CN109398015A - 横折板簧总成及独立悬架结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到横折板簧总成及独立悬架结构，横折板簧是将一定宽度和截面形状的FRP复合材料带状板材通过模具像叠被一样折叠起来形成的弹性元件，可替代螺旋弹簧、扭杆弹簧和稳定杆，重量为金属弹性元件重量的1/3以下；使用横折板簧可优化悬架结构，横折板簧的层间带有缓冲块，并不使用缓冲块支架，悬架重量进一步减轻；横折板簧内部阻尼较大，悬架的平顺性好，提高车辆的乘坐舒适性；横折板簧与车身和摆臂的连接是非金属与金属的连接，在运动过程中不会产生噪声，提高车辆的NVH性能。

Description

横折板簧总成及独立悬架结构

技术领域

本发明属于弹性元件和悬架技术领域，特别是指横折板簧总成及独立悬架结构。

背景技术

汽车悬架是车身（或车架）与车轮之间的弹性连接的部件。悬架是汽车重要组成部分之一，其主要作用是传递作用在车轮上的和力矩，并缓冲路面对车辆的冲击，保证车辆行驶的平顺性和操纵稳定性。

而悬架中最重要的零部件是弹簧，弹簧种类很多，其中螺旋弹簧广泛应用于乘用车和商用车中，乘用车悬架中约80%左右的弹性元件都是螺旋弹簧。

如图1所示，在现有车辆技术中，使用螺旋弹簧的独立悬架结构包括副车架01、下摆臂衬套02、下摆臂03、螺旋弹簧04、缓冲块05、转向节06、减振器07及缓冲块支架08。螺旋弹簧04固定比较复杂，上端与副车架01相连，下端与下摆臂03相连，副车架01和下摆臂的零件结构必须与之相匹配，并且在运动过程中容易与相连的件产生摩擦，造成噪声。另外，缓冲块05还必须有缓冲块支架08，加上弹性元件的质量，整个悬架质量比较大。

同时，现有技术的悬架弹性元件，如螺旋弹簧、扭杆和稳定杆都由金属制成，质量大、寿命较短。

随着科技发展，为减轻悬架质量、提高悬架的性能，奔驰sprinter的前悬架采用橫置FRP板簧的替代螺旋弹簧，参见公布号为CN104057795A的专利申请，但橫置FRP板簧不仅两端和中部固定结构比较复杂，而且只使用橫置FRP板簧两端的弹性能量。

发明内容

本发明的目的是提供横折板簧及独立悬架结构，以解决螺旋弹簧独立悬架的质量大、寿命短，易产生异响、平顺性差等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

横折板簧总成，包括横折板簧，由宽度相同的顶层、复数枚中层、圆弧段、底层构成，层与层之间通过所述圆弧段过渡连接，各层的两边的侧边上下对齐；

从上到下所述横折板簧分别由所述顶层、复数所述中层、复数所述圆弧段和所述底层连接而成，所述横折板簧各处的横截面为矩形，矩形四角为圆角，圆角半径2～4mm；

各所述中层的中线的连成中面，所述中面上段为中平面，下段为中圆弧面；外切面分别与各层之间的所述圆弧段的外侧相切；内切面分别与各层之间的所述圆弧段的内侧相切；所述外切面和所述内切面与所述中平面平行；所述外切面到所述中平面的距离与所述内切面到所述中平面的距离相等；外圆弧面与外侧最下面的所述圆弧段及所述外切面相切，所述外圆弧面的中心线与中圆弧面的中心线共线；内圆弧面与内侧最下面的所述圆弧段及所述内切面相切，所述内圆弧面的中心线与所述中圆弧面的中心线共线；

在所述横折板簧自由状态时，所述底层与相邻的所述中层的夹角为𝜃₁，相邻的二个所述中层之间的夹角为𝜃₂，所述顶层与相邻的中层的夹角为𝜃₃，𝜃₁≥𝜃₂，𝜃₃≥𝜃₂；

所述底层上有2个下螺栓过孔，2个所述下螺栓过孔的中心线所形成的平面到相邻的所述圆弧段中心的距离为𝑙₃，用于横折板簧下端固定；

所述顶层上有2个上螺栓过孔，2个所述上螺栓过孔的中心线所形成的平面到相邻的所述圆弧段中心的距离为𝑙₁，用于所述横折板簧上端固定；

所述横折板簧的刚度可由公式（1）求得：

其中：𝐸为弹性模量；𝐼为惯性矩；𝑟为所述圆弧段内外半径的平均值；𝑛为所述圆弧段的个数， 𝑙₂为所述中层的长度，𝐶₁、𝐶 ₂分别由公式（2）、（3）求得，

所述横折板簧的材料为是FRP复合材料，先通过连续纤维缠绕等工艺制成一定宽度和厚度的带状板，然后用模具将带状板横向折叠成型，冷却固化后形成的弹性元件。

横折板簧总成，包括上述任一项的横折板簧，还包括上缓冲块、中缓冲块；

两个螺栓穿过所述横折板簧上的所述上螺栓过孔，所述上缓冲块的所述上粘面和所述衬板的外露面粘接到所述横折板簧的所述顶层的下面上，厚的一侧位于层间的开口侧，复数所述中缓冲块的所述粘贴在各所述中层的下面，中心位于中面上，厚的一侧位于层间的开口侧。

所述上缓冲块由缓冲橡胶、衬板、两个螺栓硫化而成，所述螺栓的螺栓头在所述缓冲橡胶内；所述缓冲橡胶的上粘面和下斜面均为长方形，所述上粘面和所述下斜面在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₃/2，从所述上粘面到所述下斜面的周长逐渐减小，所述上粘面与所述衬板的外露面平齐；所述衬板为长方形，上有两个螺栓过孔。

所述中缓冲块为弹性材料，上有粘接面和缓冲面，所述粘接面和所述缓冲面均为长方形，所述粘接面和所述缓冲面在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₂/2，从所述粘接面到所述缓冲面的截面积逐渐减小。

横折板簧总成及独立悬架结构，包括上述任一项的横折板簧总成，还包括下缓冲块、垫板、副车架、减振器、转向节、下摆臂、衬套；

所述横折板簧总成的上端固定在所述副车架上；用所述垫板和螺栓将所述横折板簧总成的下端固定在所述下摆臂上；所述下缓冲块盖住所述垫板和螺栓，并粘接在所述下摆臂上；

所述下摆臂的内端通过所述衬套与所述副车架连接，所述下摆臂的外端通过球销与所述转向节连接；

所述减振器的下端固定于所述转向节上，所述减振器的上端固定于车身上。

所述下缓冲块为弹性材料，上有环形面、长方形槽、两个圆沉孔、顶面，所述环形面和所述顶面均为长方形，所述环形面和所述顶面在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₁/2，从所述环形面到所述顶面的截面的周长逐渐减小；

所述垫板为长方形钣金平板，中部有二个螺栓过孔，四周大小和形状与所述下缓冲块的所述长方形槽一致。

本发明的有益效果是：

本发明涉及到车辆的悬架机构中的弹簧结构，使用FRP复合材料制成的横折板簧替代螺旋弹簧，优化悬架结构，去除原有的螺旋弹簧的固定结构，减轻重量；横折板簧是将一定宽度和厚度的FRP复合材料像叠被一样折叠起来形成的弹性元件，因此，重量轻；横折板簧内部阻尼较大，悬架的平顺性好，提高车辆的乘坐舒适性；横折板簧的层间带有缓冲块，并不使用缓冲块支架，悬架重量进一步减轻；横折板簧与车身和摆臂的连接是非金属与金属的连接，在运动过程中不会产生噪声，提高车辆的NVH性能。

附图说明

图1为现有独立悬架及弹簧示意图；

图2为横折板簧总成示意图

图3为横折板簧总成主视图

图4为图3的A-A剖视图

图5为横折板簧示意图

图6为上缓冲块示意图

图7为中缓冲块示意图

图8为下缓冲块示意图

图9为横折板簧总成安装在独立悬架上示意图

图10为图9的I处的放大图。

附图标记说明

01 副车架，02 下摆臂衬套，03 下摆臂，04 螺旋弹簧，05 缓冲块，06转向节，07 减振器，08 缓冲块支架，1 横折板簧，11 下螺栓过孔，12 底层，13 中层，14 顶层，15 上螺栓过孔，16 侧边，17 圆弧段，2 上缓冲块，21 缓冲橡胶，22 衬板，211 上粘面，212 下斜面，3中缓冲块，31 粘接面，32 缓冲面，4 下缓冲块，41 环形面，42 长方形槽，43 圆沉孔，44 顶面，5 垫板，6 副车架，7 减振器，8 转向节，9 下摆臂，10 衬套。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释和说明本发明技术方案的限制。

本发明中的横折板簧总成及独立悬架结构，包括：横折板簧1、上缓冲块2、中缓冲块3、下缓冲块4、垫板5、副车架6、减振器7、转向节8、下摆臂9、衬套10等组成，其中由横折板簧1、上缓冲块2、中缓冲块3组装成横折板簧总成。

横折板簧1的材料为是FRP复合材料，先通过连续纤维缠绕等工艺制成一定宽度和厚度的带状板，然后用模具将带状板横向折叠成型，冷却固化后形成的弹性元件，如图2、图3、图4、图5所示。

横折板簧1由下螺栓过孔11、底层12、复数枚中层13、顶层14、圆弧段17、上螺栓过孔15构成，从上到下，横折板簧1分别由顶层14、复数中层13、复数圆弧段17和底层12连接而成，层与层之间通过圆弧段17过渡连接，像叠被一样将带状FRP复合材料板横向折叠起来而成，各层的两边的侧边16上下对齐；横折板簧1每处的横截面为矩形，矩形四角为圆角，圆角半径2～4mm，以防止横折板簧1在疲劳后四角脱丝，如图2、图3、图4、图5所示。

各中层13的中线的连成中面，中面上段为中平面，下段为中圆弧面；外切面分别与外侧的圆弧段17的外侧相切；内切面分别内侧的圆弧段17的内侧相切；外切面和所述内切面与所述中平面平行；外圆弧面与外侧最下面的圆弧段17及外切面相切，外圆弧面的中心线与中圆弧面的中心线共线，外切面和外圆弧面形成外轮廓面；内圆弧面与内侧最下面的圆弧段17及内切面相切，内圆弧面的中心线与中圆弧面的中心线共线，内切面和内圆弧面形成内轮廓面，外切面到中平面的距离与内切面到中平面的距离相等，如图2、图3、图4、图5所示。

在横折板簧1自由状态时，底层12与相邻的中层13的夹角为𝜃₁，相邻的二个中层13之间的夹角为𝜃₂，顶层14与相邻的中层13的夹角为𝜃₃，𝜃₁≥𝜃₂，𝜃₃≥𝜃₂；底层12上有2个下螺栓过孔11，下螺栓过孔11的中心线所形成的平面到相邻的圆弧段17中心的距离为𝑙₃，用于横折板簧1下端固定；顶层14上有2个上螺栓过孔15，上螺栓过孔15的中心线所形成的平面到相邻的所述圆弧段中心的距离为𝑙₁，用于横折板簧1上端固定，如图2、图3、图4、图5所示。

横折板簧1的刚度可由公式（1）求得：

其中：𝐸为弹性模量；𝐼为惯性矩；𝑟为圆弧段17内外半径的平均值；𝑛为圆弧段17的个数，𝑙₂为中层13的长度，𝐶₁、𝐶 ₂分别由公式（2）、（3）求得，如图4所示。

上缓冲块2由缓冲橡胶21、衬板22、两个螺栓硫化而成，螺栓头在缓冲橡胶21内；缓冲橡胶21的上粘面211和下斜面212均为长方形，上粘面211和下斜面212在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₃/2，从上粘面211到下斜面212的周长逐渐减小，上粘面211与衬板22的外露面平齐；衬板22为长方形，上有两个螺栓过孔，如图4、图6所示。

中缓冲块3为橡胶等弹性材料，上有粘接面31和缓冲面32，粘接面31和缓冲面32均为长方形，粘接面31和缓冲面32在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₂/2，从粘接面31到缓冲面32的截面积逐渐减小，如图2、图4、图7、图9、图10所示。

下缓冲块4为橡胶等弹性材料，上有环形面41、长方形槽42、两个圆沉孔43、顶面44，环形面41和顶面44均为长方形，环形面41和顶面44在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₁/2，从环形面41到顶面44的截面的周长逐渐减小；长方形槽42和两个圆沉孔43可避免在安装时与垫板5和螺栓干涉，如图8、图9、图10所示。

垫板5为长方形钣金平板，中部有2个螺栓过孔，四周大小和形状与下缓冲块4的长方形槽42一致，如图10所示。

将上缓冲块2的上粘面211和衬板22的外露面上涂上粘接剂，两个螺栓穿过横折板簧1上的上螺栓过孔15，将上缓冲块2固定在横折板簧1的顶层14的下面上，厚的一侧位于层间的开口侧，同样，将复数中缓冲块3的粘接面31涂上粘接剂分别粘贴在各中层13的下面，中心位于中面上，厚的一侧位于层间的开口侧，完成横折板簧总成的装配，如图2、图3、图4、图5、图6、图8、图9、图10所示。

先将横折板簧总成的上端两个螺栓穿过副车架6上的2个过孔，用2个螺母将横折板簧总成的上端固定到副车架6上；将垫板5放到横折板簧1的底层12的上面，用两个螺栓分别穿过垫板5和横折板簧1的底层12的过孔，拧入预埋在下摆臂9内的螺母中，横折板簧总成的下端固定到下摆臂9上；将下缓冲块4的环形面41涂上粘接剂, 将长方形槽42和两个圆沉孔43对准垫板5和螺栓，并盖住垫板5和螺栓，将下缓冲块4粘到下摆臂9上；再用螺栓通过下摆臂9内衬套10，将下摆臂9内端安装在副车架6上，用球销将下摆臂9外端和转向节8连在一起；最后，用螺栓将转向节8固定在减振器7的下端，减振器7上端用螺栓固定到车身上，完成本发明的安装，如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示。

以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.横折板簧总成，其特征在于：包括横折板簧，由宽度相同的顶层、复数枚中层、圆弧段、底层构成，层与层之间通过所述圆弧段过渡连接，各层的两边的侧边上下对齐；

从上到下所述横折板簧分别由所述顶层、复数所述中层、复数所述圆弧段和所述底层连接而成，所述横折板簧各处的横截面为矩形，矩形四角为圆角，圆角半径2～4mm；

各所述中层的中线的连成中面，所述中面上段为中平面，下段为中圆弧面；外切面分别与各层之间的所述圆弧段的外侧相切；内切面分别与各层之间的所述圆弧段的内侧相切；所述外切面和所述内切面与所述中平面平行；所述外切面到所述中平面的距离与所述内切面到所述中平面的距离相等；外圆弧面与外侧最下面的所述圆弧段及所述外切面相切，所述外圆弧面的中心线与中圆弧面的中心线共线；内圆弧面与内侧最下面的所述圆弧段及所述内切面相切，所述内圆弧面的中心线与所述中圆弧面的中心线共线；

在所述横折板簧自由状态时，所述底层与相邻的所述中层的夹角为𝜃₁，相邻的二个所述中层之间的夹角为𝜃₂，所述顶层与相邻的中层的夹角为𝜃₃， 𝜃₁≥𝜃₂，𝜃₃≥𝜃₂；

所述底层上有2个下螺栓过孔，2个所述下螺栓过孔的中心线所形成的平面到相邻的所述圆弧段中心的距离为𝑙₃，用于横折板簧下端固定；

所述顶层上有2个上螺栓过孔，2个所述上螺栓过孔的中心线所形成的平面到相邻的所述圆弧段中心的距离为𝑙₁，用于所述横折板簧上端固定；

所述横折板簧的刚度可由公式（1）求得：

其中：𝐸为弹性模量；𝐼为惯性矩；𝑟为所述圆弧段内外半径的平均值；𝑛为所述圆弧段的个数， 𝑙₂为所述中层的长度，𝐶₁、𝐶₂分别由公式（2）、（3）求得，

所述横折板簧的材料为是FRP复合材料，先通过连续纤维缠绕等工艺制成一定宽度和厚度的带状板，然后用模具将带状板横向折叠成型，冷却固化后形成的弹性元件。

2.横折板簧总成，其特征在于：包括权利要求1的横折板簧，还包括上缓冲块、中缓冲块；

两个螺栓穿过所述横折板簧上的所述上螺栓过孔，所述上缓冲块的所述上粘面和所述衬板的外露面粘接到所述横折板簧的所述顶层的下面上，厚的一侧位于层间的开口侧，复数所述中缓冲块的所述粘贴在各所述中层的下面，中心位于中面上，厚的一侧位于层间的开口侧。

3.根据权利要求2所述的横折板簧总成，其特征在于：所述上缓冲块由缓冲橡胶、衬板、两个螺栓硫化而成，所述螺栓的螺栓头在所述缓冲橡胶内；所述缓冲橡胶的上粘面和下斜面均为长方形，所述上粘面和所述下斜面在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₃/2，从所述上粘面到所述下斜面的周长逐渐减小，所述上粘面与所述衬板的外露面平齐；所述衬板为长方形，上有两个螺栓过孔。

4.根据权利要求2所述的横折板簧总成，其特征在于：所述中缓冲块为弹性材料，上有粘接面和缓冲面，所述粘接面和所述缓冲面均为长方形，所述粘接面和所述缓冲面在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₂/2，从所述粘接面到所述缓冲面的截面积逐渐减小。

5.横折板簧总成及独立悬架结构，其特征在于：包括上述权利要求1至4中任一项的横折板簧总成，还包括下缓冲块、垫板、副车架、减振器、转向节、下摆臂、衬套；

所述横折板簧总成的上端固定在所述副车架上；用所述垫板和螺栓将所述横折板簧总成的下端固定在所述下摆臂上；所述下缓冲块盖住所述垫板和螺栓，并粘接在所述下摆臂上；

所述下摆臂的内端通过所述衬套与所述副车架连接，所述下摆臂的外端通过球销与所述转向节连接；

所述减振器的下端固定于所述转向节上，所述减振器的上端固定于车身上。

6.根据权利要求5所述的横折板簧总成，其特征在于：所述下缓冲块为弹性材料，上有环形面、长方形槽、两个圆沉孔、顶面，所述环形面和所述顶面均为长方形，所述环形面和所述顶面在宽度方向有夹角，夹角大于𝜃₁/2，从所述环形面到所述顶面的截面的周长逐渐减小；

所述垫板为长方形钣金平板，中部有二个螺栓过孔，四周大小和形状与所述下缓冲块的所述长方形槽一致。