CN200998989Y

CN200998989Y - 多级刚度汽车悬架弹簧

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Publication number: CN200998989Y
Application number: CNU2007200784207U
Authority: CN
Inventors: 黎孟珠; 李鲲; 阳林峰; 朱杰; 秦英华; 谢日荣; 张治龙; 陈元华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2017-01-29

Abstract

本实用新型公开了一种多级刚度汽车悬架弹簧，其中两级刚度的螺旋弹簧以串联的方式连接成减振弹簧组：刚度小的螺旋弹簧安装于刚度大的螺旋弹簧内，并由环形连接件连接形成串联关系，组成串联刚度和并联刚度；将环形连接件设计成可压缩的第三级减振弹簧，当车身大梁与车桥之间形成最大的压缩量时，形成三级减振弹簧的并联刚度，三级减振弹簧可以满足多级刚度汽车悬架弹簧四级刚度的要求。本实用新型还可以将具有四级刚度的悬架弹簧进行串联的组合，而形成七级刚度的多级刚度汽车悬架弹簧总成。本实用新型充分利用了有限的空间，因此结构简单、减振效果好且易于实施，可以取代目前市场上推广难题多，使用性能优越的空气弹簧。

Description

多级刚度汽车悬架弹簧

(一)技术领域：

本实用新型涉一种汽车零部件，特别是一种多级刚度汽车悬架弹簧。

(二)背景技术：

在汽车的悬架弹性元件中，钢板弹簧应用得最广泛，它是由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹簧梁，其特点是钢板弹簧的刚度几乎是一成不变的。钢板弹簧的进一步发展是应用于独立悬架的螺旋弹簧，螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成，可以做成等螺距和变螺距，前者的刚度不变，而后者的刚度有限变化。

随着汽车的普及，人们已经不满足于有车可乘，而是要求乘坐舒适，对轿车和长途客车更是如此，舒适性已是对一辆汽车好坏档次划分的重要衡量指标，而舒适性最终由悬架弹性元件来体现。

行驶舒适性要求是：悬架弹性元件的刚度应对应于汽车不同的载荷，即悬架弹性元件的刚度跟随汽车载荷的不同随时变化，避免不同频率的共振现象。对于钢板弹簧和螺旋弹簧来说，远远达不到汽车舒适性的要求。

目前能够满足行驶舒适性要求的悬架弹性元件当属气体弹簧，气体弹簧是在一密封容器中充入压缩气体，利用气体的可压缩性实现其弹簧的作用。作用于气体弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体受压缩，气压升高，则弹簧的刚度增大；反之，当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小，这种气体弹簧的刚度的增大和减小是连续变化的，因此具有很好的弹性特性。

但采用气体弹簧时，必须设置能传递垂直力以外的其它各种力和力矩的杆系，因此悬架结构复杂；气体弹簧对密封要求严格，不得漏气；除此之外，还有悬架制造复杂，成本较高的缺点，使得气体弹簧难以普及推广。

由于上述原因，气体弹簧还只是在高档车或者有特殊定货要求的车辆上使用。

(三)发明内容：

本实用新型的目的是提出了一种由减振弹簧构成的，且又具有可变刚性的多级刚度汽车悬架弹簧。

能够实现上述目的的多级刚度汽车悬架弹簧，包括减振弹簧，所不同的是：不同刚度的减振弹簧以串联的方式连接组成减振弹簧组。

一般情况下，减振弹簧组由两级不同刚度的螺旋弹簧组成，两级螺旋弹簧串联最简单的方式是在体外首尾相连，这种连接方式无疑要增加减振弹簧组的长度，而在不改变原有结构的情况下，最好是将直径小的螺旋弹簧内置于直径大的螺旋弹簧内腔中，两者的内外径之间套装有环形连接件，直径大的螺旋弹簧上端顶紧在车身连接端，其下端与环形连接件下端刚性连接，直径小的螺旋弹簧下端压紧在车桥连接端，其上端与环形连接件上端刚性连接，环形连接件的高度小于车身连接端与车桥连接端之间的距离，而且环形连接件的上、下端与车身连接端、车桥连接端之间有压缩间隙。环形连接件最简单的一种结构为上下都有开口，下开口处具有向外的挡边，环形连接件的上开口处具有向内的挡边，为使刚性连接稳固，所有的挡边至少应呈水平状；直径大的螺旋弹簧的下端压在环形连接件下开口处向外的挡边上，直径小的螺旋弹簧的上端顶在环形连接件上开口处向内的挡边上。

一般来说，直径小的螺旋弹簧为小刚度的一级螺旋弹簧(弹簧刚度K1)，直径大的螺旋弹簧为大刚度的二级螺旋弹簧(弹簧刚度K2)，一级螺旋弹簧安装于二级螺旋弹簧内腔中，从而实现两级减振弹簧安装空间上的叠加。工作过程中，压缩开始时使用的是一级螺旋弹簧刚度K1和二级螺旋弹簧刚度K2的串联刚度，其值为K1×K2/(K1+K2)；继续压缩使车桥与二级螺旋弹簧接触时，压缩使用的是二级螺旋弹的刚度，其值为K2；再继续压缩使车身大梁与一级螺旋弹簧接触时，压缩使用的是一级螺旋弹簧刚度K1和二级螺旋弹簧刚度K2的并联刚度，其值为K1+K2。

环形连接件可以设置成能相互活动的分离式结构，环形连接件在其上方处分离成一级螺旋弹簧连接件和二级螺旋弹簧连接件，二级螺旋弹簧连接件的环形面上开设有变形槽；一级螺旋弹簧连接件的下开口处具有向外且向上的勾边，二级螺旋弹簧连接件的上开口处具有向内且向下的勾边，一级螺旋弹簧连接件和二级螺旋弹簧连接件对应的勾边形成相互挂扣的活动连接；在上述结构中可以将二级减振弹簧演变成第三级减振弹簧，第三级减振弹簧即由二级螺旋弹簧连接件(其刚度为K3)来充当，此时的二级螺旋弹簧连接件应选用薄形的弹性材料来制造，当压缩达到最大时，一级螺旋弹簧连接件顶部顶住车身连接端，一级螺旋弹簧连接件和二级螺旋弹簧连接件的勾边在挂扣处产生相对移动，二级螺旋弹簧连接件向上运动顶住车身连接端后也被向内反向压缩，此时呈并联关系的三种减振弹簧同时被压缩，并联总刚度值为K1+K2+K3。

综上所述，本实用新型多级刚度汽车悬架弹簧具有四种不同的刚度，分别为K1×K2/(K1+K2)、K2、K1+K2和K1+K2+K3。

多个多级刚度汽车悬架弹簧之间再进行串联的组合，还可以形成多级刚度汽车悬架弹簧总成的七级刚度。

串联结构：两个多级刚度汽车悬架弹簧分置车桥前后，之一的多级刚度汽车悬架弹簧的车桥连接端与车身大梁或者车身铰链，其车身连接端与斜向挑梁的上端铰装；另一个多级刚度汽车悬架弹簧车身连接端与车身大梁或者车身铰连，其车桥连接端与斜向挑梁的下端铰连；斜向挑梁与垂直支撑杆的上端铰连，垂直支撑杆下端与车桥连接。垂直支撑杆还可与另一垂直连杆、两平行连杆铰装成平行四连杆机构，垂直连杆还与车身大梁固连，平行四连杆机构可以保证垂直支撑杆垂直上下运动。

设一个多级刚度汽车悬架弹簧的三种刚度分别为K1、K2、K3，另一个多级刚度汽车悬架弹簧的刚度为K4、K5、K6，则能够实现的七级刚度分别为：

\frac{\frac{k 1 \times k 2}{k 1 + k 2} \times \frac{k 4 \times k 5}{k 4 + k 5}}{\frac{k 1 \times k 2}{k 1 + k 2} + \frac{k 4 \times k 5}{k 4 + k 5}},

\frac{k 2 \times \frac{k 4 \times k 5}{k 4 + k 5}}{k 2 + \frac{k 4 \times k 5}{k 4 + k 5}},

\frac{k 2 \times k 5}{k 2 + k 5},

\frac{(k 1 + k 2) \times k 5}{k 1 + k 2 + k 5},

\frac{(k 1 + k 2) \times (k 4 + k 5)}{k 1 + k 2 + k 4 + k 5},

\frac{(k 1 + k 2 + k 3) \times (k 4 + k 5)}{k 1 + k 2 + k 3 + k 4 + k 5}

和

\frac{(k 1 + k 2 + k 3) \times (k 4 + k 5 + k 6)}{k 1 + k 2 + k 3 + k 4 + k 5 + k 6} .

当两个多级刚度汽车悬架弹簧的轴心线与垂直支撑杆的间距为零时，上述串联结构可以演变成：上下设置的多级刚度汽车悬架弹簧分置车桥前后，上方多级刚度汽车悬架弹簧的车身连接端与车身大梁或者车身铰连，下方多级刚度汽车悬架弹簧的车桥连接端与车身大梁或者车身铰连，上方多级刚度汽车悬架弹簧的车桥连接端、下方多级刚度汽车悬架弹簧减的车身连接端与水平挑梁铰连，水平挑梁与车桥固连。

本实用新型的特点：

1、可在不增加安装空间的情况下，解决了两级减振弹簧甚至三级减振弹簧的安装问题，在生产和技术上都易于实现，节约了空间，降低了实施成本。

2.、汽车悬架的多级减振弹簧可以吸收和抑制不同频率的激励振源和冲击载荷，提高了乘坐舒适性，提升了汽车的档次。

3、本实用新型结构简单、性能可靠、成本低廉，完全可以取代空气弹簧，同时使车辆的价格大大降低。

(四)附图说明：

图1是本实用新型一种实施方式的结构示意图。

图2是图1实施方式的串联结构示意图。

图3是图1实施方式的并联结构示意图。

图号标识：1、一级螺旋弹簧；2、二级螺旋弹簧；3、二级螺旋弹簧连接件；4、减振筒；5、车身连接端；6、车桥连接端；7、一级螺旋弹簧连接件；9、车桥；10、车身大梁；11、斜向挑梁；12、垂直支撑杆；13、垂直连杆；14、水平挑梁。

(五)具体实施方式：

如图1所示，本实用新型多级刚度汽车悬架弹簧，是由减振筒4、车身连接端5、车桥连接端6、螺旋弹簧构成的部件，车身连接端5和车桥连接端6为两块相同的平板，减振筒4置于两平板之间，减振筒4的两端分别与两平板铰连，螺旋弹簧套装在减振筒4中且压紧在车身连接端5和车桥连接端6之间。

所述螺旋弹簧为两个不同刚度的螺旋弹簧以串联的方式连接组成的减振弹簧组，两个不同刚度的减振弹簧分别是刚度为K1的一级螺旋弹簧1，刚度为K2的二级螺旋弹簧2。

如图1所示，刚度为K3的二级螺旋弹簧连接件3是上下全开口的环形体，该环形体套装着减振筒4，环形体上开设有间隔的变形槽，二级螺旋弹簧连接件3的上开口处具有向内向下的勾边，下开口处具有向外的水平挡边；一级螺旋弹簧连接件7也是上下全开口的环形体，该环形体同样套装着振筒4，一级螺旋弹簧连接件7的上开口处具有向内的水平挡边，下开口处具有向外向上的勾边，该勾边与二级螺旋弹簧连接件3的勾边相吻合活动挂扣。

如1所示，二级螺旋弹簧2套装减振筒4后其上端压紧在车身连接端5的端面，二级螺旋弹簧连接件3套装入二级螺旋弹簧2与减振筒4形成的环腔中，其下端开口处的挡边托着二级螺旋弹簧2的下端，一级螺旋弹簧连接件7套装入二级螺旋弹簧连接件3与减振筒4形成的环腔中，并在二级螺旋弹簧连接件3上开口处，两者方向相反的勾边相互活动挂扣；一级螺旋弹簧1套装入二级螺旋弹簧连接件3与减振筒4形成的环腔，它的上端顶在一级螺旋弹簧连接件7上开口处的水平挡边上，下端顶在车桥连接端6的底面。以上结构是三级减振弹簧未被压缩时的状态，此时一级螺旋弹簧连接件7的顶部与车身连接端5的顶面有S2的间隙距离，二级螺旋弹簧连接件3的顶部与车身连接端5的顶面有S3的间隙距离，且S3＞S2，二级螺旋弹簧连接件3的底部与车桥连接端6的底面有S1的间隙距离。在压缩行程小于S1范围内时，减振弹簧的串联总刚度为K1×K2/(K1+K2)，在压缩行程大于S1小于S2时，减振弹簧的总刚度为K2，在压缩行程大于S2小于S3时减振弹簧的并联总刚度为K1+K2，在压缩行程大于S3时减振弹簧的并联总刚度为K1+K2+S3。形成部件的多级刚度汽车悬架弹簧的车身连接端5与车身大梁10铰装(无车身大梁10的则与车身铰装)，车桥连接端6与车桥9铰装，如图1所示。

通过多级刚度汽车悬架弹簧的串联安装配置，多级刚度汽车悬架弹簧总成的总刚度还可以达到七级。

如图2所示是两个对应刚度不同的多级刚度汽车悬架弹簧相串联：在车桥9的上方设置斜向挑梁11，斜向挑梁11的上下端分别高于和低于车身大梁10，斜向挑梁11的上下端呈水平状并位于车桥9的前后。斜向挑梁11的上端与一个多级刚度汽车悬架弹簧的车身连接端5铰装，该多级刚度汽车悬架弹簧的车桥连接端6与固定在车身大梁10下的直角梁铰装；斜向挑梁11的下端与另一个多级刚度汽车悬架弹簧的车桥连接端6铰装，该多级刚度汽车悬架弹簧的车身连接端5与固定在车身大梁10上的直角梁铰装。有些情况下，车身大梁10与车桥9之间的距离不够安装多级刚度汽车悬架弹簧，上述直角梁的设置，主要目的在于增加车身大梁10与车桥9之间距离。一根垂直支撑杆12的下端铰装在车桥9上，垂直支撑杆12的上端与斜向挑梁11铰装。两根平行连杆的一端分别与垂直支撑杆12的杆部和下端铰装，两根平行连杆的另一端分别铰装在垂直支撑杆12旁的垂直连杆13上，垂直连杆13的上端与车身大梁10的底部固连。

在上述结构中，前后两个多级刚度汽车悬架弹簧的轴心线与垂直支撑杆12的中心线形成间距L1与L2：

1、当L2＝0时，后一个多级刚度汽车悬架弹簧的轴心线与垂直支撑杆12的中心线重合，只有后一个多级刚度汽车悬架弹簧承受重量，而前一个多级刚度汽车悬架弹簧没有发挥作用，因此多级刚度汽车悬架弹簧总成的总刚度等同于一个多级刚度汽车悬架弹簧的四级刚度。

2、当L1＝L2时，多级刚度汽车悬架弹簧总成的总刚度达到七级。

3、当L1＞L2时，前一个多级刚度汽车悬架弹簧的三个独立刚度均要小于后一个多级刚度汽车悬架弹簧的三个独立刚度。

4、当L1＝L2＝0时，前后两个多级刚度汽车悬架弹簧的轴心线与垂直支撑杆12的中心线重合，形成如图3所示的两个多级刚度汽车悬架弹簧上下直接串联的结构，由于安装距离的原因，上下两个多级刚度汽车悬架弹簧偏离车桥9前或者后安装，考虑力矩平衡，在车桥9的后或者前也对称安装上上下串联的两个多级刚度汽车悬架弹簧：在车桥9上固定设置水平挑梁14，水平挑梁14的两端分别位于车桥9的前后；水平挑梁14每端的上下位置同轴心设置一个多级刚度汽车悬架弹簧，上方的多级刚度汽车悬架弹簧的车桥连接端6与水平挑梁14铰装，该多级刚度汽车悬架弹簧的车身连接端5与与固定在车身大梁10上的直角梁铰装；下方的多级刚度汽车悬架弹簧的车身连接端5与水平挑梁14铰装，该多级刚度汽车悬架弹簧的车桥连接端6与与固定在车身大梁10下的直角梁铰装。

Claims

1、多级刚度汽车悬架弹簧，包括减振弹簧，其特征在于：不同刚度的减振弹簧以串联的方式连接组成减振弹簧组。

2、根据权利要求1所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：减振弹簧组由两级不同刚度的螺旋弹簧组成。

3、根据权利要求2所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：直径小的螺旋弹簧内置于直径大的螺旋弹簧内腔中，两者的内外径之间套装有环形连接件，直径大的螺旋弹簧上端顶紧在车身连接端(5)，下端与环形连接件下端刚性连接，直径小的螺旋弹簧下端压紧在车桥连接端(6)上，上端与环形连接件上端刚性连接；环形连接件的高度小于车身连接端(5)与车桥连接端(6)之间的距离，且环形连接件的上端与车身连接端(5)、下端与车桥连接端(6)之间有压缩间隙。

4、根据权利要求3所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：直径小的螺旋弹簧为小刚度的一级螺旋弹簧(1)，直径大的螺旋弹簧为大刚度的二级螺旋弹簧(2)。

5、根据权利要求4所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：环形连接件为上下开口结构，下开口处具有向外的挡边，二级螺旋弹簧(2)的下端压在该挡边上，环形连接件的上开口处具有向内的挡边，一级螺旋弹簧(1)的上端顶在该挡边上。

6、根据权利要求5所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：环形连接件为能相互活动的分离式结构，环形连接件在其上方处分离成直径小的一级螺旋弹簧连接件(7)和直径大的二级螺旋弹簧连接件(3)，二级螺旋弹簧连接件(3)的环形面上开设有变形槽；一级螺旋弹簧连接件(7)的下开口处具有向外且向上的勾边，二级螺旋弹簧连接件(3)的上开口处具有向内且向下的勾边，一级螺旋弹簧连接件(7)和二级螺旋弹簧连接件(3)对应的勾边形成相互挂扣的活动连接。

7、根据权利要求6所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：减振弹簧组分置车桥(9)前后，一副减振弹簧组的车桥连接端(6)与车身大梁(10)铰链，车身连接端(5)与斜向挑梁(11)的上端铰装；另一副减振弹簧组的车身连接端(5)与车身大梁(10)铰连，车桥连接端(6)与斜向挑梁(11)的下端铰连；斜向挑梁(11)与垂直支撑杆(12)的上端铰连，垂直支撑杆(12)的下端与车桥(9)连接。

8、根据权力要求7所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：垂直支撑杆(12)与垂直连杆(13)、两平行连杆铰装成平行四连杆机构，垂直连杆(13)还与车身大梁(10)固连。

9、根据权力要求7所述的多级刚度汽车悬架弹簧，其特征在于：上下设置的减振弹簧组分置车桥(9)前后，上方减振弹簧组的车身连接端(5)与车身大梁(10)铰连，下方减振弹簧组的车桥连接端(6)与车身大梁(10)铰连，上方减振弹簧组的车桥连接端(6)、下方减振弹簧组的车身连接端(5)与水平挑梁(14)铰连，水平挑梁(14)与车桥(9)固连。