[发明专利]一种具有中空结构的复合材料板簧

说明书

本发明提供了一种具有中空结构的复合材料板簧，既能够实现板簧外部尺寸的一致性，同时保证板簧的刚度和强度满足要求，提高复合材料板簧模具的通用性，本发明的技术方案在于：所述板簧由多层复合材料的预浸料通过剪裁、铺层后压制成型，板簧为等厚度、等宽度的板状结构，板簧内部设有两个对称分布的空腔。

技术领域

本发明涉及板簧制造技术领域，具体为一种具有中空结构的复合材料板簧。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料板簧在轻量化、平顺性、噪声衰减性、抗疲劳性等方面比钢板弹簧具有明显的优势，因此在汽车领域等到越来越广泛的应用。目前生产复合材料板簧的生产工艺有模压、缠绕、高压RTM等方法，模压法在成本、成型质量、制造效率等方面具有显著的优势，因此在复合材料板簧制造领域使用最广泛。

目前板簧设计基本为变截面设计，在达到板簧需要的强度、刚度的同时可降低板簧的重量。例如，US4557500B公开了一种由纤维复合材料制成的板式弹簧,该板弹簧从俯视角度来看中间窄两头宽，即采取的变厚度，等截面积设计；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；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；公开号CN110682556A公开的一种变宽度不等厚复合材料板簧模压工艺方法。

这些现有技术所涉及的复合材料板簧表现为外表尺寸变化的实心结构。在制造过程中，为了实现变截面的结构，模具型腔会与产品的截面进行匹配设计，这样就造成了模具的通用性不强，进行系列化多品种板簧生产时，势必会增加模具开发的种类和费用，增加产品开发的周期。

发明内容

本发明提供了一种具有中空结构的复合材料板簧，既能够实现板簧外部尺寸的一致性，同时保证板簧的刚度和强度满足要求，提高板簧模具的通用性。

本发明的技术方案在于：

所述板簧由多层复合材料的预浸料通过剪裁、铺层后压制成型，板簧为等厚度、等宽度、等长度的板状结构，板簧内部设有两个对称分布的空腔。

所述板簧的预浸料由板簧最上层向下依次为完整预浸料层、空腔长度渐变预浸料层、空腔定长预浸料层、空腔长度渐变预浸料层及完整预浸料层，所述完整预浸料层包括多层预浸料，为未经过中空剪裁的预浸料；所述空腔长度渐变预浸料层和空腔定长预浸料层均包括多层预浸料，该多层预浸料上均开设有两个对称分布的方孔，且空腔长度渐变预浸料层的方孔长度由完整预浸料层向空腔定长预浸料层方向逐渐增大，空腔定长预浸料层的方孔长度相等，且大于等于空腔长度渐变预浸料层的最大方孔长度；所述空腔长度渐变预浸料层和空腔定长预浸料层方孔的宽度相等。

以板簧下表面中心点为原点，沿板簧长度方向为X轴，垂直于板簧承载面的方向为Z轴建立坐标系，以板簧空腔上靠近Z轴的一侧为空腔首端，远离Z轴的一侧为空腔末端，则板簧x处的最大应力为：

其中，x为板簧上垂直于X轴且平行于Z轴的截面到Z轴的垂直距离，P为板簧满载载荷，σ1为复合材料板簧中复合材料沿纤维长度方向的许用应力强度，为了保证板簧的可靠性，x处的最大应力σ11不能超过许用应力强度σ1，即σ11≤σ1，L1为板簧作用长度，L2为车体上用于固定板簧的U形螺栓盖板的长度，L3为车体上的负簧支架投影到板簧上的长度值，B为板簧的宽度值，b为空腔宽度值，h3为板簧厚度值，h4为板簧空腔首端的厚度值，h5为板簧空腔末端的厚度值；x4为板簧空腔首端到Z轴的垂直距离，x5为板簧空腔末端到Z轴的垂直距离，x4xx5；

所述板簧预浸料层的总层数d为预浸料的平均厚度值；

需要进行方孔裁剪的预浸料层数为