CN105946489A - 一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，包括主簧、副簧、下金属夹板、上金属夹板和U型螺栓金属夹板，下金属夹板、副簧、主簧、上金属夹板、U型螺栓金属夹板由下至上依次叠放后通过两个U型螺栓夹紧固定，主簧簧身两端分别螺栓连接有两个金属接头，金属接头内均过盈配合有橡胶衬套；主簧和副簧均为复合材料板弹簧。还涉及该汽车板弹簧总成的装配方法。本发明副簧簧身上表面中部加工出凹槽与主簧簧身下凸台配合，副簧下表面加工出相同形状的凸台与下金属夹板上表面凹槽配合，在中部不钻孔的情况下完成定位与纵向载荷的传递，提高了中部危险截面的强度，实现复合材料板弹簧装车应用和整车轻量化，使其得到推广与应用，具有重要意义。

Description

一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成及其装配方法
技术领域
本发明属于汽车零部件领域，具体涉及一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成及其装配方法，适用于汽车悬架系统。
背景技术
复合材料板弹簧相对于钢板弹簧具有明显的轻量化优势，且其疲劳寿命高，有利于提高整车平顺性，应用前景广阔。采用主副簧结构可较好地满足汽车在空载和满载时的悬架系统偏频要求，有利于提高整车舒适性。目前传统的主副簧连接结构为在中部钻孔，通过螺栓连接定位。但汽车板弹簧工作环境恶劣，对于复合材料板弹簧，在受弯矩较大的中部钻孔会造成增强纤维的断裂，引入应力集中，对板簧总成的疲劳可靠性造成很大影响。
CN104976261A公开了一种抛物线形式的复合材料单片簧汽车板弹簧结构，中间无需钻孔连接定位，下金属夹板、复合材料板弹簧簧身、上金属夹板、U型螺栓金属夹板由下至上依次叠放后通过两个U型螺栓夹紧固定。
CN 204077274U公开了一种等截面积的复合材料单片板簧结构，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 104029579A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 102700377B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。
CN104972859A公开了一种主簧为钢板弹簧，副簧为复合材料板弹簧的汽车板弹簧总成，其中副簧簧身为抛物线板弹簧形式，主副簧通过螺栓孔连接，副簧中部进行加厚处理，保证连接强度。由于其主簧仍为钢板弹簧，降低了轻量化效果，且副簧为螺栓孔连接定位，为保证连接强度在副簧中部进行了加厚处理，增加了材料的使用，增加了成本，且不利于汽车轻量化目标。
虽然，国内外学者针对复合材料板弹簧做了大量研究，但并未解决主副簧连接结构无需中部钻孔的问题。单片簧结构虽然可以解决这一问题，但对汽车空载满载悬架系统偏频的兼顾性差，不利于整车舒适性。因此，急需研发出一种复合材料板弹簧，使其具备主副簧连接结构的同时，在中部不钻孔的情况下可以实现定位与纵向载荷的传递，使复合材料板弹簧总成中部危险截面的强度能够提高。
发明内容
本发明的目的就在于针对现有技术的不足，提供一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，在满足汽车对板弹簧性能及轻量化要求的基础上，使整车舒适性和汽车板弹簧的使用寿命提高，并降低成本。本发明的另一目的是提供一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成及其装配方法，该方法简单且易于维护。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：
一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，包括主簧5、副簧6、下金属夹板7、上金属夹板2和U型螺栓金属夹板1；所述下金属夹板7、副簧6、主簧5、上金属夹板2和U型螺栓金属夹板1由下至上依次叠放后通过两个U型螺栓夹紧固定，主簧5簧身两端分别螺栓4连接并粘接有后金属接头3和前金属接头8，后金属接头3和前金属接头8内均过盈配合有橡胶衬套10；所述主簧5和副簧6均为复合材料板弹簧，副簧6上表面与底面中部分别设有凹槽和凸台，主簧5底面中部设有与副簧6凹槽配合的簧身下凸台9，下金属夹板7的上表面设有与副簧6凸台配合的凹槽。
所述簧身下凸台9为多波峰结构。
所述簧身下凸台9的底面为多边形。
所述簧身下凸台9的底面为椭圆形。
所述主簧5和副簧6簧身为抛物线型结构。
所述副簧6中间与下金属夹板7配合区域厚度保持不变。
所述后金属接头3和前金属接头8在其与主簧5连接部分设有加长结构，且各金属接头与主簧5接触端均采用圆角过渡。
所述主簧5和副簧6均采用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。
一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将两个橡胶衬套10通过过盈配合分别安装在前金属接头8、后金属接头3内；
B、通过螺栓4和粘接剂将前金属接头8和后金属接头3分别固定在主簧5簧身的两端；
C、将下金属夹板7、副簧6、主簧5、上金属夹板2和U型螺栓金属夹板1由下往上依次定位叠装，再通过安装在车桥U型螺栓安装孔的U型螺栓对其进行夹紧和固定，完成装配总成；
D、将上述装配总成的前金属接头8和后金属接头3分别通过橡胶衬套10装配在车架板簧铰接部件和车架吊耳下铰接点上，完成汽车复合材料板弹簧总成的全部装配。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)采用主副簧两片簧的结构形式，相对单片簧整车舒适性提高。
(2)主副簧均为复合材料，轻量化水平更高。
(3)无需对复合材料主副簧中部进行钻孔连接定位；
(4)无需对主副簧中间进行加厚处理，提高轻量化水平，降低成本。
(5)有效地提高了复合材料板弹簧的使用寿命；
(6)可以实现装车应用；
(7)对接头进行设计，不影响原有装配方法，而且螺栓和衬套与原有汽车部件通用。
(8)对下凸台及下金属夹板进行设计，增大接触面积，保证复合材料板弹簧使用过程中的稳定性和安全性。
附图说明
图1a为本发明所述具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成主视图；
图1b为本发明所述具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成三维图；
图2a为复合材料主簧簧身主视图；
图2b为复合材料主簧簧身三维图；
图3a为复合材料副簧簧身主视图；
图3b为复合材料副簧簧身三维图；
图4a为复合材料主簧簧身下凸分离三维图；
图4b为复合材料主簧簧身下凸台圆形投影图；
图4c为复合材料主簧簧身下凸台多边形投影图；
图4d为复合材料主簧簧身下凸台多波峰结构三维图；
图4e为复合材料主簧簧身下凸台多波峰结构时，复合材料副簧中部与之配合的结构三维图；
图5为上金属夹板三维图；
图6a为U型螺栓金属夹板主视图；
图6b为U型螺栓金属夹板三维图；
图7a为下金属夹板主视图；
图7b为下金属夹板三维图；
图8为后金属接头三维图；
图9为橡胶衬套主视图；
图10a为前金属接头主视图；
图10b为前金属接头三维图；
图11为螺栓三维图；
图中：1.U型螺栓金属夹板 2.上金属夹板 3.后金属接头 4.螺栓 5.主簧 6.副簧 7.下金属夹板 8.前金属接头 9.簧身下凸台 10.橡胶衬套。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的实施例，但本发明并不局限于此：
如图1a、图1b所示，一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，具有一个主簧5、一个副簧6、一个下金属夹板7、一个上金属夹板2、一个U型螺栓金属夹板1、后金属接头3、前金属接头8，两个橡胶衬套10和四个螺栓4。首先，将两个橡胶衬套10通过过盈配合分别安装在后金属接头3和前金属接头8内，再将后金属接头3和前金属接头8内分别通过螺栓4连接在复合材料主簧5两端且与其粘接固定，然后将下金属夹板7、副簧6、主簧5、上金属夹板2、U型螺栓金属夹板1由下至上依次叠放后通过两个U型螺栓夹紧固定在车桥上，同时，通过橡胶衬套10安装在板弹簧铰接点和吊耳上，完成汽车复合材料板弹簧总成的装配。其中，主簧5下表面中部凸台与副簧6上表面中部凹槽配合，副簧6下表面凸台与下金属夹板7的上表面凹槽配合，下金属夹板7的下表面凸台与车桥上对应的中心螺栓装配孔配合；两个U型螺栓采用内八字斜拉方式布置在汽车板弹簧总成上。
本发明的复合材料板弹簧为含有主簧5和副簧6的两片簧结构。
如图2a、图2b、图3a、图3b所示，主簧5簧身和副簧6簧身均为抛物线型，主体宽度均为70mm。主簧5簧身两端与金属接头连接处的宽度为60mm，且各设有两个螺栓通孔，用于分别与后金属接头3和前金属接头8连接。汽车复合材料板弹簧总成不需要中心螺栓来定位和连接，故不需在主簧5和副簧6中间钻孔，提高了复合材料板弹簧总成的强度和使用寿命。
如图4a所示，主簧5底面中间部位设有簧身下凸台9。如图3a、图3b所示，副簧6上表面中间部位有相应形状的凹槽与簧身下凸台9配合，副簧6下表面加工成同样形状的凸台与下金属夹板7配合，以使副簧6中间配合区域厚度保持不变，便于内部增强纤维的排布。这样的结构既可以实现复合材料板弹簧总成的定位与可靠地传递纵向载荷，又可以避免在中部钻孔，从而保证主簧与副簧中间增强纤维的连续，提高了复合材料板弹簧中部这一危险截面的强度。主簧5的簧身下凸台9沿簧身上表面垂向投影的形状除可为长方体外，也可为椭圆形或多边形结构分别如图4b、图4c所示，也可为多波峰结构。如图4d所示，副簧6中部加工出相应形状凹槽与之配合，同时底部加工出相同形状的凸台与下金属夹板7配合。以多波峰结构为例，副簧6中部形状如图4e所示。
主簧5与副簧6均采用E玻璃纤维/聚氨酯复合材料制作，增强纤维铺设角度均为0度，经过高压RTM工艺一体成型，以提高疲劳寿命与抗蠕变性能，纤维体积含量为58％，便于加工与批量生产。
所述前金属接头8和后金属接头3，在其与主簧5连接部分进行加长，以加大与主簧5两端的接触面积，提高连接强度，并在前金属接头8和后金属接头3与主簧5接触端采用圆角过渡，防止复合材料板弹簧总成工作变形时产生“切割”效应，提高使用寿命。
如图5所示，上金属夹板2为平板结构，宽度与主簧5宽度相等，用于避免因U型螺栓金属夹板1宽度小于主簧5宽度而导致的应力集中；上金属夹板2的下边缘可采用圆角过渡。
如图6a、图6b所示，所述的U型螺栓金属夹板1与原车钢板弹簧总成U型螺栓金属夹板相同，以降低成本。
如图7a、图7b所示，所述的下金属夹板7采取凹形设计，上表面中间部位的凹槽与副簧簧身6中部下表面的凸台配合，以可靠地传递汽车复合材料板弹簧总成受到的纵向力。由于凹形表面增加了粘接面积，该结构也能可靠地传递汽车复合材料板弹簧总成受到的侧向力，且两侧有圆角过渡，用于避免复合材料板弹簧总成工作变形时产生“切割”效应。
所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成的装配方法，包括以下步骤：
A、将两个橡胶衬套10通过过盈配合分别安装在前金属接头8、后金属接头3内；
B、通过螺栓4和粘接剂将前金属接头8和后金属接头3分别固定在主簧5簧身的两端；
C、将下金属夹板7、副簧6、主簧5、上金属夹板2和U型螺栓金属夹板1由下往上依次定位叠装，使下金属夹板7底部的凸台与车桥的中心螺栓装配孔配合，通过两个U型螺栓分别插入车桥上的两个U型螺栓安装孔，对下金属夹板7、副簧6、主簧5、上金属夹板2和U型螺栓金属夹板1进行夹紧和固定，完成装配总成；
D、将上述装配总成的前金属接头8和后金属接头3分别通过其内橡胶衬套10装配在车架板簧铰接部件和车架吊耳下铰接点上，完成具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成的全部装配。
本发明在当前汽车悬架系统中汽车后悬架复合材料板弹簧总成的基础上，对其结构、铺层设计进行改进，提出一种新的复合材料板弹簧结构。该结构可以有效降低成本，延长板弹簧的疲劳寿命，提高整车舒适性、汽车动力性和燃油经济性，实现复合材料板弹簧装车应用和整车轻量化，使复合材料板弹簧得到推广与应用，具有重要意义。

Claims (9)

1.一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于：包括主簧(5)、副簧(6)、下金属夹板(7)、上金属夹板(2)和U型螺栓金属夹板(1)；所述下金属夹板(7)、副簧(6)、主簧(5)、上金属夹板(2)、U型螺栓金属夹板(1)由下至上依次叠放后通过两个U型螺栓夹紧固定，主簧(5)簧身两端分别螺栓(4)连接并粘接有后金属接头(3)和前金属接头(8)，后金属接头(3)和前金属接头(8)内均过盈配合有橡胶衬套(10)；所述主簧(5)和副簧(6)均为复合材料板弹簧，副簧(6)上表面与底面中部分别设有凹槽和凸台，主簧(5)底面中部设有与副簧(6)凹槽配合的簧身下凸台(9)，下金属夹板(7)的上表面设有与副簧(6)凸台配合的凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于：所述簧身下凸台(9)为多波峰结构。
3.按照权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于，所述簧身下凸台(9)的底面为多边形。
4.按照权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于，所述簧身下凸台(9)的底面为椭圆形。
5.根据权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于：所述主簧(5)和副簧(6)簧身为抛物线型结构。
6.根据权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于：所述副簧(6)中间与下金属夹板(7)配合区域厚度保持不变。
7.根据权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于：所述后金属接头(3)和前金属接头(8)在其与主簧(5)连接部分设有加长结构，且各金属接头与主簧(5)接触端均采用圆角过渡。
8.根据权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成，其特征在于：所述主簧(5)和副簧(6)均采用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。
9.如权利要求1所述的一种具有复合材料主副簧的汽车板弹簧总成的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将两个橡胶衬套(10)通过过盈配合分别安装在前金属接头(8)、后金属接头(3)内；
B、通过螺栓(4)和粘接剂将前金属接头(8)和后金属接头(3)分别固定在主簧(5)簧身的两端；
C、将下金属夹板(7)、副簧(6)、主簧(5)、上金属夹板(2)和U型螺栓金属夹板(1)由下往上依次定位叠装，再通过安装在车桥U型螺栓安装孔的U型螺栓对其进行夹紧和固定，完成装配总成；
D、将上述装配总成的前金属接头(8)和后金属接头(3)分别通过橡胶衬套(10)装配在车架板簧铰接部件和车架吊耳下铰接点上，完成汽车复合材料板弹簧总成的全部装配。
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