阅读说明：本技术 一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧 (A kind of base steel composite fiber-reinforced resin material leaf springs of car ) 是由 孙锐 陈谦 张涛 何涛 徐彬 何中华 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧,包括高强度金属钢板,卷耳,中心孔,纤维增强复合树脂材料层,玻璃纤维预浸料,碳纤维预浸料和定位螺栓；所述高强度金属钢板表面包裹有多层、多向的纤维增强复合树脂材料层,且纤维增强复合树脂材料层由玻璃纤维预浸料和碳纤维预浸料混合铺设固化而成；所述高强度金属钢板开设有中心孔,且纤维增强复合树脂材料层和高强度金属钢板通过在中心孔处预埋定位螺栓使两者一体经模压真空成型,这一系列的结构,能够满足重型载货车辆的使用要求,解决了现有复合材料板簧存在的连接开裂及横向刚度薄弱的问题,安全可靠性得到明显提升。(The present invention provides a kind of base steel composite fiber-reinforced resin material leaf springs of car, including high duty metal steel plate, grasswort, centre bore, fiber-reinforced composite resin material layer, glass fibre prepreg, carbon fiber prepreg and positioning bolt；The high duty metal surface of steel plate is enclosed with multilayer, multidirectional fiber-reinforced composite resin material layer, and fiber-reinforced composite resin material layer is laid with and is solidified by glass fibre prepreg and carbon fiber prepreg mixing；The high duty metal steel plate offers centre bore, and fiber-reinforced composite resin material layer and high duty metal steel plate in the pre-buried positioning bolt of central hole by making the two one through being molded vacuum forming, this a series of structure, it can satisfy the requirement of heavy duty truck, solve the problems, such as that the existing connection cracking of existing composite material plate spring and lateral stiffness are weak, security reliability is obviously improved.)

一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧

技术领域

本发明属于汽车零部件领域，更具体地说，特别涉及一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧。

背景技术

钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的弹性梁，具有结构简单、工艺流程短、开发难度相对较低等优点。目前大型载重车辆多为金属钢质板簧，这种板簧采用两片或多片金属叠层后固定在车辆的悬架底部，当车轮承受路面冲击力时，钢板产生变形，对车辆起到缓冲、减振的作用。但是传统钢质的板簧存在比重大，疲劳寿命不佳和耐环境侵蚀性能不好的问题，较高的自重会降低车辆的载货量，同时对安全性也带来了较大的隐患。尤其是近年来石油价格上涨、环境保护及安全舒适标准的提高，钢板弹簧已渐渐难以满足未来汽车行业的要求。

基于汽车轻量化及环保需求，复合材料板簧应运而生。与传统钢制板簧相比，复合材料板簧具有质量轻、弹性应变大、比应变能高、疲劳寿命长及“安全断裂性”等特点。目前，包括沃尔沃、奔驰及南京依维柯汽车等部分车型已经采用复合材料板簧。但是，经过实际装车及路试验证，单一复合材料板簧存在以下问题：

1、由于复合材料本身特性及结构的原因，板簧垂向刚度技术要求易满足，但横向刚度较薄弱。当重型车在颠簸路况行驶中，板簧受到横向冲击力或扭转力时，有可能超出复合材料横向本体强度，造成板簧开裂、损坏等安全问题。

2、复合材料与两端金属连接件多采用螺栓连接，由于车辆在制动过程中板簧受到的剪切力较大，连接部位复合材料可能会被金属卷耳及连接螺栓的共同作用力拉断，从而影响车辆安全性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧，以解决上述现有的单一复合材料板簧容易开裂、损坏，复合材料与其两端金属连接件连接处容易断裂的问题。

本发明一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧，包括高强度金属钢板，卷耳，中心孔，纤维增强复合树脂材料层，玻璃纤维预浸料，碳纤维预浸料和定位螺栓；所述高强度金属钢板为板状结构，且高强度金属钢板两端加工有与之一体成型的卷耳；所述高强度金属钢板表面包裹有多层、多向的纤维增强复合树脂材料层，且纤维增强复合树脂材料层由玻璃纤维预浸料和碳纤维预浸料混合铺设固化而成；所述高强度金属钢板开设有中心孔，且纤维增强复合树脂材料层和高强度金属钢板通过在中心孔处预埋定位螺栓使两者一体经模压真空成型。

进一步的，所述高强度金属钢板的拉取强度≥1700MPa。

进一步的，所述玻璃纤维预浸料材质为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中一种或多种。

进一步的，所述碳纤维预浸料材质为环氧树脂或聚氨酯。

进一步的，所述纤维增强复合树脂材料层其预浸料的铺设方向按板簧长度方向进行多层铺垫，且预浸料的铺叠角度包括0°、85°、±45°中的一种或多种组合，并且预浸料的铺叠厚度为5-30mm。

进一步的，所述模压真空成型过程包括模压成型和真空袋压成型，其中模压过程的压力为4-16MPa，真空度范围在0.4-0.6MPa。

进一步的，所述一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧的制备方法，该方法的步骤如下：

1、将高强度金属钢板按照下料-校直-钻中心孔-两端卷耳-成形热处理弯曲成形、淬火、回火-喷丸的工序加工成型复合板簧钢基芯材；

2、在钢基芯材表面铺设纤维增强复合树脂材料层，中心孔位预埋定位螺栓，采用热压罐工艺固化，得到钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧。纤维增强复合树脂材料层的铺设方向按板簧长度方向，玻璃纤维预浸料单层厚度为0.6mm，碳纤维预浸料单层厚度为0.23mm，铺设方案为0₄/85₁/0₄/85₁/0₄/85₁/0₄/85₁/0₄(0°方向采用玻璃纤维预浸料，85°方向采用碳纤维预浸料，下标数字表示铺设层数)。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在现有的汽车前悬架钢板弹簧总成的基础上，对其结构、铺层设计进行改进，提出一种新的复合材料板弹簧结构，该结构由高强度金属钢板和纤维增强复合树脂材料层通过模压成型复合而成，不存在复合材料与金属件的连接问题，在保证板簧垂向刚度的基础上，同时提高板簧总成横向刚度，解决了现有复合材料板簧存在的连接开裂及横向刚度薄弱的问题，能够满足重型载货车辆的使用要求，安全可靠性得到明显提升。

附图说明

图1是本发明主视平面全剖结构示意图。

图2是本发明半剖结构示意图。

图中，部件名称与附图编号的对应关系为：

1、高强度金属钢板；101、卷耳；102、中心孔；2、纤维增强复合树脂材料层；201、玻璃纤维预浸料；202、碳纤维预浸料；3、定位螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如附图1和附图2所示：

本发明提供一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧，包括高强度金属钢板1，卷耳101，中心孔102，纤维增强复合树脂材料层2，玻璃纤维预浸料201，碳纤维预浸料202和定位螺栓3；所述高强度金属钢板1为板状结构，且高强度金属钢板1两端加工有与之一体成型的卷耳101；所述高强度金属钢板1表面包裹有多层、多向的纤维增强复合树脂材料层2，且纤维增强复合树脂材料层2由玻璃纤维预浸料201和碳纤维预浸料202混合铺设固化而成；所述高强度金属钢板1开设有中心孔102，且纤维增强复合树脂材料层2和高强度金属钢板1通过在中心孔102处预埋定位螺栓3使两者一体经模压真空成型。

其中，所述高强度金属钢板1的拉取强度≥1700MPa。

其中，所述玻璃纤维预浸料201材质为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中一种或多种。

其中，所述碳纤维预浸料202材质为环氧树脂或聚氨酯，上述纤维复合材料具有安全断裂的特性，不会发生突然破坏，与金属材质板簧相比具有更好的抗疲劳性能。

其中，所述纤维增强复合树脂材料层2其预浸料的铺设方向按板簧长度方向进行多层铺垫，且预浸料的铺叠角度包括0°、85°、±45°中的一种或多种组合，并且预浸料的铺叠厚度为5-30mm。

其中，所述模压真空成型过程包括模压成型和真空袋压成型，其中模压过程的压力为4-16MPa，真空度范围在0.4-0.6MPa。

其中，所述一种钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧的制备方法，该方法的步骤如下：

将高强度金属钢板1按照下料-校直-钻中心孔102-两端卷耳101-成形热处理(弯曲成形、淬火、回火)-喷丸的工序加工成型复合板簧钢基芯材；

在钢基芯材表面铺设纤维增强复合树脂材料层2，中心孔102预埋定位螺栓3，采用热压罐工艺固化，得到钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧。纤维增强复合树脂材料层2的铺设方向按板簧长度方向，玻璃纤维预浸料201单层厚度为0.6mm,碳纤维预浸料202单层厚度为0.23mm，铺设方案为0₄/85₁/0₄/85₁/0₄/85₁/0₄/85₁/0₄(0°方向采用玻璃纤维预浸料201，85°方向采用碳纤维预浸料202，下标数字表示铺设层数)。

本实施例的具体使用方式与作用：

钢基复合纤维增强树脂材料汽车板簧由高强度金属钢板1和纤维增强复合树脂材料层2通过模压成型复合而成，该结构不存在复合材料与金属件的连接问题，在保证板簧垂向刚度的基础上，同时提高板簧总成横向刚度，延长了板簧的疲劳寿命，满足重型载货车辆的使用要求，安全可靠性得到明显提升，提高整车舒适性和燃油经济性，并对实现复合材料板弹簧正式应用和整车轻量化，具有重要意义。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。