[发明专利]车辆悬架及其板簧

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括板簧的车辆悬架(特别是用于商用车辆的悬架)以及用于这种悬架中的板簧。

背景技术

通常，带有包括纵梁的车架的大多数商用车辆装配有单个可转向的串联车轴或多车轴组件。通常，被提供用于支持和衰减每个车轴和车架之间的相对运动的悬架系统包括单级多片式板簧、气动弹簧系统或其组合。许多车辆装配有单级多片式板簧，该多片式板簧被设计为在车辆运行期间以机械方式衰减车架和车轴之间的运动。

通常用板簧支撑这种车辆，所述板簧在每一端处附接到车辆底盘并在弹簧的中心附近附接到车轴。在这种布置结构中，当悬架承受负载时，弹簧中的最大弯曲力矩发生在车轴与弹簧的附接点处，并从该点沿着弹簧在任一方向上降低。为了实现弹簧材料的最有效利用并减轻重量，一种选项是使用单一板簧。该弹簧可以沿着从附接到车轴的最大厚度点处朝向其端部的任一方向形成为渐缩的。为了在渐缩的弹簧中实现可接受的偏转特性，需要以相对高的精确度制造该弹簧。制造渐缩的钢板簧的成本相对高，因为这要求使用特殊的渐缩滚压机。结果，虽然渐缩的单一板簧目前一般适合与较大车辆(例如重型卡车)一起使用，但这种渐缩的单一板簧明显比常规的平板弹簧更贵。

板簧悬架的设计中的另一个重要因素是所期望的弹簧刚度。弹簧刚度被定义为使具有挠度的弹簧挠曲所需的力的增加率，它是截面惯性矩、弹簧长度以及弹簧材料的弹性模量的函数。一般地，单一板簧必须设计为使得其具有足够强度以承受在其运行时施加的载荷，且还要具有足够低的弹簧刚度以提供可接受的乘坐质量。另外，所期望的弹簧刚度必须在施加于悬架上的特定几何约束内实现，例如弹簧的最大允许长度和弹簧的挠度。

为了实现这些各种设计和经济因素的折衷，设计者经常使用“堆叠(built-up)”式钢弹簧组件，其包括多个彼此分开的弹簧片，这些弹簧片的长度从该组件的顶部到底部递减以实现总体上渐缩的形状。通常，这些弹簧片在其中心处(车轴安装在此中心处)被夹在一起，但当弹簧偏转时，所述弹簧片相对于彼此自由地纵向滑动。弹簧片通常具有恒定厚度以降低制造成本，但使用渐缩的弹簧片获得了更高的效率。然而，如前文所述，这种渐缩的弹簧片的制造成本相对高。

堆叠式钢弹簧组件的主要缺点之一是其重量。由于近年来燃料成本的急剧增加且因此需要减轻车辆重量，设计者开始审视包括悬架在内的所有主要的车辆部件，以观察是否可以找到减轻车辆部件的重量而不会负面地影响其成本或性能的方式。特别地，已有人提出可通过各种现有技术的塑料或复合材料(而不是钢)来制造远远更轻且更有效的弹簧。这些材料中的某些材料特别有益于用来构建具有非均匀横截面的弹簧，因为它们能够被容易地模制成型。

尽管存在这些努力，但塑料和复合材料的单一板簧由于各种原因尚未在商业上应用。通常都认为，完全由塑料制成的弹簧不切实际，因为其体积过大且不足以抵抗磨损和冲击。一种已知的塑料弹簧(由Exxon公司的部门以商标GRAFTEK销售)由带有玻璃纤维强化的环氧芯部的石墨蒙皮制成。该弹簧已被证明是不实际的，因为其高成本以及极度单向的应力承载能力。即，该弹簧在竖直方向上足够强，但在横向方向或扭转方向上太弱，从而不能用在通常的悬架中。由于车辆弹簧必须吸收转向载荷以及来自石头和其他碎屑的高冲击载荷，所以，石墨作为可行的板簧成分是不令人满意的。已有人提出了用金属和塑料的复合物来减轻这些石墨问题中的一些问题。然而，这些复合物弹簧的制造成本因此太高了而不能用它们替代所有的钢弹簧组件。

单一板簧的另外缺点是：在弹簧失效的情况下，其安装必须通过安全系统或装置在每一端处固定。对于转向的前车轴，其前端设有安全孔眼以阻止前车轴脱位，且其后端设有钢带或阻挡器。这种安全系统增加了成本和重量且在弹簧断裂时导致微小的车轴脱位，这可能导致在板簧断裂之后维持转向控制的问题。在弹簧断裂之后，车辆可能无法被驱动且必须拖到维修厂。

根据本发明的技术方案旨在提供一种克服了上述问题的、改进的板簧组件。

发明内容

上述问题通过根据所附权利要求的悬架和板簧组件来解决。

在下文中，所称的“车辆”是商用型车辆，其包括由一对大致平行的梁构成的车架，例如带有I形或C形横截面的梁。优选但非必须地，根据本发明的悬架旨在用于包括可转向轮的前轮悬架。应当注意，除非另外指出，所称的所有距离均是指在车辆静止且悬架处于其未受载状态时测得的距离。