一种复合材料后板簧总成及平衡悬架

技术领域

本申请涉及汽车悬架系统技术领域，具体涉及一种复合材料后板簧总成及平衡悬架。

背景技术

在汽车悬架系统中，板簧是常见的一种弹性元件，其性能优劣直接影响到汽车行驶的平顺性、操纵的稳定性以及承载能力。

相关技术中，如图1所示，汽车板簧主要由多层优质合金钢制成，占整车自重的5％～7％。针对于采用双后桥、平衡悬架配置的车型，该汽车板簧的作用是保证整车后悬架系统的承载能力、缓冲减振能力、侧倾稳定性和车架离地高度要求。

但是，该汽车板簧至少为二片簧或三片簧结构，材料为弹簧钢，密度较大，重量较重，无法在保证板簧性能的同时降低板簧重量，进而无法达成整车轻量化需求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种复合材料后板簧总成及平衡悬架，既能降低板簧的重量，又能保证板簧性能，且通用性强。

为达到以上目的，采取一种复合材料后板簧总成，包含：

板簧本体，其采用纤维增强材料和热固性树脂加工而成；

第一加固组件，其包含上金属U形板和下金属U形板，所述上金属U形板和下金属U形板环抱于板簧本体的中间段；且上金属U形板与板簧本体上表面之间、以及下金属U形板与板簧本体下表面之间均设置橡胶平垫；所述上金属U形板和下金属U形板的侧板设置相匹配的凹凸限位结构；

两个设置于板簧本体两端的第二加固组件，其包含位于板簧本体下表面的金属平板和倒扣的槽钢结构，且槽钢结构和金属平板环抱固定于板簧本体端部。

在上述技术方案的基础上，所述第一加固组件还包含两块金属平板和两个定位销；两块金属平板分别设置于上金属U形板的上表面和下金属U形板的下表面，两块金属平板一一与两根定位销过盈配合压装在两个金属U形板外表面。

在上述技术方案的基础上，所述第二加固组件还包含长沉头螺钉和螺母，所述长沉头螺钉从下至上贯穿槽钢结构、板簧本体和金属平板，并通过螺母固定。

在上述技术方案的基础上，所述第二加固组件还包含两块橡胶平垫和另一块金属平板，另一块金属平板设置于槽钢结构的顶面，一块橡胶平垫设置于金属平板和板簧本体下表面之间，另一块设置于槽钢结构的顶面和另一块金属平板之间。

在上述技术方案的基础上，所述第一加固组件的橡胶平垫和第二加固组件的橡胶平垫材质采用多层纤维布增强橡胶，其中纤维采用聚酯纤维或芳纶纤维，橡胶采用天然橡胶、天然橡胶与丁苯的并用胶、或天然橡胶与TPI的并用胶；所述橡胶平垫均需满足硬度为80±5HA、纤维含量占45-55％、拉伸强度大于等于12MPa、压缩强度大于等于150MPa以及压缩永久变形小于等于25％；第一加固组件的橡胶平垫和第二加固组件的橡胶平垫均通过粘接剂粘接于其余结构；所述粘接剂采用环氧结构胶或丙烯酸酯结构胶；所述粘接剂满足可操作时间在20～30min内、完全固化时间小于等于24h、凝固后的剪切强度大于等于4MPa以及工作温度在-60-120℃内。

在上述技术方案的基础上，所述板簧本体呈等宽变厚或变宽变厚的单片簧弧形结构；所述纤维增强材料采用E-玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中一种或多种，所述热固性树脂采用环氧树脂或PDCPD树脂；所述板簧本体需满足密度为1.8～2.0g/cm^3、拉伸强度大于等于700MPa、弯曲强度大于等于900MPa、弯曲模量大于等于30GPa、Z方向的压缩强度大于等于120MPa、Z方向的压缩模量大于等于2GPa以及层间剪切强度大于等于45MPa。

本申请公开了一种平衡悬架，应用于双后桥车型，所述平衡悬架包含盖板和上述的后板簧总成，所述后板簧总成跨设在两个后桥上方；所述后桥朝上设置导向座和滑板；所述第一加固组件上表面设置放置盖板，所述盖板通过U形螺栓固定于平衡轴支架，两个第二加固组件均插入导向座和滑板之间。

在上述技术方案的基础上，所述第一加固组件还包含两块金属平板和两个定位销；两块金属平板分别设置于上金属U形板的上表面和下金属U形板的下表面，两块金属平板一一与两根定位销过盈配合压装在两个金属U形板外表面。

在上述技术方案的基础上，所述第二加固组件还包含长沉头螺钉和螺母，所述长沉头螺钉从下至上贯穿槽钢结构、板簧本体和金属平板，并通过螺母固定。

在上述技术方案的基础上，所述第二加固组件还包含两块橡胶平垫和另一块金属平板，另一块金属平板设置于槽钢结构的顶面，一块橡胶平垫设置于金属平板和板簧本体下表面之间，另一块设置于槽钢结构的顶面和另一块金属平板之间。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

1、本申请的后板簧总成，板簧本体采用复合材料，能够保证板簧性能的同时实现轻量化，同时复合材料的板簧本体耐腐蚀强且不生锈；本申请的后板簧总成，结构简单，重量轻，能够满足各方面刚度和强度，同时针对复合材料的板簧本体耐磨性差的问题，特意设置了第一加固组件和第二加固组件，第一加固组件环抱板簧本体的中间段，能够防止来自外部结构的磨损，且针对板簧本体的中间段受力大，用橡胶平垫隔开金属U形板与板簧本体，避免板簧本体和金属U形板直接接触，防止金属U形板自身对板簧本体造成磨损，从内部防止板簧本体磨损；板簧本体的受力较小，第二加固组件环抱板簧本体端部，能够防止来自外部结构(滑板和导向座)的磨损；后板簧总成应用于双后桥车型的平衡悬架，代替原金属板簧保证整车后悬架系统的承载能力、缓冲减振能力、侧倾稳定性和车架离地高度要求，同时降低板簧自重。

2、本申请的后板簧总成，增设在第一加固组件的上下侧增设两块金属平板，进一步保护板簧本体，防止两个金属U形板在受到U形螺栓的大压力时发生变形；本复合材料板簧总成通用性更好，能够适应不同整车布置需求。

3、本申请的后板簧总成，第二加固组件中位于上方的金属平板，在驱动桥上下跳动过程中，进一步保证了耐磨性能；本申请的后板簧总成，通用性强，第二加固组件中位于上方的橡胶平垫，该橡胶平垫用于调节板簧本体端部厚度，以适应不同驱动桥的导向座的高度要求，可以根据性能需要采用或取消或加厚或减薄。第二加固组件中位于下方的橡胶平垫，能够用于调节后板簧总成的弧高，可以根据性能需要采用或取消或加厚或减薄；其中该橡胶平垫的厚度可以增加后板簧总成的弧高，进而增加车架离地高度。第二加固组件上下两个橡胶平垫可以根据需求进行变化，槽钢结构始终保持不变，使得后板簧总成的通用性能大大增强，而槽钢结构通用预制，大大提升了后板簧总成设计组装效率。

4、本申请的平衡悬架，结构稳定可靠，既满足轻量化需求，又满足各种强度刚度需求，代替传统包含弹簧钢金属板簧的平衡悬架，保证整车后悬架系统的承载能力、缓冲减振能力、侧倾稳定性和车架离地高度要求；同时，本申请的后板簧总成，可以适用于不同高度的导向座，通用性更好；可以根据整车布置需求，调整总成弧高，进而调整后悬架位置的车架离地高度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的板簧总成的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的后板簧总成的结构示意图；

图3为图2的爆炸图；

图4为本申请实施例提供的平衡悬架的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的后板簧总成的弧高的示意图；

附图标记：1、后板簧总成；2、盖板；3、平衡轴支架；4、U形螺栓；5、滑板；7、板簧本体；23、导向座；101、第一加固组件；8、定位销；9、金属平板；10、上金属U形板；11、橡胶平垫；13、下金属U形板；102、第二加固组件；16、螺母；19、槽钢结构；22、长沉头螺钉。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图2到图3所示，本申请公开了一种复合材料后板簧总成，复合材料后板簧总成包含板簧本体7、第一加固组件101和第二加固组件102，板簧本体7采用复合材料，具体地，采用纤维增强材料和热固性树脂加工而成，板簧本体7能降低板簧的重量，又能保证板簧性能，能够完美替换现有多层优质合金钢的板簧本体。复合材料的板簧本体7能够满足各种刚度和强度的要求，但耐磨性较差。

针对耐磨性较差，设置第一加固组件101和第二加固组件102。

第一加固组件101包含上金属U形板10和下金属U形板13，上金属U形板10和下金属U形板13环抱于板簧本体7的中间段，防止外部结构对板簧本体7造成磨损，从外部保护板簧本体7。

同时，上金属U形板10与板簧本体7上表面之间、以及下金属U形板13与板簧本体7下表面之间均设置橡胶平垫11。用橡胶平垫11隔开金属U形板与板簧本体，避免板簧本体7和金属U形板直接接触，主要是因为板簧本体7中间要连接平衡轴支架3，受力较大，防止金属U形板自身对板簧本体7造成磨损，从内部保护板簧本体7。

上金属U形板10和下金属U形板13的侧板设置相匹配的凹凸限位结构，上金属U形板10侧板的凹凸限位结构和下金属U形板13侧板的凹凸限位结构咬合在一起，防止在工作过程中彼此发生相对滑动；凹凸限位结构可以是单槽或双槽结构，能够实现限位功能即可。

具体地，两个橡胶平垫11均通过环氧结构胶粘接在板簧本体7和金属U形板之间，用于保护板簧本体7；其中，增加下金属U形板13与板簧本体7下表面之间的橡胶平垫11的厚度，可以降低后板簧总成1的弧高(见图5，即A面下降，A面与两B面连线的距离减小)，以降低车架离地高度。

两个第二加固组件102分别设置于板簧本体7两端，每个第二加固组件102包含槽钢结构19和一块金属平板9，槽钢结构19从上往下倒扣在板簧本体7的端部，一块金属平板9位于板簧本体7下表面，槽钢结构19和金属平板9一起环抱固定于板簧本体7端部。具体地，板簧本体7的两端受力较小，需要防止来自外部的磨损，通过设置槽钢结构19和金属平板9能够保护板簧本体7，在驱动桥上下跳动的时候，避免板簧本体7被滑板5和导向座23磨损。

本申请的后板簧总成，板簧本体采用复合材料，能够保证板簧性能的同时实现轻量化，同时复合材料的板簧本体耐腐蚀强且不生锈；本申请的后板簧总成，结构简单，重量轻，能够满足各方面刚度和强度，同时针对复合材料的板簧本体耐磨性差的问题，特意设置了第一加固组件101和第二加固组件102，第一加固组件101环抱板簧本体的中间段，能够防止来自外部结构的磨损，且针对板簧本体的中间段受力大，用橡胶平垫11隔开金属U形板与板簧本体7，避免板簧本体7和金属U形板直接接触，防止金属U形板自身对板簧本体7造成磨损，从内部防止板簧本体7磨损；板簧本体的受力较小，第二加固组件102环抱板簧本体端部，能够防止来自外部结构(滑板5和导向座23)的磨损。

进一步地，对于第一加固组件101，第一加固组件101还包含两块金属平板9和两个定位销8。两块金属平板9分别设置于上金属U形板10的上表面和下金属U形板13的下表面，进一步增强金属U形板的强度。两块金属平板9一一与两根定位销8过盈配合压装在两个金属U形板外表面。

本申请的后板簧总成，增设在第一加固组件101的上下侧增设两块金属平板9，进一步保护板簧本体，防止两个金属U形板在受到U形螺栓的大压力时发生变形。

其中，位于上金属U形板10的上表面的金属平板，因为直接与盖板2接触，金属平板9需保证不低于10mm的厚度，避免U形螺栓4紧固后中部局部变形产生应力集中。下金属U形板13的下表面的金属平板，与平衡轴支架3直接接触，其厚度可以适当减小。

金属U形板的中部带定位销8，定位销8通过过盈配合与金属U形板连接成一个整体，而中部金属平板9通过与定位销8过盈配合压装在金属U形板上。具体地，两根定位销8均采用45#钢或不低于该性能的结构钢，且需进行调质处理，保证HRC35～43的硬度要求，以避免在车辆行驶过程中出现断裂故障。

在一个实施例中，第二加固组件102通过长螺钉和螺母的形式，固定在板簧本体的端部。第二加固组件102还包含长沉头螺钉22和螺母16，长沉头螺钉22从下至上贯穿槽钢结构19、板簧本体7和金属平板9，并通过螺母16固定。

在另一个实施例中，进一步地，第二加固组件102还包含两块橡胶平垫11和另一块金属平板9，即第二加固组件102包含槽钢结构19、两块金属平板9以及两块橡胶平垫11。另一块金属平板9设置于槽钢结构19的顶面，进一步增强槽钢结构19的刚度和强度，一块橡胶平垫11设置于金属平板9和板簧本体7下表面之间，另一块设置于槽钢结构19的顶面和金属平板9之间。

具体地，第二加固组件102中位于上方的金属平板9在驱动桥下跳过程中，与导向座23上端接触限位，增强对板簧本体7的保护，避免磨损。

第二加固组件102中位于下方的金属平板9，与滑板5上表面接触，在驱动桥上下跳动过程中，该金属平板会在滑板5上滑移，因此该金属平板需采用NM400、60Si2Mn或不低于该性能的耐磨材料，保证HRC40～47的硬度要求，以保护板簧本体7端部的下表面，避免与滑板5磨损。

槽钢结构19的侧板用于保护板簧本体7端部侧面，避免与导向座23磨损。

第二加固组件102中位于上方的橡胶平垫11，能够用于调节板簧本体端部厚度，以适应不同驱动桥的导向座的高度要求，可以根据性能需要采用或取消。

第二加固组件102中位于下方的橡胶平垫11，能够用于调节后板簧总成1的弧高δ(见图5)，可以根据性能需要采用或取消；其中该橡胶平垫11的厚度可以增加后板簧总成1的弧高δ(即图5中B面连线与A面的间距增大)，进而增加车架离地高度。

槽钢结构19、两块金属平板9以及两块橡胶平垫11通过长沉头螺钉22和螺母16连接固定在板簧本体7端部，橡胶平垫11通过粘接剂粘接。

进一步地，本申请的四个橡胶平垫11，第一加固组件101的橡胶平垫11和第二加固组件102的橡胶平垫11材质采用多层纤维布增强橡胶，其中纤维采用聚酯纤维或芳纶纤维，橡胶采用天然橡胶、天然橡胶与丁苯的并用胶、或天然橡胶与TPI(即聚异戊二烯)的并用胶。

第一加固组件101的两个橡胶平垫11和第二加固组件102的两个橡胶平垫11均需满足以下技术要求：

进一步地，第一加固组件101的两个橡胶平垫11和第二加固组件102的两个橡胶平垫11通过粘接剂粘接于其余结构，粘接剂优选环氧结构胶或丙烯酸酯结构胶，粘接剂需满足技术要求如下：

具体地，可操作时间指的是凝固的极限时间点。

板簧本体7呈等宽变厚或变宽变厚的单片簧弧形结构。纤维增强材料采用E-玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中一种或多种，所述热固性树脂采用环氧树脂或PDCPD(即聚双环戊二烯)树脂。

具体地，板簧本体7的密度为1.8～2.0g/cm^3，可以保证在同等结构情况下，重量远低于现有技术的弹簧钢材料板簧。相比于现有技术的弹簧钢材料板簧密度在7.88g/cm^3左右，本申请的后板簧总成满足了轻量化要求。

进一步地，板簧本体7的性能需要满足以下要求：

本申请的后板簧总成，在设计时，经过大量试验，在橡胶平垫11满足第一个表格要求、粘接剂满足第二个表格要求、同时板簧本体7满足第三个表格要求时，能够完美替换弹簧钢金属板簧，既满足轻量化，又完全满足工作方面的强度刚度等性能要求。

本申请还公开了一种平衡悬架，平衡悬架应用于双后桥车型，平衡悬架包含盖板2和上述后板簧总成1，后板簧总成1跨设在两个后桥上方；两个后桥均朝上设置导向座23和滑板5。

第一加固组件101上表面放置盖板2，盖板2通过两个倒扣的U形螺栓4固定于平衡轴支架3，两个第二加固组件102均插入导向座23和滑板5之间。

本申请的平衡悬架，结构稳定可靠，既满足轻量化需求，又满足各种强度刚度需求，代替传统包含弹簧钢金属板簧的平衡悬架，保证整车后悬架系统的承载能力、缓冲减振能力、侧倾稳定性和车架离地高度要求；同时，本申请的后板簧总成，可以适用于不同高度的导向座，通用性更好；可以根据整车布置需求，调整总成弧高，进而调整后悬架位置的车架离地高度。

关于平衡悬架，对于第一加固组件101，第一加固组件101还包含两块金属平板9和两个定位销8。两块金属平板9分别设置于上金属U形板10的上表面和下金属U形板13的下表面，进一步增强金属U形板的强度。两块金属平板9一一与两根定位销8过盈配合压装在两个金属U形板外表面。

本申请的平衡悬架，，增设在第一加固组件101的上下侧增设两块金属平板9，进一步保护板簧本体，防止两个金属U形板在受到U形螺栓的大压力时发生变形。

其中，位于上金属U形板10的上表面的金属平板，因为直接与盖板2接触，金属平板9需保证不低于10mm的厚度，避免U形螺栓4紧固后中部局部变形产生应力集中。下金属U形板13的下表面的金属平板，与平衡轴支架3直接接触，其厚度可以适当减小。

金属U形板的中部带定位销8，定位销8通过过盈配合与金属U形板连接成一个整体，而中部金属平板9通过与定位销8过盈配合压装在金属U形板上。具体地，两根定位销8均采用45#钢或不低于该性能的结构钢，且需进行调质处理，保证HRC35～43的硬度要求，以避免在车辆行驶过程中出现断裂故障。

关于平衡悬架，在一个实施例中，第二加固组件102通过长螺钉和螺母的形式，固定在板簧本体的端部。第二加固组件102还包含长沉头螺钉22和螺母16，长沉头螺钉22从下至上贯穿槽钢结构19、板簧本体7和金属平板9，并通过螺母16固定。

关于平衡悬架，在另一个实施例中，进一步地，第二加固组件102还包含两块橡胶平垫11和另一块金属平板9，即第二加固组件102包含槽钢结构19、两块金属平板9以及两块橡胶平垫11。另一块金属平板9设置于槽钢结构19的顶面，进一步增强槽钢结构19的刚度和强度，一块橡胶平垫11设置于金属平板9和板簧本体7下表面之间，另一块设置于槽钢结构19的顶面和金属平板9之间。

具体地，第二加固组件102中位于上方的金属平板9在驱动桥下跳过程中，与导向座23上端接触限位，增强对板簧本体7的保护，避免磨损。

第二加固组件102中位于下方的金属平板9，与滑板5上表面接触，在驱动桥上下跳动过程中，该金属平板会在滑板5上滑移，因此该金属平板需采用NM400、60Si2Mn或不低于该性能的耐磨材料，保证HRC40～47的硬度要求，以保护板簧本体7端部的下表面，避免与滑板5磨损。

槽钢结构19的侧板用于保护板簧本体7端部侧面，避免与导向座23磨损。

第二加固组件102中位于上方的橡胶平垫11，能够用于调节板簧本体端部厚度，以适应不同驱动桥的导向座的高度要求，可以根据性能需要采用或取消。

第二加固组件102中位于下方的橡胶平垫11，能够用于调节后板簧总成1的弧高δ(见图5)，可以根据性能需要采用或取消；其中该橡胶平垫11的厚度可以增加后板簧总成1的弧高δ(即图5中B面连线与A面的间距增大)，进而增加车架离地高度。

槽钢结构19、两块金属平板9以及两块橡胶平垫11通过长沉头螺钉22和螺母16连接固定在板簧本体7端部，橡胶平垫11通过粘接剂粘接。

进一步地，本申请的四个橡胶平垫11，材质为多层纤维布增强橡胶，其中纤维优选聚酯纤维或芳纶纤维，橡胶优选天然橡胶及其与丁苯/TPI等并用胶。

关于平衡悬架，具体地，板簧本体7呈等宽变厚或变宽变厚的单片簧弧形结构。纤维增强材料采用E-玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中一种或多种，所述热固性树脂采用环氧树脂或PDCPD树脂。

关于平衡悬架，具体地，板簧本体7的密度为1.8～2.0g/cm^3，可以保证在同等结构情况下，重量远低于现有技术的弹簧钢材料板簧。相比于现有技术的弹簧钢材料板簧密度在7.88g/cm^3左右，本申请的后板簧总成满足了轻量化要求。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。