专利名称：渐硬性钢板弹簧及其弹性减振系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种渐硬性钢板弹簧，及其应用的弹性减振系统。特别适合用作车辆悬挂系统中的弹性减振系统。
目前，钢板弹簧广泛应用于各种车辆的悬挂系统中，其结构紧凑，能对车辆很好地起隔振、减振作用。但钢板弹簧的刚度K是固定不变的。因此，系统的自振频率ω＝(K/M)1/2随外荷载质量M的变化而变化，对系统的隔振效果影响很大(车辆满载时振动较小，空载时振动较大，就是这个原因)。
近些年为解决这一问题，对渐硬性钢板弹簧有过一些研究。如少片渐硬性钢板弹簧是利用数片钢板的不同曲率，随着外载加大，钢板变形，各片钢板逐步接触，渐次参与工作，达到渐硬目的。这种渐硬弹簧可使弹性系统的自振频率变化相对减小，但对自振频率的调整范围较小。且由于各片钢板间存在间隙，尘粒杂物易积存其间，不便清除又影响渐硬性能和寿命。
本发明的目的是提供一种弹簧刚度能适应载荷变化，跟随载荷增加而增加的新型渐硬性钢板弹簧及其应用，特别是用作车辆的弹性减振系统。能保证弹性系统的自振频率ω基本不变或在限定范围内(ω＝C±△)变化。
本发明有着与现有板簧相同的悬臂梁结构模型。基于悬臂梁的刚度K有随加载点向固支点的靠近而增大的性质，本发明的技术方案是钢板为一端固支，一端上曲的悬臂梁，上曲悬臂端为承载段，曲梁具有Y＝F(X)的初始形状，其特征是承载段的曲梁斜率向端部逐渐平坦，通过加载板(平板或曲板)件与曲梁承载段相切，于切点施加载荷，曲梁F(X)能适应荷载P的变化，使切点(加载点)自动跟随载荷由小到大，自悬臂端部向固支点方向靠近。这样，随着载荷增大，缩短了悬臂梁支反力矩的支撑力臂，弹簧相应变硬，因而成为一种我们可称之(定义)为“变撑臂”的渐硬性钢性弹簧。
“变撑臂渐硬性钢板弹簧”可应用于弹性减振系统，特别适合用作车辆悬挂系统中的弹性减振系统。由于弹性系统的自振频率决定于弹簧刚度K和荷载质量M。当弹簧刚度K等于常数时，弹性系统的自振频率有ω＝(K/M)1/2的关系；当弹簧刚度K不等于常数，如渐硬性弹簧，K＝dP/dY，此时1)可按非线性振动理论，求得等效刚度Ke，仍有ω＝(Ke/M)1/2的关系；2)按材料力学的方法，求得刚度K，有ω＝A(K/M)1/2。A为非线性修正系数。进而可根据实际减振需要和给定的载荷变化范围，通过改变悬臂梁截面形状和(或)截面积(变截面)，和(或)选择不同的曲梁初始形状曲线，易于达到ω＝C±△的关系。即实现保持弹性系统的自振频率基本不变或在规定范围内变化。
本发明的变撑臂渐硬性钢板弹簧能根据载荷变化，自动调节弹簧支反力矩的力臂长度，实现渐硬目的。并克服了前述现有渐硬性钢板弹簧的不足。是一种思路新颖、结构简单、设计灵活方便的新型渐硬性钢板弹簧。应用于，特别是用作车辆的弹性减振系统，可使车辆在不同荷载情况下具有相同或变化较小的自振频率，达到良好的隔振、减振效果。对提高汽车的平顺性和乘客的舒适性有重要的现实意义。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1变撑臂渐硬性钢板弹簧及其弹性减振系统结构模型。图2(A、B)为V型车用变撑臂渐硬性钢板弹簧。图3(A、B)为>型车用变撑臂渐硬性钢板弹簧。图4(A、B)为O型车用变撑臂渐硬性钢板弹簧。图5(A、B)，图6(A、B)相应为V型，O型车用带导向机构的变撑臂渐硬性钢板弹簧。图7为现有钢板弹簧部分簧片伸出，伸出部分采用图一所述变撑臂渐硬性钢板弹簧。图中(A、B)分别表示变截面、等截面梁。
图2所示为按图1所示结构模型组合而成车用的，由左右两簧片，于中央根部处连接构成对称或不对称的“V”型变撑臂渐硬性钢板弹簧。簧片1由多片钢板叠合联结构成，中心根部处用夹持块2进行支承固定，悬臂两端侧向定位地联结有用于传递垂直荷载的滑板3和滚轴4。滑板滚轴的作用是保证弹簧受载变形顶端部产生相应位移时，能减少其与加载件的摩擦。
图3所示为按图1所示结构模型组合而成车用的，由上下两簧片构成的对称或不对称的“>”型变撑臂渐硬性钢板弹簧。簧片1由多片钢板叠合联结构成，下簧片根部固支，上簧片根部设有用于传递垂直荷载的滑板8和滚轴4。
图4所示为由符合要求的四簧片先两两分别于中央根部处连接组合成上下两V型簧片。再将上下簧片左右两悬臂端相互支撑联结组合构成的“O”型变撑臂渐硬钢板弹簧。下簧片中央根部处用夹持块2，可安装在车桥上进行固定支撑。上簧片中央根部处设有加载组件5。
图2、图3、图4所示车用V型、>型、O型变撑臂渐硬性钢板弹簧，未考虑悬挂的导向要求。因此，需与现有车用钢板弹簧并联、串联使用，或另加现有导向机构。
图5、图6则分别为上述V型、O型钢板弹簧于悬臂两端装有考虑车辆悬挂系统需要的导向构件6、7(9)的结构图。其结构为簧片1端部有圆柱形卷耳，通过卷耳内套装的销轴和导向构件上的垂直滑槽，将簧片1与导向构件联结在一起。导向构件6为固定导向板，可与车辆主梁固接。导向构件7、9为加强钢板弹簧侧向刚度的导向板，其中9为活动导向板。而加载组件5则相应作出可保证加载点能随载荷变化而水平运动的结构设计。
图7为现有钢板弹簧10部分簧片伸出，伸出部分1为按图一所述结构模型设计而成车用的变撑臂渐硬性钢板弹簧，成为一种串接式变撑臂渐硬性钢板弹簧。
下面给出以R＝2M的弧段为起始形状，悬臂长L＝0.65M，梁宽b＝0.6M，梁厚t＝12mm，荷载P＝595-4170Kg的O型对称结构等载面梁的一个算例，结果如下表。从中可以看出采用本发明钢板弹簧的优越效果。
权利要求
1.一种渐硬性钢板弹簧，钢板为一端固支，一端上曲的悬臂梁，上曲悬臂端为承载段，曲梁具有Y＝F(X)的初始形状，其特征是承载段的曲梁斜率向端部逐渐平坦，通过加载板件与曲梁承载段相切，于切点施加载荷，曲梁F(X)能适应荷载P的变化，使切点(加载点)自动跟随载荷由小到大，自悬臂端部向支点方向靠近的“变撑臂”渐硬性钢板弹簧。
2.一种弹性振系统，其特征是使用如权利要求1所述的变撑臂渐硬性钢板弹簧，且弹簧荷载与等效刚度和系统的自振频率间满足ω＝(Ke/M)1/2＝c±△或ω＝A(K/M)1/2的关系，A为非线性修正系数。
3.按权利要求2所述的弹性减振系统，其特征是由左右两簧片于中央根部处连接组成V型变撑臂渐硬性钢板弹簧；簧片(1)由多片钢板叠合联结构成，中心根部处用夹持块(2)进行支承固定，悬臂两端侧向定位地联结有用于垂直加载和减少弹簧顶端部变形位移时，与荷载件摩擦的滑板(3)和滚轴(4)。
4.按权利要求2所述的弹性减振系统，其特征是由上下两簧片构成的对称或不对称的“>”型变撑臂渐硬性钢板弹簧；簧片1由多片钢板叠合联结构成，下簧片根部固支，上簧片根部设有用于传递垂直荷载的滑板8和滚轴4。
5.按权利要求2所述的弹性减振系统，其特征是由四簧片两两分别于中央根部处连接组合成上下两V型簧片，上下两V型簧片左右两悬臂端相互支撑联结组合构成O型变撑臂渐硬性钢板弹簧，下簧片中央根部处用夹持块(2)进行固定支承，上簧片中央根部处设有加载组件(5)。
6.按权利要求3所述的弹性减振系统，其特征是簧片(1)一端有圆柱形卷耳，通过卷耳内套装的销轴和导向板件上的垂直滑槽，将簧片1与固定导向板(6)联结，簧片另一端设有加强钢板弹簧侧向刚度的框形结构导向件(7)。
7.按权利要求5所述的弹性减振系统，其特征是簧片(1)两端有圆柱形卷耳，通过卷耳内套装的销轴和导向板件上的垂直滑槽，将簧片1两端分别与固定导向板(6)和加强钢板弹簧侧向刚度的活动向件(9)联结。
8.按权利要求2所述的弹性减振系统，其特征是现有钢板弹簧(10)部分簧片伸出，伸出部分为变撑臂渐硬性钢板弹簧，成为一种串接式变撑臂渐硬性钢板弹簧。
全文摘要
变撑臂渐硬性钢板弹簧为一端固定支承一端上曲的悬臂梁,其初始形状F(X)。上曲悬臂段为承载段,具有向端部逐渐平坦的斜率。通过加载板件与曲梁承载段相切,于切点施加载荷,曲梁F(X)的挠度能适应荷载P的变化,使切点(加载点)自动跟随载荷由小到大,自悬臂端部向支点方向靠近。其思路新颖、结构简单、设计灵活方便。应用于弹性减振系统更可使系统自振频率基本不变或变化较小。对提高车辆的平顺性、舒适性和寿命有重要的实际意义。
文档编号F16F1/18GK1270109SQ9911532
公开日2000年10月18日 申请日期1999年4月9日 优先权日1999年4月9日
发明者陈自力 申请人:陈自力