CN104976261A - 一种汽车复合材料板弹簧总成及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车复合材料板弹簧总成，包括复合材料板弹簧簧身、下金属夹板、上金属夹板、U型螺栓金属夹板，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，复合材料板弹簧簧身两端分别螺栓连接有金属接头。复合材料板弹簧簧身采用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，复合材料板弹簧簧身的纤维铺层均为0度，纤维体积含量为58％。本发明提高复合材料板弹簧的轻量化水平，同时提高汽车板弹簧的使用寿命，且成本低，易于装配和维护。本发明同时公开了一种汽车复合材料板弹簧总成的装配方法。

Description

一种汽车复合材料板弹簧总成及其装配方法

技术领域

本发明涉及汽车悬架的板弹簧总成，具体涉及一种汽车复合材料板弹簧总成，属于汽车零部件领域。

背景技术

随着能源危机和环境危机的日益突出，人们对汽车轻量化的要求越来越高。复合材料板弹簧在轻量化方面具有显著优势，因此成为了国内外学者竟相研究的热点问题。经过多年的发展和研究，利用纤维增强树脂基复合材料制造汽车板簧的概念和优势已经逐渐被国内业内人员所了解。

作为技术密集型产业，汽车的发展需要新材料和新工艺。而复合材料的优良性能恰恰满足了汽车发展的需要。汽车零部件所用的钢和合金等材料开始逐步被复合材料取代。

对于汽车工业中的复合材料，国内外主要使用树脂基复合材料，包括玻璃纤维增强复合材料和碳纤维增强复合材料。树脂基复合材料具有轻质高强度、性能可设计、具有良好的耐腐烛性、具有良好的减振性、容易成型，工艺简单等特点。此外，树脂基复合材料的疲劳极限比较高，对应力集中敏感性小。

作为技术密集型产业，汽车的发展需要新材料和新工艺。而复合材料的优良性能恰恰满足了汽车发展的需要。随着这些年复合材料新技术和新工艺的发展，以及国内对国外技术的借鉴和引进，我国的汽车厂或者零部件厂生产的复合材料零部件已初具规模。

经过检索，发现现有采用复合材料的板簧技术主要有：

由CN 204077274U公开了一种等截面积的复合材料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。

由CN IO4029579A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。

由CN IO2700377A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。

通过对现有技术的研究发现，虽然在国内做了大量复合材料板弹簧的相关研究，但是实际应用到汽车上的还很少，且国内的复合材料板弹簧设计仅仅满足部分试验需要，还不能满足实际装车的需要。国内所研究的复合材料板簧簧身设计均未采用抛物线形状，导致复合材料板弹簧在使用过程中应力分布不均匀，疲劳寿命降低；一般未能与车桥正确定位，或者定位方式不可靠；复合材料板弹簧金属接头设计不够完善，未能考虑板弹簧工作时金属接头受到的巨大力和力矩，以及金属接头与簧身接触部分未能圆滑过渡，未能对与复合材料接触部分起到保护作用。

发明内容

本发明的目的是：在满足汽车对板弹簧性能要求的基础上，提供一种汽车复合材料板弹簧总成，提高复合材料板弹簧的轻量化水平，同时提高汽车板弹簧的使用寿命，且成本低，易于装配和维护。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种汽车复合材料板弹簧总成，包括复合材料板弹簧簧身、下金属夹板、上金属夹板、U型螺栓金属夹板，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，复合材料板弹簧簧身两端分别螺栓连接有金属接头。

所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，复合材料板弹簧簧身为单片簧。

所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，复合材料板弹簧簧身底面中间部位设有簧身下凸台，所述下金属夹板的上表面设有凹槽与复合材料板弹簧簧身下凸台配合。

所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，簧身下凸台为多波峰结构。

所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，簧身下凸台的底面为多边形。

所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，簧身下凸台的底面为椭圆形。

所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，复合材料板弹簧簧身为抛物线型结构。

所述一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，复合材料板弹簧簧身采用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，复合材料板弹簧簧身的纤维铺层均为0度，纤维体积含量范围为40％-70％。

所述一种汽车复合材料板弹簧总成，其中，金属接头在其与复合材料板弹簧簧身连接部分设有加长结构。

本发明同时提供一种汽车复合材料板弹簧总成的装配方法，包括以下步骤：

通过螺栓和粘接剂将两个金属接头固定在复合材料板弹簧簧身的两端；

将车桥、下金属夹板、单片复合材料板弹簧、上金属夹板、U型螺栓金属夹板由下往上依次定位叠装，并将U型螺栓***车桥上的U型螺栓安装孔安装固定，通过U型螺栓进行夹紧和固定，完成装配总成；

将上述装配总成的前接头装配在车架板簧铰接部件上；

将上述装配总成的后接头装配在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。

本发明在当前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。这样做可以降低设计成本，延长板簧的疲劳寿命，实现复合材料板弹簧装车应用，并且实现整车轻量化，提高汽车动力性和燃油经济性，使复合材料板弹簧的得到推广与应用。本发明与现有的汽车复合材料板弹簧相比具有非常明显的优点：

(1)复合材料板弹簧的簧身形状采用材料利用率较高的抛物线板簧形状，具有轻量化水平高和疲劳寿命长的特点；

(2)无需对复合材料板弹簧中部钻孔；

(3)有效地提高了复合材料板弹簧的使用寿命；

(4)可以实现装车应用；

(5)采用高压RTM工艺一体成型，可实现批量生产，降低生产成本。

(6)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。

(7)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1(a)为本发明所述汽车复合材料板弹簧总成主视图

图1(b)为本发明所述汽车复合材料板弹簧总成三维图

图2(a)为复合材料板弹簧簧身主视图

图2(b)为复合材料板弹簧簧身三维图

图3(a)为复合材料板弹簧簧身仰视图

图3(b)为复合材料板弹簧簧身下凸台椭圆形底面示意图

图3(c)为复合材料板弹簧簧身下凸台六边形底面示意图

图3(d)为复合材料板弹簧簧身下凸台多波峰结构三维图

图4为上金属夹板三维图

图5(a)为U型螺栓金属夹板主视图

图5(b)为U型螺栓金属夹板三维图

图6(a)为下金属夹板主视图

图6(b)为下金属夹板三维图

图7为后金属接头三维图

图8为橡胶衬套主视图

图9(a)为前金属接头主视图

图9(b)为前金属接头三维图

图10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.复合材料板弹簧簧身，5.下金属夹板，6.前金属接头，7.螺栓，8.簧身下凸台，9.橡胶衬套

具体实施方式

参照附图，结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1(a)、图1(b)所示，一种汽车复合材料板弹簧总成，具有一个复合材料板弹簧簧身，一个下金属夹板5，一个上金属夹板2，一个U型螺栓金属夹板1，两个金属接头6、3和四个橡胶衬套9。U型螺栓金属夹板1、上金属夹板2、单片复合材料板弹簧簧身4、下金属夹板5由上至下依次叠放后通过两个U型螺栓夹紧固定，一对U型螺栓采用内八字斜拉布置在复合材料板弹簧总成上，将橡胶衬套9装配到板弹簧两端的接头中，并将接头安装到车架上对应的板弹簧铰接点上。下金属夹板5的上表面凹槽和复合材料板弹簧簧身下凸台8配合，下金属夹板5的下表面凸台与车桥上对应的的中心螺栓装配孔配合；金属接头和复合材料板弹簧通过螺栓7连接和粘接连接实现可靠连接。两个金属接头6、3分别通过螺栓7连接在复合材料板弹簧簧身4两端且与簧身4粘接固定；四个橡胶衬套通过过盈配合安装在两个金属接头内。汽车复合材料板弹簧总成通过下金属夹板5安装在车桥上，同时通过橡胶衬套安装在板簧铰接点和吊耳上。

复合材料板弹簧簧身4为单片簧。

如图2(a)、图2(b)所示，复合材料板弹簧簧身4采取抛物线型结构，簧身4主体宽度为70mm，簧身4两端各设有两个螺栓通孔，用于与两端的金属接头3、6固定连接，簧身4与金属接头连接处的宽度为60mm，如图3(a)所示。复合材料板弹簧总成不需要中心螺栓来定位和连接，故不需在复合材料板弹簧簧身中间钻孔。

如图3(a)所示，复合材料板弹簧簧身4底面中间部位设有簧身下凸台8，这样既可以与下金属夹板实现定位，又可以可靠地传递纵向载荷；由于板簧中部是危险截面，因此在簧身的中间部分进行加厚设计可以针对性地增强簧身在危险截面的强度。簧身下凸台8可为长方体、圆柱体等，其底面为多边形、椭圆形等，如图3(b)、3(c)所示，簧身下凸台8也可以为多波峰结构，如图3(d)所示。

复合材料板弹簧簧身4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，复合材料板弹簧簧身的纤维铺层均为0度，疲劳寿命和抗蠕变性能更好；复合材料板弹簧簧身的纤维体积含量根据工艺需求在40％-70％范围内选取，优选为58％，对生产工艺和生产设备的要求较低，易于批量生产。

所述两个金属接头分别有前金属接头6和后金属接头3，金属接头在其与簧身4连接部分采取加长结构，由于金属接头和复合材料板弹簧簧身通过螺栓连接，板弹簧工作时，其连接处会产生较大的应力，也就是说复合材料板弹簧两端与接头结合处是板弹簧的薄弱点，通过加长金属接头长度，进而加大金属接头与板弹簧簧身两端的接触面积，对簧身两端接触部分起到保护作用；前金属接头6在其吊耳上与复合材料板弹簧簧身4连接处有明显的圆弧过渡。

如图4所示，上金属夹板2为平板结构，有效避免因U型螺栓金属夹板1和簧身4宽度不一致导致的应力集中；上金属夹板2的下边缘可采用倒角过渡。

下金属夹板采取凹形设计，其上表面中间部位设有凹槽，用于与复合材料板弹簧簧身中部下表面的簧身下凸台配合，可靠地传递板簧受到的纵向力。由于凹形设计粘接面积大，该结构也能可靠地传递板簧受到的侧向力。如图6(a)、图6(b)所示，下金属夹板5进行加厚处理，并且两侧有圆弧过渡。

所述的一种汽车复合材料板弹簧总成的装配方法，包括以下装配步骤：

通过螺栓和粘接剂将两个金属接头固定在复合材料板弹簧的两端头；

将车桥、下金属夹板、单片复合材料板弹簧、上金属夹板、U型螺栓金属夹板由下往上依次定位叠装；安装U型螺栓，将U型螺栓***车桥上的U型螺栓安装孔安装固定，将下金属夹板、单片复合材料板弹簧、上金属夹板、U型螺栓金属夹板和车桥通过两个U型螺栓进行夹紧和固定；

将上述装配总成的前接头装配在车架板簧铰接部件上；

将上述装配总成的后接头装配在车架吊耳下铰接点上；

将上述装配总成的下金属夹板的凸台与车桥的中心螺栓装配孔配合，完成汽车复合材料板弹簧总成的全部装配。

Claims (10)

1.一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，包括复合材料板弹簧簧身、下金属夹板、上金属夹板、U型螺栓金属夹板，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，复合材料板弹簧簧身两端分别螺栓连接有金属接头。

2.按照权利要求1所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述复合材料板弹簧簧身为单片簧。

3.按照权利要求1所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述复合材料板弹簧簧身底面中间部位设有簧身下凸台，所述下金属夹板的上表面设有凹槽与复合材料板弹簧簧身下凸台配合。

4.按照权利要求3所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述簧身下凸台为多波峰结构。

5.按照权利要求3所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述簧身下凸台的底面为多边形。

6.按照权利要求3所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述簧身下凸台的底面为椭圆形。

7.按照权利要求1所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述复合材料板弹簧簧身为抛物线型结构。

8.按照权利要求1所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述复合材料板弹簧簧身采用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，复合材料板弹簧簧身的纤维铺层均为0度，纤维体积含量范围为40％-70％。

9.按照权利要求1所述的一种汽车复合材料板弹簧总成，其特征在于，所述金属接头在其与复合材料板弹簧簧身连接部分设有加长结构。

10.按照权利要求1-6中任意一项所述的一种汽车复合材料板弹簧总成的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过螺栓和粘接剂将两个金属接头固定在复合材料板弹簧簧身的两端；

将车桥、下金属夹板、单片复合材料板弹簧、上金属夹板、U型螺栓金属夹板由下往上依次定位叠装，并将U型螺栓***车桥上的U型螺栓安装孔安装固定，通过U型螺栓进行夹紧和固定，完成装配总成；

将上述装配总成的前接头装配在车架板簧铰接部件上；

将上述装配总成的后接头装配在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。