合材料制作，经过高压RTM工艺一体成型为复合材料板簧，本身具有质量轻，比强度高，比模量高等特点。副簧3复合材料纤维铺层均为0度，疲劳寿命和抗蠕变性能更好；副簧3复合材料纤维体积含量根据工艺需求在40-70％范围内选取，优选为58％，对生产工艺和生产设备的要求较低，易于批量生产。

如图6(b)所示，副簧3由于要和钢板弹簧主簧2通过中心螺栓5配合装配，所以复合材料副簧3中部钻有螺栓通孔。

如图6(b)所示，副簧3簧身底部中间部位设有副簧加厚层8，由于簧身钻孔切断了簧身中的玻璃纤维，在使用过程中，钻孔区域将会产生较大的应力集中，降低其承载能力和使用寿命，所以对其中间部位进行加厚、加长(横截面不变)处理，这样可以承受由于钻孔处产生的应力集中，保证副簧3的强度。所述副簧加厚层8，其底面为矩形，如图6(b)所示，根据实际需要，也可设计为如椭圆形、其他合适的多边形等形状，如图6(c)、图6(d)所示，以方便副簧制造或降低工艺难度。

以上所述副簧3，由于板簧底座的配合表面并不完全平整，而树脂基复合材料的硬度较低，当垂向力较大时容易出现应力集中，需要对副簧3中部底面采取保护措施。因此，在副簧3和车桥板簧安装底座之间设有下垫片4，下垫片4上表面与副簧3下表面直接粘接，并与车桥的板簧安装底座及中心螺栓装配孔配合。如图4所示，下垫片4中间钻有螺栓孔，通过中心螺栓5与复合材料副簧3配合定位。

下垫片4为金属垫片(用45号钢制作)，金属下垫片的硬度明显大于树脂基复合材料，可提高副簧3下表面的硬度，有效保护复合材料副簧3，提高副簧3的疲劳寿命。

本发明所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成的装配方法，包括以下装配步骤:

将下垫片与副簧底面粘接并与车桥的板簧中心螺栓配合；

将车桥与副簧总成(包括复合材料副簧及下垫片)、钢板弹簧主簧、U型螺栓金属夹板这四个部件由下往上依次定位叠装后，通过车桥的板簧中心螺栓连接限位；安装U型螺栓，将U型螺栓插入车桥上的U型螺栓安装孔安装固定，将下垫片、副簧、钢板弹簧主簧、U型螺栓金属夹板和车桥通过两个U型螺栓进行夹紧和固定；

将上述装配总成的前、后板簧吊耳9a、9b装配在车架的吊耳铰接点上，完成具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成的全部装配。

Claims (10)

1.一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，包括U型螺栓金属夹板、主簧、副簧和下垫片，下垫片、副簧、主簧、U型螺栓金属夹板由下至上依次叠放后通过中心螺栓固定连接进行限位，并通过U型螺栓辅助夹紧固定；所述主簧为钢板弹簧，所述副簧为复合材料板簧。

2.按照权利要求1所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述副簧采用E玻璃纤维/聚氨酯复合材料制作，经过高压RTM工艺一体成型，复合材料纤维铺层均为0度，复合材料纤维体积含量范围为40％-70％。

3.按照权利要求2所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述副簧簧身形状为抛物线板簧形状。

4.按照权利要求2所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述副簧在簧身底部中间部位设有副簧加厚层。

5.按照权利要求4所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述副簧加厚层的底面为多边形。

6.按照权利要求5所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述副簧加厚层的底面为矩形。

7.按照权利要求4所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述副簧加厚层的底面为椭圆形。

8.按照权利要求1所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述下垫片为金属垫片，其与副簧粘接固定。

9.按照权利要求1所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成，其特征在于，所述U型螺栓金属夹板两边采取圆弧过渡。

10.按照权利要求1所述的一种具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

将下垫片与副簧底面粘接固定，形成副簧总成；

将车桥、上述副簧总成、主簧、U型螺栓金属夹板由下往上依次叠装后，通过车桥的板簧中心螺栓连接限位，将U型螺栓插入车桥上的U型螺栓安装孔固定，并通过U型螺栓进行夹紧和固定，完成装配总成；

将上述装配总成通过前、后板簧吊耳装配在车架的吊耳铰接点上，完成具有复合材料副簧的汽车钢板弹簧总成的全部装配。