CN104019168A - 熔模铸造变截面回转式钢板弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，所述钢板弹簧由单片钢板构成，整体呈弧形，其特征在于，一体式结构的钢板弹簧包括处于中部的钢板本体、处于两端的展翼和处于所述钢板本体与展翼交界处的圆形回转体三部分；在所述钢板本体与展翼的连接部设有穿孔，所述展翼自所述穿孔中穿过并回转构成所述回转体，所述回转体处于所述钢板弹簧的受力面上；所述钢板本体与所述展翼的轴线处于同一弧线上。本发明在能够减轻钢板弹簧重量的同时，避免了摩擦，改善汽车行驶平顺性。

Description

熔模铸造变截面回转式钢板弹簧

技术领域：

本发明涉及一种熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，具体涉及载货汽车平衡悬架机构的钢板弹簧。

背景技术：

目前，在载重汽车技术领域中，钢板弹簧仍是广泛应用的悬架弹性元件。常见的钢板弹簧是由若干片等宽但不等长的弹簧钢板组合而成的一根近似等强度的弹性梁。这种传统的钢板弹簧重量较大。同时，由于是由多片钢板叠加的缘故，从而导致汽车在行驶过程中钢板发生变形，使钢板与钢板之间形成较大的摩擦阻力，这种摩擦阻力会使弹簧的刚度急剧增加，甚至出现锁死现象，导致汽车的平顺性变坏。有研究表明：弹簧钢板在总成的振幅为1mm条件下运作时，少片钢板弹簧动刚度将增加2.5倍，多片钢板弹簧将增加近7倍。另外，钢板间摩擦的同时还会产生噪音，降低了驾驶的舒适性。

在现有的技术中，部分汽车使用少片钢板弹簧，但由于这种钢板锻压工艺较为复杂，成本较高，较少厂家予以采用，目前市场上大部分载重汽车仍使用传统钢板弹簧。对于回转式结构件，利用锻压的方法是无法实现的。随着铸造技术，尤其是特种铸造技术的发展，铸件的性能在不断地提升，已经用铸件代替锻件运用于承载件中。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，使其能够减轻钢板弹簧重量的同时，避免了摩擦，改善汽车行驶平顺性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，所述钢板弹簧由单片钢板构成，整体呈弧形，其特征在于，一体式结构的钢板弹簧包括处于中部的钢板本体、处于两端的展翼和处于所述钢板本体与展翼交界处的圆形回转体三部分；

在所述钢板本体与展翼的连接部设有穿孔，所述展翼自所述穿孔中穿过并回转构成所述回转体，所述回转体处于所述钢板弹簧的受力面上；所述钢板本体与所述展翼的轴线处于同一弧线上。

从钢板的厚度方向上看，所述钢板本体的中部有一段为平面，其目的是方便钢板弹簧在悬架系统中的装夹。自所述平面的两端至两个展翼的末端钢板厚度沿弧线方向逐渐变薄。钢板本体及展翼的厚度变化按照抛物线规律变化，而圆形回转体部分是等厚的。

设有所述穿孔的钢板部分的宽度宽于所述钢板本体及所述展翼的宽度，以保证穿孔部位钢板的强度。

处于两端的展翼以及两个回转体分别以所述钢板本体的中心呈中心对称分布。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明采用单片钢板构成，总成近似为一根等强度的弹性梁。钢板弹簧最大厚度处厚度相同，而后从中间至两个展翼的末端，钢板厚度沿弧线方向逐渐变薄，厚度变化按照抛物线规律变化。呈抛物线弯曲可使钢板弹簧每个截面上应力相等，可最大程度上节省资源、减轻重量。

该钢板弹簧两侧回转体结构的中心距为该钢板弹簧长度的1/2左右；回转体内侧圆直径为该钢板弹簧长度的6％～9％之间；具体尺寸以满足钢板弹簧具体性能为宜。

单片钢板满足强度要求，但刚性太大，不能单独作为弹性元件运用在汽车中。本发明在钢板左右两侧采用回转式结构，该结构使钢板弹簧在受力过程中拥有足够的弹性。

考虑到回转式结构的复杂度，所述钢板弹簧可采用熔模铸造的方法进行生产，得到铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度。

优选地，在铸造生产变截面回转式钢板弹簧时，采用耐高温陶瓷砂芯，将砂芯安置在型腔中，用以生成回转式结构。在清理铸件时，可以敲击使其破碎。

通过采用上述技术方案，制造所得的变截面回转式钢板弹簧，尺寸精度高，性能优越；相较多片钢板弹簧，重量降低了40％以上；由于该弹簧只有一块钢板，在车辆行驶过程中不可能产生摩擦及噪声；弹簧两侧的回转式结构在受载情况下，能够储存一定的能量，以保证钢板弹簧拥有足够的弹性，成功地改善了汽车的平顺性。

如以载重量为9吨的汽车前悬架为例，本发明设计的回转式变截面钢板弹簧具体尺寸为：钢板弹簧长度1300mm，回转体结构中心距700mm,回转体内侧直径为90mm。本设计尺寸参数满足该汽车性能要求。本发明与市面上用于该车型的前悬架弹簧相比较可以看出(表1)：本发明弹簧静刚度、静载荷及动载荷最大应力与多片弹簧、少片弹簧差别不大，重量明显降低，动刚度变化量最小。若以本发明代替现有弹簧，可以在减轻车身自重的同时，保证车辆行驶平顺，提高驾驶及乘坐舒适性。

表1

注：1、表中数据为实测最佳值；2、表中动刚度为振幅5mm所测得的数据；

附图说明：

图1为本发明的立体图；图2为本发明的俯视图；图3为图2的A-A剖视图；图4为图3的I部放大图；图5为本发明变截面回转式钢板弹簧浇注系统结构示意图；图6为变截面回转式钢板弹簧的工作状态示意图。

图中标号：1钢板本体，2展翼，3回转体，4穿孔，5浇口杯，6直浇道，7横浇道，8内浇口，9腰形冒口，10圆柱形冒口。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例：结合图1-4、图6，本实施例的钢板弹簧由单片钢板构成，为一体式结构，整体呈弧形，整体结构的钢板弹簧可视为由三部分构成：即处于中部的钢板本体1、处于两端的两个展翼2和处于钢板本体与展翼交界处的圆形回转体3三部分。

在钢板本体与展翼的连接部设有穿孔4，处于钢板弹簧两侧才展翼自穿孔中穿过并回转一圈构成圆形的回转体3，图6所示，从工作状态来看，钢板的顶面为受力面，底面两端为支撑面，所述回转体3处于钢板弹簧的受力面上；并且钢板本体1与两侧的展翼2的轴线处于同一弧线上，即钢板弹簧整体看上去呈弧形结构。

图6所示，从钢板的厚度方向上看，钢板本体的中部有一段为平面，自平面的两端至两个展翼的末端钢板厚度逐渐变薄，钢板厚度变化按照抛物线规律变化。

图2所示，设有穿孔4的钢板部分的宽度宽于钢板本体及展翼的宽度，增加的宽度以使开孔以后，钢板的强度得到保证。

图2、3所示，处于两端的展翼以及两个回转体分别以钢板本体的中心呈中心对称分布。

图5所示的为钢板弹簧的浇注系统，，采用熔模铸造方法制备变截面钢板弹簧，该浇注系统由浇口杯5、直浇道6、横浇道7和内浇口8组成。由于铸件为碳钢件，流动性能较差，在浇注过程中要防止出现缩孔、缩松缺陷，需要安置冒口。冒口设置为腰形冒口9、圆柱形冒口10。浇注温度1540℃，型壳温度300℃，采用该工艺方案，可铸造出尺寸精确，性能优越的铸件。

在铸造生产变截面回转式钢板弹簧的过程中，需要使用耐高温陶瓷砂芯，将砂芯安置在型腔中，在清理铸件时，可以敲击使其破碎。

图6所示为变截面回转式钢板弹簧工作状态下的示意图，X,Y相当于车桥一侧支撑钢板弹簧的两个支撑点，P相当于作于在钢板弹簧的载荷。由于该钢板弹簧只有一块钢板，在车辆运行过程中不可能产生摩擦及噪声；载荷P会使钢板弹簧发生弯曲，两侧的回转体结构能够保证钢板弹簧拥有足够刚性的同时拥有足够的弹性，成功地改善了汽车的平顺性。

Claims (4)

1.熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，所述钢板弹簧由单片钢板构成，整体呈弧形，其特征在于，一体式结构的钢板弹簧包括处于中部的钢板本体(1)、处于两端的展翼(2)和处于所述钢板本体与展翼交界处的圆形回转体(3)三部分；

在所述钢板本体与展翼的连接部设有穿孔(4)，所述展翼自所述穿孔中穿过并回转构成所述回转体(3)，所述回转体处于所述钢板弹簧的受力面上；所述钢板本体(1)与所述展翼(2)的轴线处于同一弧线上。

2.根据权利要求1所述的熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，其特征在于，从钢板的厚度方向上看，所述钢板本体的中部有一段为平面，自所述平面的两端至两个展翼的末端钢板厚度逐渐变薄，钢板厚度变化按照抛物线规律变化。

3.根据权利要求1所述的熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，其特征在于，设有所述穿孔(4)的钢板部分的宽度宽于所述钢板本体及所述展翼的宽度。

4.根据权利要求1所述的熔模铸造变截面回转式钢板弹簧，其特征在于，处于两端的展翼以及两个回转体分别以所述钢板本体的中心呈中心对称分布。