CN113459748A - 一种两片式导向臂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种两片式导向臂，包括卷耳片和包耳片；所述卷耳片包括位于前端的卷耳和位于后端的单片钢板弹簧，所述卷耳内设置有相匹配的衬套；所述包耳片包括位于前端的包耳和位于后端的复合板；所述包耳套设于衬套外；所述单片钢板弹簧端部与复合板中部之间设置有连接结构。本发明的有益效果是：该两片式导向臂采用卷耳片和包耳片两片式设计，在保证悬架系统具有较好的承载强度的同时，通过包耳片对单片钢板弹簧进行贴合，使得单片钢板弹簧弧高比自由状态大，从而保证整个导向臂装配的弧高符合标准值，可以获得弧高稳定的导向臂总成，提升了对导向臂的整车装配效率。

Description

一种两片式导向臂
技术领域
本发明涉及悬架系统技术领域，具体为一种两片式导向臂。
背景技术
商用车单纵臂悬架系统大多采用的是弹簧钢热加工成型的导向臂作为导向和承载元件。由于导向臂在热加工成型和热处理后存在较大的反弹变形，所以导向臂的弧高公差比较大。当车桥两侧导向臂的弧高相差较大时，导向臂的载荷分布与设计值产生较大的偏离，影响导向臂的可靠性。
目前，通用的做法是对导向臂进行弧高分组，这一方面影响了导向臂的生产效率，另一方面也对导向臂的整车装配效率产生了影响
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种两片式导向臂来解决上述导向臂在进行热加工后导致两侧导向臂弧高相差过大的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种两片式导向臂，包括卷耳片和包耳片；所述卷耳片包括位于前端的卷耳和位于后端的单片钢板弹簧，所述卷耳内设置有相匹配的衬套；所述包耳片包括位于前端的包耳和位于后端的复合板；所述包耳套设于衬套外；所述单片钢板弹簧端部与复合板中部之间设置有连接结构。
本发明的有益效果是：该两片式导向臂采用卷耳片和包耳片两片式设计，在保证悬架系统具有较好地承载强度的同时，通过包耳片对单片钢板弹簧进行贴合，使得单片钢板弹簧弧高比自由状态大，从而保证整个导向臂装配的弧高符合标准值，可以获得弧高稳定的导向臂总成，提升了对导向臂的整车装配效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述卷耳和单片钢板弹簧一体成型；所述包耳和复合板可拆卸连接，且二者间设置有垫片。
进一步，所述包耳上设置有四个依次与垫片和复合板相连的沉头螺钉。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过调整垫片的厚度，可以匹配公差较大的单片钢板弹簧达到满足导向臂总成弧高的要求。
进一步，所述卷耳、单片钢板弹簧以及包耳均为钢板经热加工成型；所述复合板为玻璃纤维和环氧树脂混合而成的复合材料制成。
采用上述进一步方案的有益效果是，复合板采用复合材料可以显著降低导向臂总成的重量，实现轻量化，降低汽车能源消耗量。
进一步，所述卷耳、包耳以及衬套的中心线重合。
进一步，所述卷耳和包耳沿水平方向预留有间隙。
采用上述进一步方案的有益效果是，保证单片钢板弹簧发生折断后整个导向臂总成有一定的缓冲能力。
进一步，所述连接结构包括U型螺栓、中心螺栓以及支座板；所述U型螺栓局部围绕于单片钢板弹簧和复合板外部；所述中心螺栓依次贯穿单片钢板弹簧和复合板；所述支座板布置于复合板底部且依次与U型螺栓和中心螺栓固定连接。
进一步，所述连接结构还包括上座板以及下座板；所述上座板和下座板分别与单片钢板弹簧上下表面相贴合。
进一步，所述复合板外部还是设置位于下座板和支座板之间的保护件；所述保护件包括位于上层的上壳体以及位于下层的下壳体；所述上壳体和下壳体的拼接处设置有相匹配的止口结构。
进一步，所述上壳体和下壳体的外表面均设置有分别用于与下座板和支座板接触的耐磨垫。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过U型螺栓与支座板配合对单片钢板弹簧和复合板外侧进行锁紧，通过中心螺栓与支座板配合以对单片钢板弹簧和复合板进行夹紧；由于复合板采用的复合材料耐磨性较差，通过设置的保护件可以对复合板的连接处进行加强，提高使用寿命。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明实施例中导向臂最终装配结构示意图；
图3为本发明实施例中卷耳片自由状态的结构示意图；
图4为本发明实施例中包耳片自由状态的结构示意图；
图5为本发明实施例中卷耳片和包耳片安装过程示意图；
图6为本发明实施例中卷耳片和包耳片安装完毕的结构示意图；
图7为本发明实施例中导向臂刚度计算的尺寸示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、卷耳片，11、卷耳，12、单片钢板弹簧，2、包耳片，21、包耳，22、复合板，23、垫片，3、衬套，4、连接结构，41、U型螺栓，42、中心螺栓，43、支座板，44、上座板，45、下座板，5、沉头螺钉，6、保护件，61、上壳体，62、下壳体，7、耐磨垫。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语中“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型结构。对于本领域的普通技术人员，可以根据具体情况理解该类术语在本专利中的具体含义。
本发明还提供了优选的实施例
如图1、图2和图3和图4所示，本发明设计的两片式导向臂，包括卷耳片1和包耳片2两个大部分。所述卷耳片1包括位于前端的卷耳11和位于后端的单片钢板弹簧12，所述卷耳11内设置有相匹配的衬套3；所述包耳片2包括位于前端的包耳21和位于后端的复合板22；所述包耳21套设于衬套3外；所述单片钢板弹簧12端部与复合板22中部之间设置有连接结构4。采用卷耳片1和包耳片2两片组合式结构，其中卷耳11和单片钢板弹簧12为钢板经热加工一体成型结构；所述包耳21和复合板22可拆卸连接，且二者间设置有垫片23，包耳21均为钢板经热加工成型，复合板22为玻璃纤维和环氧树脂混合而成的复合材料制成，采用复合材料不仅可以减少原材料消耗以降低汽车的成本，还可以显著降低汽车能源消耗量，减少有害气体的排放，提高汽车的动力性能。由于单片钢板弹簧12经过热加工处理后存在一定的反弹变形，复合板22则是采用复合材料模压工艺制备，因此复合板22的弧高与成型模具一致，相对稳定；在装配前的自由状态下，复合板22的弧高比单片钢板弹簧12大，装配的过程中，包耳21套设于卷耳11外部，卷耳11、包耳21以及衬套3的中心线重合，卷耳11和包耳21沿水平方向预留有间隙，保证单片钢板弹簧12发生折断后整个导向臂总成有一定的缓冲能力；复合板22与单片钢板弹簧12端部接触并通过连接结构4进行固定，使得复合板22与单片钢板弹簧12根部平直段逐渐贴合，最终使得单片钢板弹簧12弧高比自由状态大，复合板22弧高最终状态比自由状态小，而导向臂总成的弧高是以装配后单片钢板弹簧12弧高为准，所以通过调整复合板22与单片钢板弹簧12弧高相匹配，可以获得弧高稳定的导向臂总成。
另外，垫片23也可为玻璃纤维和环氧树脂混合而成的复合材料制成；通过调节垫片23的厚度，可以匹配公差较大的单片钢板弹簧12达到满足导向臂总成弧高的要求。包耳21上设置有四个依次与垫片23和复合板22相连的沉头螺钉5，以对调整后的垫片23进行固定。
本实施例中，如图1和图4所示，所述连接结构4包括U型螺栓41、中心螺栓42以及支座板43；所述U型螺栓41局部围绕于单片钢板弹簧12和复合板22外部；所述中心螺栓42依次贯穿单片钢板弹簧12和复合板22；所述支座板43布置于复合板22底部且依次与U型螺栓41和中心螺栓42固定连接。通过U型螺栓41与支座板43配合对单片钢板弹簧12和复合板22外侧进行锁紧，通过中心螺栓42与支座板43配合以对单片钢板弹簧12和复合板22进行夹紧。为了进一步提升对单片钢板弹簧12的夹紧效果，连接结构4还包括上座板44以及下座板45；所述上座板44和下座板45分别与单片钢板弹簧12上下表面相贴合，上座板44和下座板45均为钢材制成。由于复合板22采用的复合材料耐磨性较差，所述复合板22外部还是设置位于下座板45和支座板43之间的保护件6；所述保护件6包括位于上层的上壳体61以及位于下层的下壳体62，上壳体61和下壳体62均通过U型螺栓41和中心螺栓42进行固定；所述上壳体61和下壳体62的拼接处设置有相匹配的止口结构。上壳体61和下壳体62的拼接处设置有相匹配的止口结构；通过上壳体61和下壳体62夹紧复合板22，无载时，上壳体61和下壳体62之间有一定间隙；满载时，上壳体61和下壳体62间隙为0，从而避免应力集中，同时对复合板22进行防护；所述上壳体61和下壳体62的外表面均设置有分别用于与下座板45和支座板43接触的耐磨垫7，耐磨垫为尼龙材料制成，进一步提升耐磨性以提高使用寿命。
本实施中，如图7所示，为了使导向臂总成达到使用要求，可根据整车对导向臂总成的刚度和满载弧高要求，作为已知条件，计算出导向臂总成的自由弧高，以及卷耳片1和包耳片2单片的弧高。其中，导向臂总成的弹性模量为E，宽度为B，作用长度为L，U型螺栓41中心距为S，满载负荷为Q，导向臂满载弧高为h，片数n0＝2，平直段长为M3，卷耳11半径为R，非线性附加变形为△，卷耳片1、包耳片2预加应力分别为σ1、σ2。
如图3所示，设定卷耳片1弧高为H1；如图4所示，包耳片2、复合板22弧高为H2、H0；如图5所示，导向臂总成自由弧高为H3；如图6所示，导向臂夹紧弧高为H4；如图2所示，垫片23厚度为h0。
导向臂总成为变截面产品，如图6所示，卷耳片1轧制截面厚度尺寸分别为t1、t2、t3、t4，其对应长度为L1、L2、L3、L4、L5、L6，其中，如果L1＝L2、L4＝L5。
则：B3＝(t3-t2)/(L4-L3)，同时可求出包耳片2中B3值，B1＝B2。
卷耳片1中：
α1＝4*L1 3/(B*t1 3)
α3＝4*(L3 3-L2 3)/(B*t2 3)
α4＝12/B/B1 3*((2*t2*B1*L3-t2 2-B1 2*L3 2)/2/t3 2
Λ+2*(t2-B1*L3)/t3+(B12*L32-3*t22+2*t2*B1*L3)/2/t22
Λ+LN(t3/t2))
α6＝4*(L62-L53)/B/t43
则，C1(i)＝2*205800/(α1+α3+α4+α6)；同理，可求出包耳片2中C2(i)值，C1(i)＝C2(i)；所以，导向臂总成刚度C＝(C1(i)+C2(i))*10/2；
其中，包耳片2中包耳21的包耳半径r＝(R*2+2*t1+4)/2；
进一步计算导向臂总成静挠度f＝Q/C；
那么，导向臂夹紧弧高H4＝h+10*f+Δ，取自由弧高H3＝H4，得出计算弧高H5＝H3-R；
则，导向臂总成的曲率半径R0＝(L-M3)2/8/H5。
从导向臂卷耳片1、包耳片2中计算出：
长度为：M1＝M2＝L-M3；
卷耳片和包耳片预应力σ1、σ2可以根据导向臂总成的需要，给与一定的初始值。
曲率半径为：R1＝R0/(1+2*σ1*R0/E/t4)，R2＝R0/(1+2*σ2*R0/E/t4)；
弧高为h11＝2*M1/8/R1，修正弧高为h11；
弧高为h22＝2*M2/8/(R2+t4-t1+H0)，修正弧高h22。
那么，导向臂卷耳片1、包耳片2单片曲率：R11＝(L-M3)2/8/h11、R22＝(L-M3)2/8/h22；
则卷耳片1、包耳片2自由弧高为：H1＝h11+R、H2＝h22+R。
从图7中可看出，H2＝r+t42+h0+H0；卷耳片1有钢板制成，包耳片2的复合板22由复合材料制成，由于材料的性能差异不可控，造成导向臂总成各个零部件制造公差的变化，设定的卷耳片1弧高H1的公差为±6mm，包耳片2、复合板22自由弧高H2、H0公差分别为±3、±1mm；包耳片2中包耳21的半径r、包耳厚度t42公差均为±0.25mm。
H2＝r+t42+h0+H0式中，从上述结果中我们可以得出h0+H0的厚度大小，在装配的过程中，通过测量出复合板22的弧高H0，从而得出垫片23的厚度定值h0，以此来调节导向臂总成更好的连接。
综上所述，为了使导向臂总成达到使用要求，可以保证包耳片2的包耳21和复合板22更好的连接，根据导向臂总成的已知设计条件计算出卷耳片1和包耳片2单片的弧高，在装配时测量出复合板22的弧高，从而得出垫片23的厚度，以此量调节使导向臂总成更好的达到使用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两片式导向臂，其特征在于，包括卷耳片(1)和包耳片(2)；所述卷耳片(1)包括位于前端的卷耳(11)和位于后端的单片钢板弹簧(12)，所述卷耳(11)内设置有相匹配的衬套(3)；所述包耳片(2)包括位于前端的包耳(21)和位于后端的复合板(22)；所述包耳(21)套设于衬套(3)外；所述单片钢板弹簧(12)端部与复合板(22)中部之间设置有连接结构(4)。
2.根据权利要求1所述的两片式导向臂，其特征在于，所述卷耳(11)和单片钢板弹簧(12)一体成型；所述包耳(21)和复合板(22)可拆卸连接，且二者间设置有垫片(23)。
3.根据权利要求2所述的两片式导向臂，其特征在于，所述包耳(21)上设置有四个依次与垫片(23)和复合板(22)相连的沉头螺钉(5)。
4.根据权利要求2或3所述的两片式导向臂，其特征在于，所述卷耳(11)、单片钢板弹簧(12)以及包耳(21)均为钢板经热加工成型；所述复合板(22)为玻璃纤维和环氧树脂混合而成的复合材料制成。
5.根据权利要求1所述的两片式导向臂，其特征在于，所述卷耳(11)、包耳(21)以及衬套(3)的中心线重合。
6.根据权利要求1所述的两片式导向臂，其特征在于，所述卷耳(11)和包耳(21)沿水平方向预留有间隙。
7.根据权利要求1所述的两片式导向臂，其特征在于，所述连接结构(4)包括U型螺栓(41)、中心螺栓(42)以及支座板(43)；所述U型螺栓(41)局部围绕于单片钢板弹簧(12)和复合板(22)外部；所述中心螺栓(42)依次贯穿单片钢板弹簧(12)和复合板(22)；所述支座板(43)布置于复合板(22)底部且依次与U型螺栓(41)和中心螺栓(42)固定连接。
8.根据权利要求7所述的两片式导向臂，其特征在于，所述连接结构(4)还包括上座板(44)以及下座板(45)；所述上座板(44)和下座板(45)分别与单片钢板弹簧(12)上下表面相贴合。
9.根据权利要求8所述的两片式导向臂，其特征在于，所述复合板(22)外部还是设置位于下座板(45)和支座板(43)之间的保护件(6)；所述保护件(6)包括位于上层的上壳体(61)以及位于下层的下壳体(62)；所述上壳体(61)和下壳体(62)的拼接处设置有相匹配的止口结构。
10.根据权利要求9所述的两片式导向臂，其特征在于，所述上壳体(61)和下壳体(62)的外表面均设置有分别用于与下座板(45)和支座板(43)接触的耐磨垫(7)。
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