CN105377594B - 车辆悬架及其板簧 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆悬架板簧组件，其布置成沿着车辆的纵向方向安装在车辆两侧，所述板簧组件具有：第一端(223、224)，所述第一端(223、224)布置成枢转连接到车辆上的第一支架(207)；和第二端(225、226)，所述第二端(225、226)布置成连接到车辆上的弹簧吊耳(210)，其中，所述板簧组件布置成在所述板簧组件的第一端和第二端中间的位置处连接到横向于所述板簧组件延伸的车轴(212)。该板簧组件包括：上弹簧装置，所述上弹簧装置包括以预定间隔并排布置并在所述第一端和第二端(223、224；225、226)之间延伸的两个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)；和至少一个下弹簧装置(220；421；521、523)，所述下弹簧装置被布置在上板簧(221、222；404、405；504、505)下方。

Description

车辆悬架及其板簧
技术领域
本发明涉及一种包括板簧的车辆悬架(特别是用于商用车辆的悬架)以及用于这种悬架中的板簧。
背景技术
通常，带有包括纵梁的车架的大多数商用车辆装配有单个可转向的串联车轴或多车轴组件。通常，被提供用于支持和衰减每个车轴和车架之间的相对运动的悬架系统包括单级多片式板簧、气动弹簧系统或其组合。许多车辆装配有单级多片式板簧，该多片式板簧被设计为在车辆运行期间以机械方式衰减车架和车轴之间的运动。
通常用板簧支撑这种车辆，所述板簧在每一端处附接到车辆底盘并在弹簧的中心附近附接到车轴。在这种布置结构中，当悬架承受负载时，弹簧中的最大弯曲力矩发生在车轴与弹簧的附接点处，并从该点沿着弹簧在任一方向上降低。为了实现弹簧材料的最有效利用并减轻重量，一种选项是使用单一板簧。该弹簧可以沿着从附接到车轴的最大厚度点处朝向其端部的任一方向形成为渐缩的。为了在渐缩的弹簧中实现可接受的偏转特性，需要以相对高的精确度制造该弹簧。制造渐缩的钢板簧的成本相对高，因为这要求使用特殊的渐缩滚压机。结果，虽然渐缩的单一板簧目前一般适合与较大车辆(例如重型卡车)一起使用，但这种渐缩的单一板簧明显比常规的平板弹簧更贵。
板簧悬架的设计中的另一个重要因素是所期望的弹簧刚度。弹簧刚度被定义为使具有挠度的弹簧挠曲所需的力的增加率，它是截面惯性矩、弹簧长度以及弹簧材料的弹性模量的函数。一般地，单一板簧必须设计为使得其具有足够强度以承受在其运行时施加的载荷，且还要具有足够低的弹簧刚度以提供可接受的乘坐质量。另外，所期望的弹簧刚度必须在施加于悬架上的特定几何约束内实现，例如弹簧的最大允许长度和弹簧的挠度。
为了实现这些各种设计和经济因素的折衷，设计者经常使用“堆叠(built-up)”式钢弹簧组件，其包括多个彼此分开的弹簧片，这些弹簧片的长度从该组件的顶部到底部递减以实现总体上渐缩的形状。通常，这些弹簧片在其中心处(车轴安装在此中心处)被夹在一起，但当弹簧偏转时，所述弹簧片相对于彼此自由地纵向滑动。弹簧片通常具有恒定厚度以降低制造成本，但使用渐缩的弹簧片获得了更高的效率。然而，如前文所述，这种渐缩的弹簧片的制造成本相对高。
堆叠式钢弹簧组件的主要缺点之一是其重量。由于近年来燃料成本的急剧增加且因此需要减轻车辆重量，设计者开始审视包括悬架在内的所有主要的车辆部件，以观察是否可以找到减轻车辆部件的重量而不会负面地影响其成本或性能的方式。特别地，已有人提出可通过各种现有技术的塑料或复合材料(而不是钢)来制造远远更轻且更有效的弹簧。这些材料中的某些材料特别有益于用来构建具有非均匀横截面的弹簧，因为它们能够被容易地模制成型。
尽管存在这些努力，但塑料和复合材料的单一板簧由于各种原因尚未在商业上应用。通常都认为，完全由塑料制成的弹簧不切实际，因为其体积过大且不足以抵抗磨损和冲击。一种已知的塑料弹簧(由Exxon公司的部门以商标GRAFTEK销售)由带有玻璃纤维强化的环氧芯部的石墨蒙皮制成。该弹簧已被证明是不实际的，因为其高成本以及极度单向的应力承载能力。即，该弹簧在竖直方向上足够强，但在横向方向或扭转方向上太弱，从而不能用在通常的悬架中。由于车辆弹簧必须吸收转向载荷以及来自石头和其他碎屑的高冲击载荷，所以，石墨作为可行的板簧成分是不令人满意的。已有人提出了用金属和塑料的复合物来减轻这些石墨问题中的一些问题。然而，这些复合物弹簧的制造成本因此太高了而不能用它们替代所有的钢弹簧组件。
单一板簧的另外缺点是：在弹簧失效的情况下，其安装必须通过安全系统或装置在每一端处固定。对于转向的前车轴，其前端设有安全孔眼以阻止前车轴脱位，且其后端设有钢带或阻挡器。这种安全系统增加了成本和重量且在弹簧断裂时导致微小的车轴脱位，这可能导致在板簧断裂之后维持转向控制的问题。在弹簧断裂之后，车辆可能无法被驱动且必须拖到维修厂。
根据本发明的技术方案旨在提供一种克服了上述问题的、改进的板簧组件。
发明内容
上述问题通过根据所附权利要求的悬架和板簧组件来解决。
在下文中，所称的“车辆”是商用型车辆，其包括由一对大致平行的梁构成的车架，例如带有I形或C形横截面的梁。优选但非必须地，根据本发明的悬架旨在用于包括可转向轮的前轮悬架。应当注意，除非另外指出，所称的所有距离均是指在车辆静止且悬架处于其未受载状态时测得的距离。
本发明涉及一种用于车辆悬架的板簧组件，其布置成沿着车辆的纵向方向安装在车辆的两侧。每个板簧组件被附接在底盘或车架的两个相反侧上并布置成支撑横向刚性车轴的一端。该车轴优选是转向的车轴，但并非必须如此。
该板簧组件具有第一端和第二端，该第一端布置成用于枢转连接到车辆上的第一支架，该第二端布置成用于连接到车辆上的弹簧吊耳。在常规的车辆悬架中，该第一支架是前弹簧吊架或支架，该第二支架是后弹簧吊架或支架。如上文所示，该板簧组件被布置成在所述板簧组件的第一端和第二端中间的位置处连接到横向于所述板簧组件延伸的车轴。每个弹簧组件中的上板簧的端部包括弹簧卷耳(spring eye)，也称为孔眼卷耳(eye wrap)。
根据本发明，该板簧组件包括以预定间隔并排布置并在所述第一端和第二端之间延伸的两个独立上板簧和至少一个布置在上板簧下方的独立下板簧装置。该独立上板簧和下板簧优选是抛物线板簧，其中，这两个上板簧是相同的。因此，这两个上板簧在纵向延伸和横截面宽度及高度方面具有相同的尺寸，且具有相同的弹簧特性。
所述上板簧布置成用于替代常规的单一板簧，其中，组装在一起的上板簧的总宽度等于被替代的常规单一板簧的宽度。这样，组装在一起的上板簧能够在改动最小的情况下安装到现有的第一支架和第二支架。这样安装的结果是：所述上板簧处于相同平面内且以相同的高度并排安装，即，在工作(承载)模式和不工作(不承载)模式中，在侧视图中这两个弹簧的投影将精确地重合。而且，由于上板簧被布置成用于替代单一板簧，这两个上板簧在工作模式中将始终同时工作。在此上下文中，“单一板簧”被定义为在所述支架之间延伸的一个实体的抛物线板簧。用语“组装在一起的上板簧”或“上弹簧装置”被定义一对彼此间隔开且大致平行的、独立的抛物线板簧。用语“下弹簧装置”被定义为单一抛物线板簧，或替代地，被定义为一对彼此间隔开且大致平行的、独立的抛物线板簧。“板簧组件”被定义为上板簧和下板簧或弹簧装置的组合组件。根据本发明的板簧组件优选包括抛物线弹簧，其中每个抛物线板簧的宽度和高度可沿着其延伸范围变化。
所述独立上板簧具有预定间隔和一定宽度，该间隔和宽度被选择为提供板簧组件的预定的总宽度。该间隔可以是恒定的或可沿板簧组件的长度变化。例如，可根据所选择的所述独立板簧的边缘半径和横截面来改变该间隔。优选地，在沿着独立板簧的在所述弹簧卷耳之间的延伸范围的任何位置处，所述独立板簧具有以下的宽度、厚度和间隔：该宽度、厚度和间隔被选择为使得板簧组件的组合的截面惯性矩(second moment of inertia)至少等于在相同位置处具有相同总宽度的单一板簧的截面惯性矩。
对于具有矩形横截面的单一实体上板簧，在经过中心纵向轴线的x和y平面内的截面惯性矩Ix1、Iy1被定义为：
其中，b1是实体板簧的宽度，h1是实体板簧的高度或厚度。
对于根据本发明的组装在一起的板簧，截面惯性矩Ix2、Iy2被定义为：
其中
其中，b2是两个独立上板簧中的每个上板簧的宽度，且h2是每个上板簧的高度或厚度。
图6示出了现有技术的弹簧和根据本发明的一对组装在一起的上板簧的、在与主方向成直角的竖直平面内的示意性横截面。在各自的横截面中示出了上述测量量，为简化起见，所述横截面被示出为包括矩形形状。
例如，利用上述方程式(1)至(5)，标准的单一板簧可具有100mm的宽度b1和10mm的厚度h1。如果用具有100mm(各自的宽度b2为29mm，间隔b3为42mm)的相同总宽度b1的弹簧组件替代标准的弹簧，则厚度h2必须至少为12mm。在此情况下，厚度的增加由Ix2决定，因为这种并排的弹簧装置对竖直平面内的Iy2的影响有限。在此示例中，该竖直平面被布置在组装在一起的上板簧的最厚的点处，在此情况下，该点邻近于车轴的附接点。
利用上述值，可计算出Ix2略大于Ix1，而Iy2的值为Iy1的值的111％。而且，组装在一起的上板簧中的两个弹簧的总横截面积A2仅为标准弹簧的横截面积A1的70％。因此，对于上述示例，通过使用根据本发明的组装在一起的上板簧，在车辆的每一侧上减轻的重量大约为30％。由此可见，根据本发明的组装在一起的上板簧可替代标准的实体板簧，仅需要使厚度有限地增加几毫米。所述标准的支架和弹簧吊耳也可以保留，从而允许将上弹簧安装在由间隔器分开的相同保持器内。为了实现明显的重量减轻而不明显增加弹簧厚度，本发明的板簧的各自宽度b2优选(但并非必须)被选定在总宽度b1的25％至45％的范围内，更优选在总宽度b1的30％至40％的范围内。所述独立板簧之间的间隙的最小尺寸受到用于维持上板簧之间的预定间隔的定位器销的尺寸和直径限制。该定位器销本身可用作间隔器，或设有放置在该定位器销上的柱形间隔器。
根据第一示例，该板簧组件包括：两个独立上板簧，所述两个独立上板簧以预定间隔并排布置；和至少一个独立下板簧，所述至少一个独立下板簧布置在上板簧之间的间隔下方。根据本发明，所述至少一个独立下板簧的宽度至少与单个上板簧的宽度相同。而且，所述至少一个独立下板簧的宽度等于或小于所述上板簧和所述间隔之和。每个独立下板簧居中地位于所述上板簧之间的间隔下方。直接位于上板簧下方的下板簧在其端部处和其中心部分处与所述上板簧接触。在其端部处，下板簧的上表面可与上板簧的下表面直接接触。在此情况下，下板簧可相对于上板簧通过彼此协作的定位装置定位，例如彼此配合的突起和凹部或者凹槽和凸脊。该定位装置具有在各个弹簧的纵向方向上的延伸，以在弹簧组件的承载期间允许有限的相对移动。替代地，各自的端部可由附接到各个上弹簧和下弹簧的、包括在金属片之间的弹性材料(例如橡胶)的衬套连接。此衬套将在弹簧组件的承载期间提供有限的相对移动。在所述中心部分处，下板簧和上板簧由垫片分开，该垫片优选由适当的金属制成。从上板簧之间的间隔中延伸穿过的定位器销可穿过下板簧中的开口，以将下板簧的中心部分相对于上板簧固定。
根据第二示例，该板簧组件包括：两个独立上板簧，所述两个独立上板簧以预定间隔并排布置；下板簧装置，该下板簧装置包括以预定间隔并排布置的两个独立下板簧。优选地，所述至少一个下板簧装置的宽度等于或小于直接布置在该下板簧装置上方的板簧装置。所述至少一个下板簧之间的间隔等于或大于上板簧之间的间隔，这取决于下板簧的宽度。每个下板簧居中地直接位于相应的上板簧的下方，并在其端部处以及位于所述端部之间的其中心部分处与所述上板簧接触。在其端部处，每个下板簧的上表面与其相应的上板簧的下表面直接接触。在此情况下，下板簧可相对于上板簧通过彼此协作的定位装置定位，例如彼此配合的突起和凹部或者凹槽和凸脊。该定位装置具有在各个弹簧的纵向方向上的延伸，以在弹簧组件的承载期间允许有限的相对移动。替代地，每个上板簧和下板簧各自的端部可由附接到各个上弹簧和下弹簧的、包括在金属片之间的弹性材料(例如橡胶)的衬套连接。此衬套将在弹簧组件的承载期间提供有限的相对移动。在所述中心部分处，下板簧和上板簧由垫片分开，该垫片优选由适当的金属制成。从上板簧之间的间隔中延伸穿过的定位器销可穿过下板簧之间的间隔，以将每个下板簧的中心部分相对于上板簧固定。
能够以与针对上板簧示出的相同方式来选择各个下板簧的尺寸。组装在一起的下板簧的尺寸被选择为提供与所替代的常规单一板簧相同的机械性能。在以上示例中，所期望的车轮悬架的总载荷和所要求的组成该弹簧组件的上板簧和下板簧的组合性能被用于确定所述至少一个独立下板簧的尺寸。每个另外的下板簧装置以与上文所示的相同的方式安装到最下方的板簧。每个另外的下板簧的宽度等于或小于其所安装到的下板簧的宽度。
每个独立上板簧包括在板簧组件的第一端处的弹簧卷耳或孔眼卷耳并安装在共同的衬套上。该衬套是大致柱形的且包括中心第一间隔器，该间隔器的宽度等于所述预定间隔。该第一间隔器可具有径向凸缘的形式，该径向凸缘具有与各个上板簧上的弹簧卷耳的侧表面接触的、两个彼此相反的环形接触表面。
所述独立上板簧以预定间隔并排布置并在中间位置处由宽度等于所述预定间隔的第二间隔器分开。该第二间隔器优选是用于将横向车轴附接到所述板簧组件的车轴组件的一部分。
本发明还涉及一种车辆悬架，该车辆悬架包括布置成在车架的两个相反侧纵向延伸的一对板簧组件。每个板簧组件具有通过第一支架以枢转方式连接到车辆的第一端，该第一支架在第一位置处刚性地接附到车架。板簧组件的第二端通过以枢转方式连接到第二支架的弹簧吊耳连接到车架，该第二支架在第二位置处刚性地附接到车架。该弹簧吊耳被提供用于补偿所述板簧在负载状态下的长度变化。该悬架还包括横向于车架延伸的车轴，该车轴在板簧组件的第一端和第二端中间的位置处安装到每个板簧组件。诸如空气弹簧或悬架支柱的减震器装置安装在该车轴和车架之间。根据本发明的板簧组件包括：两个独立上板簧，所述两个独立上板簧以预定间隔并排布置并在所述第一端和第二端之间延伸；以及至少一个独立下板簧，所述至少一个独立下板簧布置在两个上板簧之间的所述间隔下方。
如上所述，这些上板簧被布置成用于替代常规的单一板簧，其中，组装在一起的上板簧的总宽度等于常规的单一板簧的宽度。此外，这两个上板簧在纵向延伸和横截面宽度及高度方面具有相同的尺寸，且具有相同的弹簧特性。该组件的上板簧具有预定间隔和一定宽度，该间隔和宽度被选择为提供该板簧组件的预定的总宽度。而且，在沿着其延伸范围的任何位置处，所述独立上板簧具有以下的宽度和厚度：该宽度和厚度被选择为使得组装在一起的上板簧的组合的截面惯性矩Ix、Iy至少等于在相同位置处具有相同总宽度的单一板簧的截面惯性矩。如上所述，这两个上弹簧以相同的高度并排安装在相同平面内，即，在工作(承载)模式和不工作(不承载)模式中，在侧视图中这两个弹簧的投影将精确地重合。而且，这两个上弹簧在工作模式中将始终同时工作。
上文中给出了描述彼此间隔开且相互平行的上板簧在弹簧组件的机械特性方面的效果的示例。由上文可见，根据本发明的组装在一起的上板簧能够替代标准的单个实体板簧，仅需要使厚度有限地增加几毫米。因此，所述标准的支架和弹簧吊耳也可以保留，从而允许对现有车辆进行改造。如上文所示，该板簧组件包括以预定间隔并排布置的两个独立上板簧以及至少一个独立下板簧或至少一对布置在上板簧下方的带有预定间隔的彼此平行的下板簧。
根据第一示例，所述至少一个独立下板簧的宽度至少与单个上板簧的宽度相同。而且，所述至少一个独立下板簧的宽度等于或小于上板簧和所述间隔之和。每个独立下板簧居中地位于上板簧之间的所述间隔下方。
根据第二示例，所述至少一对下板簧的宽度小于或等于直接布置在该下弹簧装置上方的板簧装置。在此情况下，每个下板簧相对于其相应的上板簧居中定位。所述至少一个下板簧之间的间隔等于或大于上板簧之间的间隔，这取决于下板簧的宽度。
每个独立上板簧包括在板簧组件的第一端处的弹簧卷耳，且每个弹簧卷耳安装在共同的衬套上，该衬套包括宽度等于所述预定间隔的中心第一间隔器。所述独立上板簧以预定间隔并排布置在所述中间位置处，并由第二间隔器分开，该第二间隔器形成将车轴连接到板簧组件的车轴组件的一部分。
本发明还涉及一种设有悬架的车辆，该悬架包括至少一个如以上示例中所述的板簧组件。
包括设有根据本发明的板簧组件的悬架的车辆不需要在每个端部处由安全系统或安全装置固定。对于标准板簧来说，该安全系统或安全装置是需要的，以防弹簧失效。对于转向的前车轴，可省去为了阻止前车轴脱位而设在前端处的安全孔眼。类似地，可省去设在后端处的钢带或阻挡器。通过省去此安全系统，能够降低成本和重量。
即使在根据本发明的弹簧组件中出现弹簧断裂，仍有一个独立板簧保持完整。这样，能够避免车轴脱位(车轴脱位通常在标准板簧断裂之后导致难以维持转向控制的问题)。在弹簧断裂之后，车辆仍能被驱动且可自行驶向维修厂。
附图说明
将参考附图详细描述本发明。应理解的是，附图仅被设计用于图示的目的，而非旨在限定本发明的范围，本发明的范围应参照所附权利要求。还应理解，这些附图不必按比例绘制，除非另外指出，它们仅旨在示意性地图示本文所述的结构和过程。
图1示出了带有根据本发明的板簧组件的示意性商用车辆悬架；
图2A示出了带有标准板簧的现有技术的车辆前悬架的示意性透视图；
图2B示出了带有根据本发明的板簧组件的车辆前悬架的示意性透视图；
图3A示出了用于板簧组件的前端的弹簧吊架附接件的示意性侧视图；
图3B示出了图3A所示的弹簧吊架附接件的示意性横截面；
图3C示出了图3A中的弹簧吊架附接件的透视图；
图4示出了根据本发明的板簧组件的车轴附接件的示意性分解图；
图5A示出了图4中的车轴附接件的横截面；
图5B示出了替代性的车轴附接件的横截面；
图6示出了现有技术的弹簧和根据本发明的一对组装在一起的上板簧的、在与主方向成直角的竖直平面内的示意性横截面。
具体实施方式
图1示出了拖车单元形式的示意性商用车辆101。商用车辆101包括底盘102和安装在底盘上的驾驶室103。在驾驶室103下方的是内燃机104，内燃机104通过传动系105作用在商用车辆101的一对驱动轮106上，该传动系105包括离合器和手动或自动变速器。内燃机104包括排气系统107，排气系统107具有第一和第二消声器，该第一和第二消声器连接到将尾气排出到大气中的排气管(未示出)。驾驶室103也由一对可转向的前轮108支撑。该可转向轮安装在刚性车轴109上，该车轴109附接到悬架装置110。悬架装置110包括根据本发明的板簧组件111，板簧组件111由前支架112和带有弹簧吊耳114的后支架113支撑。在图1所示的示例中，该弹簧组件通过空气弹簧或波纹管155连接到车架102。在下文中，将进一步详细描述该悬架装置。
图2A示出了车辆前悬架201的示意性透视图，该前悬架201包括在车架202的两侧上的、标准的现有技术的单一板簧。设在车架两侧上的相同或镜像对称的部件已被赋予相同的附图标记。下面描述在车架的近侧上的悬架。
该图示出了设有实体单一板簧203的平板板簧前悬架201，该单一板簧203具有前孔眼卷耳204和后孔眼卷耳205。前孔眼卷耳204连接到与弹簧吊架207附接的弹簧吊架连接件206，该弹簧吊架207附接到车架202。后孔眼卷耳205连接到弹簧吊耳连接件208，该弹簧吊耳连接件208附接到与弹簧吊耳附接件211连接的弹簧吊耳210。弹簧吊耳附接件211附接到车架202。刚性的可转向前车轴212由车轴附接件213附接到单一板簧203。图2A所示的平板板簧前悬架201设有减震器元件214，该减震器元件214连接到车架203且在车轴附接件213处或附近连接到实体的可转向前车轴212。该图示出了悬架支柱形式的减震器元件，但也可使用波纹管。
图2B示出了车辆前悬架219的示意性透视图，该前悬架219包括根据本发明的在车架202的两侧上的弹簧组件。设在车架两侧上的相同和/或镜像对称的部件已被赋予了相同的附图标记。与图2A中的前悬架201共同地使用的部件部分也共享相同的附图标记。下面描述在车架的近侧上的悬架。
该图示出了设有板簧组件的车辆弹簧前悬架219，该板簧组件包括以预定间隔并排布置的两个独立的上板簧221、222和具有独立下板簧220形式的下弹簧装置。该独立下板簧220居中地布置在上板簧221、222之间的间隔下方。在下文中，将结合图5B描述一个替代性示例，它示出了包括以预定间隔并排布置的两个下板簧的下弹簧装置。彼此平行的上板簧221、222均具有前孔眼卷耳或弹簧卷耳223、224和后孔眼卷耳或弹簧卷耳225、226。前孔眼卷耳223、224连接到共同的弹簧吊架连接件227，该弹簧吊架连接件227附接到与车架202附接的弹簧吊架207。将结合图3A至图3C更详细地描述该弹簧吊架连接件。后孔眼卷耳225、226连接到共同的弹簧吊耳连接件208，该弹簧吊耳连接件208附接到与弹簧吊耳附接件211连接的弹簧吊耳210。该弹簧吊耳附接件或支架211附接到车架202。刚性的可转向前车轴212由车轴附接件229附接到独立上板簧221、222。将结合图4更详细地描述该车轴附接件。图2B所示的板簧前悬架219设有减震器元件214，该减震器元件214连接到车架203且在车轴附接件229处或附近连接到实体的可转向前车轴212。该图示出了悬架支柱形式的减震器元件，但也可使用空气弹簧或波纹管。
现在参考图2A和图3A-3C，独立上板簧221、222各自的前端均附接到共同的弹簧吊架连接件227。每个独立上板簧221、222的前孔眼卷耳或弹簧卷耳223、224围绕弹簧吊架连接件227中的枢转衬套301附接。弹簧吊架连接件227连接到与车架202附接的弹簧吊架207。枢转衬套301布置在所述独立上板簧221、222和弹簧吊架207之间，以容许这两个部件之间的运动并使车辆与冲击隔离。
虽然本发明被图示为仅具有一个布置在所述独立上板簧221、222和车架202之间的枢转衬套301，但在本发明的范围内，如果需要，可以在所述独立上板簧221、222和车架202之间布置有两个或可能三个或更多个枢转衬套。另外，虽然本发明被描述为可具有布置在所述独立上板簧221、222和车架202之间的三个相同的枢转衬套301，但在本发明的范围内，如果需要，对于每个衬套位置可使用不同的设计。
图3A至图3C所示的弹簧吊架附接件旨在用于弹簧组件的前端，该前端通过弹簧吊架207连接到车架202。然而，该技术方案也可用于弹簧组件的后端，该后端通过吊耳210连接到车架202，该吊耳210布置在所述独立上板簧221、222的后环和连接到车架202的弹簧吊耳附接件211之间。
参考图2B，弹簧吊架连接件227设有枢转衬套301，该枢转衬套301包括内金属部件302以及与外金属套筒305、306相关的一对弹性体衬套303、304。内金属部件302包括大致柱形的中心部分307和一对大致矩形部分308，在中心部分307的每个端部处各布置有一个部分308。每个矩形部分308具有贯穿其延伸的孔309，该孔309用于将枢转衬套301固定到适当的弹簧吊架连接件或弹簧吊架支架。中心部分307设有中心径向凸缘310，该中心径向凸缘310形成了间隔器。径向凸缘310的宽度等于独立上板簧221、222之间的期望的间隔。径向凸缘310的径向延伸也优选小于或等于独立上板簧221、222的相邻部分的厚度。该径向凸缘可以是锻造的所述中心部分的一部分或包括焊接到或以其他方式附接到所述中心部分的单独的环形部件。虽然中心部分307被图示为实体的大致柱形部分，但在本发明的范围内，如果需要，可以使用管状内金属(inner metal)设计、球形销或任何其他设计。如果使用管状内金属，则可省略大致矩形部分308，且能使用贯通螺栓将该枢转衬套固定到车架。在此情况中，该凸缘可包括如上所示的单独的环形部件。
弹性体衬套303、304是环形构件，它们位于内金属部件302与在径向凸缘310两侧上的其相应的外金属套筒305、306之间。弹性体衬套303、304的自由直径大于内金属部件302和外金属套筒305、306之间的间隔，使得在弹性体衬套303、304组装到枢转衬套301时将特定百分比的压缩施加到弹性体衬套303、304。能通过以下方式完成该枢转衬套301的组装：首先将弹性体衬套303、304在凸缘310的两侧结合到内金属部件302，然后将此组合件插入到每个外金属套筒305、306内。组装该枢转衬套301的另一种方法是：首先将所述弹性体衬套结合在每个外金属套筒305、306内，然后将内金属部件302插入到各个弹性体衬套303、304内。本发明可使用任一种组装方法。该弹性体衬套可仅结合到内金属部件302或外金属套筒305、306，该弹性体衬套可结合到内金属部件302和外金属套筒305、306二者，或者该弹性体衬套可在不结合的情况下组装到内金属部件302或外金属套筒305、306。
根据第一示例，每个外金属套筒305、306是杯形体的一部分，如图3B的凸缘310的左侧所示。在此情况中，两个相同且相对的杯形体将从所述内金属部件302的两端组装到带有弹性体衬套303、304的内金属部件302上。所述杯形体由外金属套筒305和位于相应的外金属套筒305的外侧相反端处的径向壁311形成。径向壁311朝着中心部分307延伸，但不与中心部分307接触。
根据图3B所示的第二示例，外金属套筒305、306是凸缘310两侧上的第一和第二杯形体的一部分。第一杯形体包括外金属套筒305形式的第一套筒以及位于外金属套筒305的外端处的径向壁311。径向壁311朝着中心部分307延伸，但不与中心部分307接触。第一杯形体包围了第一弹性体衬套303。第二杯形体包括第二套筒306和覆盖件312，该覆盖件312具有环形壁313的形式，该环形壁313具有在第二套筒306的外端处的向外延伸的凸缘314。第二套筒306也可包括邻近其外端的可选的阶梯部315，以补偿弹簧变形。杯形体306、313被组装在第二弹性体衬套304上。由于凸缘314向外延伸，可从该带有凸缘的端部组装弹性体衬套304。向外延伸的凸缘314形成在杯形体306、313和第二弹性体衬套304的组装之前。杯形体306、313的带有凸缘的端部允许该杯形体和弹性体衬套304的组装。一旦这两个部件被组装，则将覆盖件312固定到向外延伸的凸缘314，以完成弹性体衬套304的封装。
环形壁313具有环部分320、轮廓部分321和多个径向向外延伸的折弯部分322。如图3B所示，环部分320邻近凸缘314布置，且折弯部分322被围绕凸缘314弯曲，以将环形壁313固定到第二套筒306而形成杯形体。轮廓部分321提供了与第二弹性体衬套304的匹配表面，且因此通过控制弹性体衬套304的封装和变形来控制枢转衬套301的弹簧刚度。与枢转衬套301相关的另一个优点是枢转衬套301相对于独立上板簧221、222的轴向运动由于凸缘314和覆盖件312而被限制在一个方向上。因为枢转衬套的轴向载荷在一个方向上明显更高，该枢转衬套301可在适当的方向上以如下方式组装到所述独立上板簧221、222：即，使凸缘314和覆盖件312能抵抗所述明显更高的轴向载荷。
当将前板簧附接件进行适配(从装配标准的单一板簧到装配根据本发明的板簧组件)时，仅需要用图3A-3C所示的弹簧吊架连接件替代标准的弹簧吊架连接件。如上文所指出的，此弹簧吊架连接件也可用于后板簧附接件。
图4示出了用于车轴组件402的车轴附接件401的分解透视图，该车轴组件402连接到根据本发明的板簧组件。该车轴组件旨在用于带有单一前车轴403的商用车辆，所述前车轴403具有板簧组件，该板簧组件包括在车架的每一侧(图中示出了一侧)上的、下板簧421和一对间隔开的平行的上板簧404、405(见图2B)。
车轴403优选具有在邻近车轴端部的区域内的、增大的安装垫406。垫406的基本目的是为板簧404、405、421提供安装位置。由于卡车的重量支承在上板簧404、405和下板簧421上，垫406基本上受到重量承载载荷。众所周知，U形螺栓夹407、408适于将弹簧块409接合在弹簧404、405的顶部上并将该组件的各个部分夹紧在一起。
U形螺栓夹407、408以松的紧固件配合穿过垫406中的相应孔410，且通过螺母(未示出)在垫406的下侧处被紧固。所有U形螺栓407、408旨在确保上板簧相对于垫406位于中心并被向下夹紧以防止相对移动。不存在与U形螺栓407、408相关的关键定位功能。当卡车颠簸行驶和过弯时，通过上板簧404、405和下板簧421作用在U形螺栓407、408上的卡车车身的向上力被限制到相对较小的向上动量和离心力。
在标准的车轴403中，在垫406处形成有单一定位孔411。这用于允许在组装期间将上板簧404、405和下板簧421相对于垫406定位。安装在孔411内的定位销412从垫406向上延伸并装配有放置在定位销412上的柱形间隔器413。定位销412和间隔器413穿过下板簧421中的孔(图5)且位于彼此间隔开的平行的上板簧404、405之间。在车轴附接件401的位于弹簧块409下方的区域内，彼此间隔开的平行的上板簧404、405和下板簧421由垫片分开(图5)。减震器414设在弹簧块409的顶部上，用于在车辆载荷导致板簧404、405、421触底反弹的情况下吸收冲击。车轴附接件401还包括安装板415，该安装板415分别带有向下延伸而与垫406的前表面及后表面接触的前裙部416和后裙部417。在所示的示例中，安装板415设有用于悬架支柱(图2B，“214”)的附接件418，但也可使用空气弹簧以用于此目的。
定位孔419居中地定位在安装板415中，该定位孔419与安装垫406上的中心孔411对齐。销412由硬化钢制成且具有足够高的剪切模量以将这些部分刚性地保持在一起。销412和相应的定位孔411、419的尺寸被计算为适合于该车轴组件上的载荷的尺寸。U形螺栓夹407、408以松的紧固件配合穿过板415内的孔420，以确保这些部分容易组装。上弹簧块409和U形螺栓407、408不需要具有任何抵抗功能，因此可以是先前所使用的标准零件。
在将板簧404、405、421组装在标准车轴403上时，安装板415被置于定位销412和柱形间隔器413上方。定位销412和柱形间隔器413将从定位孔419中延伸出，穿过下板簧421内的孔(图5)并延伸到彼此平行的上板簧404、405之间的预定间隔内。柱形间隔器413的上表面优选与各个上弹簧404、405的上表面齐平或低于各个上弹簧404、405的上表面。定位销412从垫406向上延伸到与柱形间隔器413的上表面齐平或高于该上表面。在后一种情况中，在弹簧块409的下表面中设有凹部。柱形间隔器413可通过压入配合或通过相互配合的螺纹而附接到定位销412。
替代地，该柱形间隔器可放置到定位销上并与所述板的上表面接触。根据另外的替代方案，该柱形间隔器可以是所述板的一体部分。
当将车轴附接件进行适配(从装配标准的单一板簧到装配根据本发明的板簧组件)时，仅需要扩大该安装板中的定位孔并将柱形间隔器附接到定位销。该柱形间隔器可延伸穿过下板簧，如图5所示，或仅放置在上板簧之间的间隔内。
图5A示出了贯穿U形螺栓夹407、408之间的车轴组件401的横截面。该图示出了将弹簧块409、上板簧404、405、下板簧421、垫片422和板415保持在车轴403上的U形螺栓夹407、408，该垫片422将上弹簧和下弹簧分开。通过螺母425、426在垫406的下侧处紧固该U形螺栓夹407、408。这些部件通过定位销412和柱形间隔器413定位。定位销412向上延伸到设在弹簧块409的下表面中的凹部内。柱形间隔器413被定位成刚好低于各个上弹簧404、405的上表面。
下板簧421直接位于上板簧404、405的下方并经由中心部分处的金属垫片422与所述上板簧接触，如上文所述。在其端部处，下板簧的上表面与上板簧的下表面直接接触。在此情况中，下板簧相对于上板簧通过彼此协作的定位装置定位，例如彼此配合的突起和凹部或者凹槽和凸脊(未示出)。这样的定位装置在现有技术中是熟知的，因此将不在下文中详细描述。该定位装置具有在各个弹簧的纵向方向上的延伸，以在弹簧组件的承载期间允许有限的相对移动。替代地，上弹簧和下弹簧各自的端部由包括在金属片之间固化的弹性材料(例如橡胶)的衬套连接。该衬套附接到各个上弹簧和下弹簧。这样的衬套将在弹簧组件的承载期间提供有限的相对移动。
图5B示出了贯穿一对U形螺栓夹507、508之间的替代性车轴组件501的横截面。图5B大体上与图5A相同，其差异在于单一下弹簧已被一对平行的彼此间隔开的下弹簧521、523替代。图5B示出了将弹簧块509、上板簧504、505、下板簧521、523、垫片522、524和板515保持在车轴503上的U形螺栓夹507、508，该垫片522、524将上弹簧和下弹簧分开。通过螺母525、526在垫506的下侧处紧固U形螺栓夹507、508。通过附接到垫506的定位销512和装配在定位销512上的柱形间隔器513定位这些部件。在上板簧和下板簧之间的间隔不同的情况下，定位销可具有阶梯(未示出)以适应下板簧之间的较大的间隔。定位销512向上延伸到设在弹簧块509的下表面中的凹部内。柱形间隔器513被定位成刚好低于各个弹簧504、505的上表面。
下板簧521、523直接位于上板簧504、505下方并经由中心部分处的金属垫片522、524与所述上板簧接触，如上文所述。在其各自的端部处，下板簧的上表面与上板簧的相应的下表面直接接触。在此情况中，每个下板簧相对于其相应的上板簧处于中心且通过彼此协作的定位装置定位，例如彼此配合的突起和凹部或者凹槽和凸脊(未示出)。该定位装置具有在各个弹簧的纵向方向上的延伸，以在弹簧组件的承载期间允许有限的相对移动。替代地，各自的端部由包括在金属片之间固化的弹性材料(例如橡胶)的衬套连接。该衬套附接到各个上弹簧和下弹簧。这样的衬套将在弹簧组件的承载期间提供有限的相对移动。
本发明不限于上述实施例，而是可在所附权利要求的范围内自由地改动。

Claims (27)

1.一种车辆悬架板簧组件，其布置成沿着车辆的纵向方向安装在车辆的两侧，所述板簧组件具有：第一端(223、224)，所述第一端(223、224)布置成枢转连接到所述车辆上的第一支架(207)；和第二端(225、226)，所述第二端(225、226)布置成连接到所述车辆上的弹簧吊耳(210)，其中，所述板簧组件布置成在所述板簧组件的所述第一端和第二端中间的位置处连接到横向于所述板簧组件延伸的车轴(212)，其特征在于，所述板簧组件包括：上弹簧装置，所述上弹簧装置包括两个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)，所述两个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)在相同平面内以预定间隔并排布置且在所述第一端和第二端(223、224；225、226)之间延伸；和至少一个独立下板簧装置(220；421；521、523)，所述至少一个独立下板簧装置(220；421；521、523)布置在所述上板簧(221、222；404、405；504、505)下方。
2.根据权利要求1所述的板簧组件，其特征在于，所述上板簧(221、222；404、405；504、505)布置成用于替代单一板簧，其中，所述上板簧(221、222；404、405；504、505)和所述间隔的总宽度等于所述单一板簧的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的板簧组件，其特征在于，每个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)具有预定宽度，所述预定宽度被选定在所述板簧组件的总宽度的25％至45％的范围内。
4.根据权利要求1或2所述的板簧组件，其特征在于，在沿着所述独立上板簧(221、222；404、405；504、505)的延伸范围的任何位置处，所述独立上板簧(221、222；404、405；504、505)具有以下的宽度和厚度：该宽度和厚度被选择为使得所述上板簧(221、222；404、405；504、505)在竖直平面和水平平面内的组合的截面惯性矩(Ix；Iy)至少等于具有相同总宽度的单一上板簧(221、222；404、405；504、505)的截面惯性矩。
5.根据权利要求1或2所述的板簧组件，其特征在于，每个所述独立上板簧均包括在所述板簧组件的所述第一端和第二端处的弹簧卷耳(223、224；225、226)，并且每个弹簧卷耳(223、224；225、226)均安装在共同的衬套(301)上，所述衬套(301)包括宽度等于所述预定间隔的中心第一间隔器(310)。
6.根据权利要求1或2所述的板簧组件，其特征在于，所述独立上板簧(221、222；404、405；504、505)以预定间隔并排布置并在所述中间位置处由宽度等于所述预定间隔的中间间隔器(413)分开。
7.根权利要求1或2所述的板簧组件，其特征在于，所述独立下板簧装置包括至少一个独立下板簧(220；421)，所述至少一个独立下板簧(220；421)布置在所述上板簧(221、222；404、405；504、505)之间的所述间隔下方。
8.根据权利要求7所述的板簧组件，其特征在于，所述至少一个独立下板簧(220；421)的宽度至少与单个上板簧(221、222；404、405；504、505)的宽度相同。
9.根据上述权利要求7所述的板簧组件，其特征在于，所述至少一个独立下板簧(220；421)的宽度等于或小于所述上板簧(221、222；404、405；504、505)和所述间隔之和。
10.根据上述权利要求7所述的板簧组件，其特征在于，每个所述独立下板簧(220；421)居中地位于相应的所述上板簧(221、222；404、405；504、505)之间的所述间隔下方。
11.根据权利要求1或2所述的板簧组件，其特征在于，所述至少一个独立下板簧装置(521、523)包括以预定间隔并排布置的两个独立下板簧(221、222；404、405；504、505)。
12.根据权利要求11所述的板簧组件，其特征在于，所述至少一个独立下板簧装置(521、523)的宽度等于或小于直接布置在该下板簧装置(521、523)上方的板簧装置。
13.根据权利要求1或2所述的板簧组件，其特征在于，所述至少一个独立下板簧(221、222；404、405；504、505)之间的间隔等于或大于所述上板簧(221、222；404、405；504、505)之间的间隔。
14.一种车辆悬架，所述车辆悬架包括布置成在车架(202)的两个相反侧纵向延伸的一对板簧组件，每个板簧组件具有：第一端(223、224)，所述第一端(223、224)由第一支架(207)以枢转方式连接到所述车辆，所述第一支架(207)在第一位置处刚性地附接到所述车架(202)；和第二端(225、226)，所述第二端(225、226)由以枢转方式连接到第二支架(211)的弹簧吊耳(210)连接到所述车架，以补偿所述板簧在负载状态下的长度变化，所述第二支架(211)在第二位置处刚性地附接到所述车架(202)，所述板簧组件包括：两个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)，所述两个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)在相同平面内以预定间隔并排布置且在所述第一端(223、224)和第二端(225、226)之间延伸；和至少一个独立下板簧装置(220；421；521、523)，所述至少一个独立下板簧装置(220；421；521、523)布置在所述上板簧(221、222；404、405；504、505)之间的所述间隔的下方，所述悬架还包括：车轴(212)，所述车轴(212)横向于所述车架延伸，所述车轴在所述第一端(223、224)和第二端(225、226)中间的位置处安装到每个所述上板簧(221、222；404、405；504、505)；以及减震器装置(114；214)，所述减震器装置(114；214)安装在所述车轴(109；212)和所述车架(102；202)之间。
15.根据权利要求14所述的车辆悬架，其特征在于，所述上板簧(221、222；404、405；504、505)被布置成用于替代单一板簧，其中，所述上板簧(221、222；404、405；504、505)和所述间隔的总宽度等于所述单一板簧的宽度。
16.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，每个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)具有预定宽度，所述预定宽度被选定在所述板簧组件的总宽度的25％至45％的范围内。
17.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，在沿着所述独立上板簧(221、222；404、405；504、505)的延伸范围的任何位置处，所述独立上板簧(221、222；404、405；504、505)具有以下的宽度和厚度：该宽度和厚度被选择为使得所述上板簧(221、222；404、405；504、505)在竖直平面和水平平面内的组合的截面惯性矩(Ix；Iy)至少等于在相同位置处具有相同总宽度的单一板簧的截面惯性矩。
18.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，每个独立上板簧(221、222；404、405；504、505)均包括在所述板簧组件的所述第一端处的弹簧卷耳(223、224；225、226)，并且每个弹簧卷耳均安装在共同的衬套(301)上，所述衬套(301)包括宽度等于所述预定间隔的中心第一间隔器(310)。
19.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，所述独立上板簧(221、222；404、405；504、505)以预定间隔并排布置并在所述中间位置处由中心间隔器(413)分开，所述中心间隔器(413)形成将所述车轴(212；403)连接到所述板簧组件的车轴附接件的一部分。
20.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，所述独立下板簧装置包括至少一个独立下板簧(220)，所述至少一个独立下板簧(220)布置在所述上板簧(221、222；404、405；504、505)之间的所述间隔下方。
21.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，所述至少一个独立下板簧(220；421)的宽度至少与单个上板簧(221；222)的宽度相同。
22.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，所述至少一个独立下板簧(220；421)的宽度等于或小于所述上板簧(221、222；404、405；504、505)和所述间隔之和。
23.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，每个所述独立下板簧(220；421)居中地位于所述上板簧(221、222；404、405；504、505)之间的所述间隔下方。
24.根据权利要求14或15所述的车辆悬架，其特征在于，所述至少一个独立下板簧装置(521、523)包括以预定间隔并排布置的两个独立下板簧(221、222；404、405；504、505)。
25.根据权利要求24所述的车辆悬架，其特征在于，所述至少一个独立下板簧装置(521、523)的宽度等于或小于直接布置在该下板簧装置(521、523)上方的板簧装置。
26.根据权利要求24所述的车辆悬架，其特征在于，所述至少一个独立下板簧(221、222；404、405；504、505)之间的间隔等于或大于所述上板簧(221、222；404、405；504、505)之间的间隔。
27.一种车辆，其特征在于，所述车辆设有根据权利要求14至26中的任一项所述的悬架。
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