专利名称：框形弹簧的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弹簧，特别是涉及一种框形弹簧。
背景技术：
车辆在不平的路面上行驶会产生颠簸，为了提高舒适性，人们采用 了弹性悬架和橡胶轮胎来吸收振动，其中弹性悬架的主要构件有弹簧， 板簧、扭力杆或螺旋弹簧等。目前应用最广的车用弹簧是板簧，它是一 种两端铰接的简支梁，如图11所示。从梁的受力和变形可以看出，它 的中间部位受力最大，端部产生的角位移最大，所以实际应用中，汽车
的钢板弹簧多采用多片弹簧，如图12和图13，以改善受力。无论是钢 板弹簧还是螺旋弹簧，都有各种连杆、铰轴、球头、橡胶套等连接构件， 存在结构复杂，承载能力小、体积大、重量大、减震效果差、可靠性差、 噪声大、可靠性差的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种承载能力强、体积小、重量 轻、减震效果好、可靠性高、噪声低、可靠性高的框形弹簧。
为了解决上述技术问题，本发明提供的框形弹簧，具有上下两片长 条形弹性元件，所述的两片长条形弹性元件的两端各设有一个刚性元 件，所述的刚性元件将所述的上下两片长条形弹性元件固定组成为一个 封闭框形整体。
在所述的两片长条形弹性元件之间粘接有橡胶支柱。 所述的橡胶支柱和所述的长条形弹性元件硫化粘接成一体。 在所述的由刚性元件和上下两片长条形弹性元件组成的封闭框形整 体内填充有橡胶。
所述的橡胶和所述的刚性元件及上下两片长条形弹性元件硫化粘接 成一体。
采用上述技术方案的框形弹簧，在不受力时是平直的，呈直线形状。 当它受到垂直载荷后会向下变形，受力弯曲时，上下平面的钢板变形的 形态是一样的，减震框形弹簧的左右两端面将保持平行，这是它不同于 其它结构的弹簧的关键。由于这种框形弹簧的左右两端面在各种载荷下 将保持平行，因此它可同时作为车辆后悬架的连杆，即运动约束构件， 代替五连杆悬架中的四根纵向拉杆。
综上所述，本发明是一种承载能力强、体积小、重量轻、可靠性高、 噪声低、可靠性高的汽车用框形弹簧，不仅用作弹性元件，而且还用作 运动连接件。这种结构无论在承载能力，零件复杂性和生产成本都优于现在的板簧悬架和多连杆悬架。
图1是本发明的结构示意图2是是常规悬臂梁的受力和变形示意图3是本发明的受力和变形示意图； 图4是常规悬臂梁受力的弯矩图； 图5是本发明受力的弯矩图6是是常规钢板弹簧安装在车大梁上的示意图； 图7是本发明安装在车大梁上的示意图； 图8是本发明的一种应用实例图； 图9是本发明的另一种应用示意图； 图IO是本发明的物理模型图11是常用板簧结构示意图； 图12是常用板簧受力示意图； 图13是常用板簧安装示意图； 图14是本发明的一种改进结构示意图15是本发明的另一种改进结构示意图。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说朋。
参见图1，具有上下两片长条形弹性元件1，两片长条形弹性元件1
的两端各设有一个刚性元件3，刚性元件3将上下两片长条形弹性元件 1固定组成为一个封闭框形整体。
参见图14，具有上下两片长条形弹性元件1，两片长条形弹性元件 1的两端各设有一个刚性元件3，刚性元件3将上下两片长条形弹性元 件1固定组成为一个封闭框形整体，在两片长条形弹性元件1之间硫化 粘接有橡胶支柱2。
参见图15，具有上下两片长条形弹性元件1，两片长条形弹性元件 1的两端各设有一个刚性元件3，刚性元件3将上下两片长条形弹性元 件1固定组成为一个封闭框形整体，在由刚性元件3和上下两片长条形 弹性元件1组成的封闭框形整体内填充有橡胶4，橡胶4和刚性元件3 及上下两片长条形弹性元件1硫化粘接成一体。
图2是常规悬臂梁的受力和变形示意图，图3是框形弹簧的受力和 变形示意图，变形特点是其末端没有常规悬臂梁那样的角位移，这是它 变形小的主要原因。参见图4和图5，末端没有角位移的原因是末端没 有弯矩，图4的弯矩图仅表示单片弹簧的受力，因为两片的受力是一样 的。
图6和图7是两种弹簧安装在车大梁上的对比，图7为汽车用减震 框形弹簧安装示意图，方形部件是车桥轴管，图6是传统的钢板弹簧。 设普通钢板弹簧的长度为1340mm，双钢板弹簧的长度为一半，670mm，两种弹簧的厚度相等，都是两片。为了简化和便于对比，取重量为1600kg 车辆的四分之一结构，普通板簧结构只取一半作分析，结果见表l。 表1两种弹簧受力变形的有限元分析对比
普通板簧悬架减震框形弹簧
端部载荷400kg400kg
垂直变形242mm85mm
钢板宽度70mm70mm
板簧长度1340mm670mm
钢板厚度8mm8 mm
钢板数量22
从表l可以看出，在同等载荷下，双钢板弹簧的变形只有板簧的1/3， 或者说承载能力是三倍，而它只需要一半的材料，这样同样材料可以比 常规弹性悬挂承担6倍的载荷。
悬架除了能满足刚度要求以外，还应满足人体舒适性要求。从舒适性角 度，要求后悬架的偏频(固有频率)在1.17 1.58之间。对减震框形 弹簧优化，可将悬架的偏频控制到1. 54Hz，能够满足强度和偏频的要求。 图8是减震框形弹簧的应用实例之一，这是一种车型的后悬架系统， 它有大梁和整体式车桥，弹簧钢板两端通过螺栓和压板分别固定在大梁 和车桥上，两块钢板和中间填充的橡胶通过硫化粘接在一起。为了便于 观察，其中前端支架外面的三角形钢板己被隐藏。可以看出，减震框形
弹簧的结构比较简单，零部件数量和常规的板簧结构要少很多。
图9是第二种应用实例，减震框形弹簧横向布置，它不仅起承载作 用，而且还起车桥的作用，将两个车轮连接在一起。从物理模型可以看 出，这种结构相当于两个实例一所示的钢板的串联，即那个固定端放在 中间，两端为悬臂(详见图10的物理模型)。
图10是减震框形弹簧的物理模型，它实际上是前面所述的两个悬臂 减震框形弹簧(图3)的对称连接。
特别是，当用硫化橡胶把上下两块钢板连接在一起时，承载力提高 了。有限元的分析结果表明，增加橡胶后，弹簧的刚度提高了 60%。所 以除了可以通过橡胶来调整悬架的减震性能外，也可以通过橡胶材料的 硬度来改变弹簧钢板的承载能力。
从上述分析可以看出，减震框形弹簧悬架和普通板簧悬架相比，主 要具有下列优势
承载能力强，重量轻。同样载荷，减震框形弹簧的变形仅为板簧的 三分之一。其原因是减震框形弹簧的钢板的材料利用率高。这意味着， 承担同样的载荷，减震框形弹簧需要更少的材料。特别是用硫化橡胶把 上下两块钢板连接在一起后，悬架的承载能力提高到了 4倍，这更可以 降低系统重量。
5结构简单，部件少，成本低。减震框形弹簧悬架可以省略传统的悬 架(板簧悬架或者五连杆悬架)相关的球头，铰销、橡胶套等附件，简 化系统结构，降低成本。
兼有减震功能。减震框形弹簧中间粘接的橡胶本身有良好的吸震能 力，可以部分代替甚至取消减震器，进一步简化结构，降低成本。
工作安静，可靠性高。减震框形弹簧的两块钢板与橡胶粘接成一整 体，仅通过螺栓与车身和车桥连接，中间没有任何磨损件，系统的可靠 性提高；同时没有运动部件，避免了板簧悬架的钢板之间撞击滑动而产 生的噪音。
体积小。和普通板簧悬架结构相比，它只需要一半的空间，利于车 辆部件的布置。
权利要求
1、一种框形弹簧，其特征是具有上下两片长条形弹性元件(1)，所述的两片长条形弹性元件(1)的两端各设有一个刚性元件(3)，所述的刚性元件(3)将所述的上下两片长条形弹性元件(1)固定组成为一个封闭框形整体。
2、 根据权利要求1所述的框形弹簧，其特征是在所述的两片长条形弹性元件(1)之间粘接有橡胶支柱(2)。
3、 根据权利要求2所述的框形弹簧，其特征是所述的橡胶支柱(2)和所述的长条形弹性元件(l)硫化粘接成一体。
4、 根据权利要求l所述的框形弹簧，其特征是在所述的由刚性元件(3)和上下两片长条形弹性元件(1)组成的封闭框形整体内填充有橡胶(4)。
5、 根据权利要求4所述的框形弹簧，其特征是所述的橡胶(4)和所述的刚性元件(3)及上下两片长条形弹性元件(1)硫化粘接成一体。全文摘要
本发明公开了一种框形弹簧，具有上下两片长条形弹性元件(1)，所述的两片长条形弹性元件(1)的两端各设有一个刚性元件(3)，所述的刚性元件(3)将所述的上下两片长条形弹性元件(1)固定组成为一个封闭框形整体。在所述的两片长条形弹性元件(1)之间粘接有橡胶支柱(2)。本发明提出了一种弹性元件的结构组合方法，弹性元件不仅用作承载，而且还用作运动连接件。可用于设计承载能力强、体积小、重量轻、减震效果好、噪声低、可靠性高的汽车用减震框形弹簧，这种结构无论在承载能力，零件复杂性和生产成本都优于现在的板簧悬架和多连杆悬架。
文档编号F16F3/00GK101498347SQ20091004280
公开日2009年8月5日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者闯 孔, 张华平, 李铁牛, 王力工, 华 罗, 罗正敏, 谢兰华 申请人:湖南长丰汽车研发股份有限公司