CN111347828B - 一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧及其制备方法，螺旋弹簧包括一体制作的等丝径主段和变丝径副段，等丝径主段处于变丝径副段的上侧，变丝径副段的丝径由下至上逐渐增大至等于等丝径主段的丝径，其具有结构简单、成本低、载荷大、行程大、免维护、可靠性高的优点，在保证承载能力的基础上增大了压缩伸张行程，可满足超重型车辆悬架对大载荷、大行程和小布置空间的使用要求；制备方法具有工艺简单、实现容易的优点。

Description

一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种弹簧，具体涉及一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，以及该螺旋弹簧的制备方法。
背景技术
螺旋弹簧作为车辆悬架系统的弹性元件，安装在车架和车轮之间，起着缓冲减振的重要作用。螺旋弹簧具有能量密度高、成本低、免维护、可靠性高的优点，主要应用在乘用车上，但很少应用在商用车上，尤其是超重型车辆。超重型车辆通常采用双横臂式独立悬架系统，双横臂式独立悬架系统具有载荷大、行程大的优点，但其可靠性相对较低，且维护较为麻烦。若超重型车辆采用螺旋弹簧式悬架系统，要保证螺旋弹簧的承载能力，就需要把弹簧丝直径 (丝径)做得足够大，增大弹簧丝直径，不但需要更大的垂向长度来保证压缩伸张行程，还需要更大的径向空间来满足安装需求，这些都与有限的布置空间存在矛盾。如，单个车桥载荷为13t的超重型车辆，螺旋弹簧承受的载荷应不小于10t，若车轮跳动量为-150～150mm，螺旋弹簧的压缩伸张行程应不小于-85～85mm；而根据超重型车辆可提供的垂向和横向布置空间，螺旋弹簧的垂向长度应不大于700mm，螺旋弹簧的外径应不大于210mm，在这些条件的约束下，现有的螺旋弹簧无法同时满足承载能力、压缩伸张行程和布置空间的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧及其制备方法，螺旋弹簧具有结构简单、成本低、载荷大、行程大、免维护、可靠性高的优点，在保证承载能力的基础上增大了压缩伸张行程，可满足超重型车辆悬架对大载荷、大行程和小布置空间的使用要求。制备方法具有工艺简单、实现容易的优点。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，包括一体制作的等丝径主段和变丝径副段，所述等丝径主段处于变丝径副段的上侧，变丝径副段的丝径由下至上逐渐增大至等于等丝径主段的丝径。
进一步的，本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，其中，所述等丝径主段各圈的节距相等，所述变丝径副段的节距由下至上逐渐增大至等于等丝径主段的节距。
进一步的，本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，其中，所述变丝径副段和等丝径主段的内径相等。
进一步的，本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，其中，所述等丝径主段顶部的圈为上端支撑圈，变丝径副段底部的圈为下端支撑圈，上端支撑圈和下端支撑圈分别磨平并与对应的相邻圈并紧。
进一步的，本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，其中，所述变丝径副段在车辆空载时承受的压力大于其被压并时所需的力。
进一步的，本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，其中，所述上端支撑圈和下端支撑圈均为完整圈的3/4。
进一步的，本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧，其中，所述等丝径主段的长度大于变丝径副段的长度。
本发明一种上述螺旋弹簧的制备方法，包括以下步骤：
一、根据车辆满载时单个车桥的载荷，计算确定螺旋弹簧所需的承受载荷；根据车轮跳动量，计算确定螺旋弹簧所需的压缩伸张行程；
二、根据垂向布置空间和压缩伸张行程，确定螺旋弹簧所需的满载长度；根据横向布置空间，确定螺旋弹簧所需的最大外径；
三、根据螺旋弹簧所需的承受载荷、压缩伸张行程、满载长度和最大外径，计算确定螺旋弹簧所需的簧丝参数和节距参数，所述簧丝参数包括等丝径主段的弹簧丝长度和直径以及变丝径副段的弹簧丝长度和最小直径；所述节距参数包括等丝径主段的节距和变丝径副段的节距；
四、根据簧丝参数制备弹簧丝，并采用热卷工艺将弹簧丝按节距参数绕在圆柱形的芯轴上；待弹簧丝冷却定型后，抽离芯轴以形成螺旋弹簧；
五、采用磨平并紧工艺，将螺旋弹簧顶部和底部的圈磨平并紧，以形成上端支撑圈和下端支撑圈。
进一步的，本发明一种螺旋弹簧的制备方法，还包括以下步骤：
六、对螺旋弹簧进行淬火处理，并在淬火处理后对螺旋弹簧进行高温回火处理。
进一步的，本发明一种螺旋弹簧的制备方法，还包括以下步骤：
七、对螺旋弹簧的表面进行喷丸处理。
本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧及其制备方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过使螺旋弹簧设置一体制作的等丝径主段和变丝径副段，让等丝径主段处于变丝径副段的上侧，让变丝径副段的丝径由下至上逐渐增大至等于等丝径主段的丝径，就构成了一种结构简单、成本低、载荷大、行程大、免维护、可靠性高的用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧。在变丝径副段未被压并前，等丝径主段和变丝径副段同时起缓冲减振作用，此时，螺旋弹簧的整体刚度等于变丝径副段的刚度和等丝径主段的刚度的串联，其值小于等丝径主段的刚度；在变丝径副段被完全压并后，变丝径副段仅起到支撑圈作用，只有等丝径主段起缓冲减振作用，此时，螺旋弹簧的整体刚度等于等丝径主段的刚度。这一结构设计实现了螺旋弹簧的变刚度目的，在保证承载能力的基础上增大了压缩伸张行程，可满足超重型车辆悬架对大载荷、大行程和小布置空间的使用要求。本发明提供的上述螺旋弹簧的制备方法具有工艺简单、实现容易的优点。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧及其制备方法作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧的正视图；
图2为本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧的俯视图；
图3为本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧的压缩量和弹性力曲线图。
具体实施方式
首先需要说明的是，本发明中所述的上、下、左、右、前、后等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。
如图1至图3所示本发明一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧的具体实施方式，包括一体制作的等丝径主段1和变丝径副段2，让等丝径主段1处于变丝径副段2的上侧，并使变丝径副段2的丝径由下至上逐渐增大至等于等丝径主段1的丝径。由此就构成了一种结构简单、成本低、载荷大、行程大、免维护、可靠性高的用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧。在变丝径副段2未被压并前，等丝径主段1和变丝径副段2同时起缓冲减振作用，此时，螺旋弹簧的整体刚度等于变丝径副段2的刚度和等丝径主段1的刚度的串联，其值小于等丝径主段 1的刚度；在变丝径副段2被完全压并后，变丝径副段2仅起到支撑圈作用，只有等丝径主段1起缓冲减振作用，此时，螺旋弹簧的整体刚度等于等丝径主段1的刚度。这一结构设计实现了螺旋弹簧的变刚度目的，在保证承载能力的基础上增大了压缩伸张行程，可满足超重型车辆悬架对大载荷、大行程和小布置空间的使用要求。需要指出的是，所述丝径指的是弹簧丝直径。
作为优化方案，本具体实施方式通过让等丝径主段1各圈的节距d1相等，使其弹性力与压缩量呈等比例关系，保证了螺旋弹簧的稳定性和可靠性；并使变丝径副段2的节距d2由下至上逐渐增大至等于等丝径主段1的节距d1，因变丝径副段2的丝径是由下至上逐渐增大的，这一结构设置可使变丝径副段2的弹性力与压缩量也呈等比例关系，增强了螺旋弹簧的稳定性和可靠性。同时，本具体实施方式通过让变丝径副段2和等丝径主段1的内径R相等，不但降低了热卷制备工艺，而且方便在螺旋弹簧内部布置其他悬架零部件，增强了结构的紧凑性。另外，因等丝径主段1顶部的圈为上端支撑圈11，变丝径副段2底部的圈为下端支撑圈 21，本具体实施方式通过让上端支撑圈11和下端支撑圈21分别磨平并与对应的相邻圈并紧，避免了应力集中，减小了压缩时对上端支撑圈11和下端支撑圈21的冲击，提高了螺旋弹簧的强度和抗疲劳能力。
需要说明的是，如图3所示，在实际应用中，本发明通常让变丝径副段2在车辆空载时承受的压力大于其被压并时所需的力，以使螺旋弹簧的刚度变化拐点处于空载位置之前并留有一定距离，从而使变丝径副段2在车辆空满载时均处于压并状态，这一结构设置使螺旋弹簧在车辆空满载时均处于大刚度(等丝径主段)状态，不但减小了车辆空满载引起的车身高度变化，而且可有效避免因车轮跳动引起变丝径副段2在压并与非压并之间频繁转换造成的断裂。为增强支撑的稳定性，本发明让上端支撑圈11和下端支撑圈21均采用了3/4完整圈，以保证有足够的接触面。为保证螺旋弹簧整体性能，本发明通常使等丝径主段1的长度大于变丝径副段2的长度。
本发明提供的螺旋弹簧已成功应用在部分多轴超重型车辆的悬架上，且取得了良好的使用效果。
基于同一构思，本发明还提供了一种上述螺旋弹簧的制备方法，具体包括以下步骤：
一、根据车辆满载时单个车桥的载荷，计算确定螺旋弹簧所需的承受载荷；根据车轮跳动量，计算确定螺旋弹簧所需的压缩伸张行程。
二、根据垂向布置空间和压缩伸张行程，确定螺旋弹簧所需的满载长度；根据横向布置空间，确定螺旋弹簧所需的最大外径。
三、根据螺旋弹簧所需的承受载荷、压缩伸张行程、满载长度和最大外径，计算确定螺旋弹簧所需的簧丝参数和节距参数。所述簧丝参数包括等丝径主段1的弹簧丝长度和直径以及变丝径副段2的弹簧丝长度和最小直径；所述节距参数包括等丝径主段1的节距和变丝径副段2的节距。
四、根据簧丝参数制备弹簧丝，并采用热卷工艺将弹簧丝按节距参数绕在圆柱形的芯轴上；待弹簧丝冷却定型后，抽离芯轴以形成螺旋弹簧。
这一方式可使螺旋弹簧等丝径主段1和变丝径副段2的内径保持一致，不但减化了热卷制备工艺，且方便在螺旋弹簧内部布置其他悬架零部件，增强了结构的紧凑性。
五、采用磨平并紧工艺，将螺旋弹簧顶部和底部的圈磨平并紧，以形成上端支撑圈11和下端支撑圈21。
通过磨平并紧处理，避免了应力集中，减小了压缩时对上端支撑圈11和下端支撑圈21 的冲击，提高了螺旋弹簧的强度和抗疲劳性能；且增强了螺旋弹簧的稳定性和可靠性。
进一步的，还包括以下步骤：
六、对螺旋弹簧进行淬火处理，并在淬火处理后对螺旋弹簧进行高温回火处理。通过淬火和高温回火处理，增强了螺旋弹簧的强度和抗疲劳性能。
进一步的，还包括以下步骤：
七、对螺旋弹簧的表面进行喷丸处理。通过表面喷丸处理，进一步增强了螺旋弹簧的强度和抗疲劳性能。
本发明提供的上述螺旋弹簧的制备方法具有工艺简单、实现容易的优点。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于超重型车辆悬架的螺旋弹簧制备方法，所述螺旋弹簧包括一体的等丝径主段(1)和变丝径副段(2)，等丝径主段(1)处于变丝径副段(2)的上侧，变丝径副段(2)的丝径由下至上逐渐增大至等于等丝径主段(1)的丝径；等丝径主段(1)各圈的节距相等，变丝径副段(2)的节距由下至上逐渐增大至等于等丝径主段(1)的节距，变丝径副段(2)和等丝径主段(1)的内径相等，等丝径主段(1)顶部的圈为上端支撑圈(11)，变丝径副段(2)底部的圈为下端支撑圈(21)，上端支撑圈(11)和下端支撑圈(21)分别磨平并与对应的相邻圈并紧，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
一、根据车辆满载时单个车桥的载荷，计算确定螺旋弹簧所需的承受载荷；根据车轮跳动量，计算确定螺旋弹簧所需的压缩伸张行程；
二、根据垂向布置空间和压缩伸张行程，确定螺旋弹簧所需的满载长度；根据横向布置空间，确定螺旋弹簧所需的最大外径；
三、根据螺旋弹簧所需的承受载荷、压缩伸张行程、满载长度和最大外径，计算确定螺旋弹簧所需的簧丝参数和节距参数，所述簧丝参数包括等丝径主段(1)的弹簧丝长度和直径以及变丝径副段(2)的弹簧丝长度和最小直径；所述节距参数包括等丝径主段(1)的节距和变丝径副段(2)的节距；
四、根据簧丝参数制备弹簧丝，并采用热卷工艺将弹簧丝按节距参数绕在圆柱形的芯轴上；待弹簧丝冷却定型后，抽离芯轴以形成螺旋弹簧；
五、采用磨平并紧工艺，将螺旋弹簧顶部和底部的圈磨平并紧，以形成上端支撑圈(11)和下端支撑圈(21)。
2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
六、对螺旋弹簧进行淬火处理，并在淬火处理后对螺旋弹簧进行高温回火处理。
3.根据权利要求2所述的螺旋弹簧制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
七、对螺旋弹簧的表面进行喷丸处理。
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