申请/专利权人：徐州工程学院

申请日：2019-07-08

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN110388400B

主分类号：F16F1/22

分类号：F16F1/22;F16F1/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2019.11.22#实质审查的生效;2019.10.29#公开

摘要：本发明公开了一种基于形状记忆合金的板弹簧及其隔振减振方法，主钢板弹簧组处于顶层钢板弹簧和副钢板弹簧之间，主钢板弹簧组由多个长度不同的主钢板弹簧组成，在顶层钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧之间、两个相邻的主钢板弹簧之间和副钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧之间均安装一个形状记忆合金薄板，所述多个主钢板弹簧均采用工字钢制成，在每个主钢板弹簧的中间支撑板左右两侧均贴合设置一个形状记忆合金绳索，两个形状记忆合金绳索的两端均通过紧固螺栓分别压紧固定在两个螺孔处，使两个形状记忆合金绳索在压紧固定后均处于张拉状态。本发明能在保证板弹簧的减振效果情况下，还能使得板弹簧变形后能快速恢复原结构。

主权项：1.一种基于形状记忆合金的板弹簧，包括顶层钢板弹簧、副钢板弹簧（4）和主钢板弹簧组，主钢板弹簧组处于顶层钢板弹簧和副钢板弹簧（4）之间，顶层钢板弹簧、主钢板弹簧组和副钢板弹簧（4）叠合后通过中心螺栓（5）和弹簧夹（6）固定，所述顶层钢板弹簧前后端均设有卷耳（7），主钢板弹簧组由多个长度不同的主钢板弹簧（1）组成，其特征在于，还包括多个形状记忆合金薄板（3）和多个形状记忆合金绳索（2），在顶层钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧（1）之间、两个相邻的主钢板弹簧（1）之间和副钢板弹簧（4）与相邻的主钢板弹簧（1）之间均安装一个形状记忆合金薄板（3），所述主钢板弹簧（1）均采用工字钢制成，每个主钢板弹簧（1）的中间支撑板前后端分别开设一个螺孔（8），在每个主钢板弹簧（1）的中间支撑板左右两侧均贴合设置一个形状记忆合金绳索（2），两个形状记忆合金绳索（2）的两端均通过紧固螺栓分别压紧固定在两个螺孔（8）处，使两个形状记忆合金绳索（2）在压紧固定后均处于张拉状态；所述形状记忆合金绳索（2）由多个形状记忆合金丝捻股制成、且形状记忆合金丝处于奥氏体状态；所述形状记忆合金薄板（3）的形状为圆弧形、且其横截面为矩形，形状记忆合金薄板（3）处于奥氏体状态；所述中心螺栓（5）由螺杆（9）、螺母（11）和形状记忆合金垫圈（10）组成，螺杆（9）和螺母（11）配合连接后将形状记忆合金垫圈（10）压紧在顶层钢板弹簧的表面。

全文数据：一种基于形状记忆合金的板弹簧及其隔振减振方法技术领域本发明涉及一种板弹簧及其隔振减振方法，具体是一种基于形状记忆合金的板弹簧及其隔振减振方法。背景技术板弹簧又称为叶片弹簧，它是由若干片等宽但不等长厚度可以相等，也可以不相等的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁，是车辆悬架中应用最广泛的弹性悬架部件，在车架与车桥之间起到了弹性联系的作用，减少车辆在道路上带来的颠簸感，保证车辆在行驶过程中的稳定性及舒适性，除此之外，钢板弹簧还起到了导向机构的作用，控制车轮相对车身按规定轨迹行驶，从而保证良好的操作性以及稳定性。由此可见，性能良好的板弹簧，不但可以保证驾乘人员的舒适和运载货物的稳定，而且还可以提高车辆的运输速度，节约燃料，延长车辆的使用寿命和提高车辆的安全性。因此，板弹簧的作用对于车辆来说非常重要。作为板弹簧的重要性能，其刚度、强度和减振性三个关键指标一直是工程技术领域中的三个难点，若其刚度太小，板弹簧减振性得以提高，但是板弹簧受到冲击时会产生较大的变形，并且变形后恢复原结构的速度较慢，从而影响车辆行驶的稳定性；若其强度过高，则使板弹簧减振性会降低，刚度过大，影响车辆的行驶舒适性。目前普遍使用的板弹簧主要分为多片簧、少片簧两种形式，这两种形式主要在薄厚以及结构上的存在差异，在其它的性能方面基本相同，这些形式在应用中均存在着一些缺陷或不足，即，一方面，它们的质量和体积比较大，相应的单位体积的储能能力较小，隔振减振效果差；另一方面，多板弹簧的板间摩擦力大，不仅减少了结构的弹性，而且使得板弹簧的振动噪声较大。因此，对于现有的板弹簧所采用的减振机理、材料和结构来说，都难以实现同时协调好刚度、强度和减振性之间的高效搭配关系。因此如何研发一种板弹簧在提高板弹簧的减振效果前提下，还能使得板弹簧变形后能快速恢复原结构是本行业的研究方向。发明内容针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于形状记忆合金的板弹簧及其隔振减振方法，能在保证板弹簧的减振效果情况下，还能使得板弹簧变形后能快速恢复原结构。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于形状记忆合金的板弹簧，包括顶层钢板弹簧、副钢板弹簧和主钢板弹簧组，主钢板弹簧组处于顶层钢板弹簧和副钢板弹簧之间，顶层钢板弹簧、主钢板弹簧组和副钢板弹簧叠合后通过中心螺栓和弹簧夹固定，所述顶层钢板弹簧前后端均设有卷耳，主钢板弹簧组由多个长度不同的主钢板弹簧组成，还包括多个形状记忆合金薄板和多个形状记忆合金绳索，在顶层钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧之间、两个相邻的主钢板弹簧之间和副钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧之间均安装一个形状记忆合金薄板，所述多个主钢板弹簧均采用工字钢制成，每个主钢板弹簧的中间支撑板前后端分别开设一个螺孔，在每个主钢板弹簧的中间支撑板左右两侧均贴合设置一个形状记忆合金绳索，两个形状记忆合金绳索的两端均通过紧固螺栓分别压紧固定在两个螺孔处，使两个形状记忆合金绳索在压紧固定后均处于张拉状态。进一步，所述形状记忆合金绳索由多个形状记忆合金丝捻股制成、且形状记忆合金丝处于奥氏体状态。采用这种材质使得形状记忆合金绳索在被拉伸形变时具有更好的吸收冲击能量的作用，同时在形状记忆合金绳索恢复原状时能具有更强的回复力。进一步，所述形状记忆合金薄板的形状为圆弧形、且其横截面为矩形，形状记忆合金薄板处于奥氏体状态。采用这种材质使得形状记忆合金薄板被冲击形变时具有更好的吸收冲击能量的作用，同时在形状记忆合金薄板恢复原状时能具有更强的回复力；另外在顶层钢板弹簧、副钢板弹簧和主钢板弹簧之间均设有形状记忆合金薄板，从而使得相邻的钢板弹簧之间摩擦阻力既能满足隔振减振的需要，又能满足降低车辆振动噪声的要求。进一步，所述中心螺栓由螺杆、螺母和形状记忆合金垫圈组成，螺杆和螺母配合连接后将形状记忆合金垫圈压紧在顶层钢板弹簧的表面。采用形状记忆合金垫圈在顶层钢板弹簧受到冲击变形时，形状记忆合金垫圈随着顶层钢板弹簧的变形而变形，由于形状记忆合金材料具有超弹性变形能力，使形状记忆合金垫圈可以发生较大的变形，而其应力基本保持不变，因此，保证中心螺栓工作中实现连接持久防松，进而提高了整个板弹簧的安全性。一种基于形状记忆合金的板弹簧的隔振减振方法，将基于形状记忆合金的板弹簧安装在车架或车桥上，车辆运行过程中，当车架或车桥的受到冲击后，此时主钢板弹簧会发生形变后恢复原状，使得安装在主钢板弹簧中的形状记忆合金绳索交替进行拉伸与回缩变化，造成形状记忆合金绳索会发生高阻尼特性的超弹性变形，同时使形状记忆合金薄板发生变形，由于形状记忆合金绳索变形和形状记忆合金薄板变形中均能吸收振动能量，从而能对冲击能量进行减振，然后吸收的振动能量使形状记忆合金绳索和形状记忆合金薄板均产生回复力提高整个板弹簧的恢复原状速度。与现有技术相比，本发明采用顶层钢板弹簧、副钢板弹簧、主钢板弹簧组、形状记忆合金薄板和形状记忆合金绳索相结合方式，具有如下优点：1、安全可靠、隔振减振突出：本发明中主钢板弹簧为工字型截面，大大提高了主钢板弹簧的弯曲强度，而且在主钢板弹簧中又增设了形状记忆合金绳索，则提高了主钢板弹簧的隔振减振效果，同时在中心螺栓连接中也采用了减振防松的形状记忆合金垫圈，使得整个板弹簧的安全性和使用寿命得到了提高。另外，设计中又采用了形状记忆合金薄板，使得顶层钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧之间、两个相邻的主钢板弹簧之间和副钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧之间的摩擦阻力均既能满足隔振减振的需要，又能满足降低车辆振动噪声的要求。由此可见，本发明的板弹簧可以同时协调好结构的刚度、强度和减振性等之间的高效搭配关系，使板弹簧结构不仅具有较高的强度，而且还可以保证结构兼备较高的减振性和适宜的刚度；并且本发明的板弹簧在变形后由于吸收较多的震动能量，从而通过产生的回复力使得板弹簧能快速的恢复原形状。2、制作工艺简单、操作方便：利用形状记忆合金丝就可以加工成形状记忆合金绳索，把形状记忆合金绳索安装在主钢板弹簧中即可，这种形状记忆合金绳索和形状记忆合金薄板犹如弹性较好的弹簧一样，具有良好的隔振减振特性，以弥补普通板弹簧数量、尺寸和材料等的不足。3、整体结构耐久性高：由于记忆合金材料具有较高的阻尼、较大的回复变形、良好的耐腐蚀性、较好的塑性、较高的强度以及疲劳寿命长和环境因素影响小等优点，使得车辆隔振减振装置中的中心螺栓、整体的板弹簧耐久性较高。4、适用范围广：装有形状记忆合金绳索的主钢板弹簧，不仅可以用来作为高强度的梁使用，而且也可以作为抗振良好的结构使用，另外也可以作为抗弯和抗振兼具的装置来使用。附图说明图1为本发明的整体立体图；图2为图1中纵截面图；图3为图1的横截面图；图4为图1侧视图；图5为图1中装配形状记忆合金绳索后工字型板弹簧的示意图；图6为图5中横截面示意图；图7为图1中螺栓的侧视图；图8为图1中形状记忆合金绳索在万能试验机平台上获取的试验数据；图9为安装形状记忆合金绳索的板弹簧和普通板弹簧对同一振动波的隔振减振效果对比的实测数据。图中：1、主钢板弹簧，2、形状记忆合金绳索，3、形状记忆合金薄板，4、副钢板弹簧，5、中心螺栓，6、弹簧夹，7、卷耳，8、螺孔，9、螺杆，10、形状记忆合金垫圈，11、螺母。具体实施方式下面将对本发明做进一步说明。如图所示，以图2的左方为前方、右方为后方，图3的左方为左侧、右方为右侧进行专利描述；一种基于形状记忆合金的板弹簧，包括顶层钢板弹簧、副钢板弹簧4和主钢板弹簧组，主钢板弹簧组处于顶层钢板弹簧和副钢板弹簧4之间，顶层钢板弹簧、主钢板弹簧组和副钢板弹簧4叠合后通过中心螺栓5和弹簧夹6固定，所述顶层钢板弹簧前后端均设有卷耳7，主钢板弹簧组由多个长度不同的主钢板弹簧1组成，还包括多个形状记忆合金薄板3和多个形状记忆合金绳索2，在顶层钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧1之间、两个相邻的主钢板弹簧1之间和副钢板弹簧4与相邻的主钢板弹簧1之间均安装一个形状记忆合金薄板3，所述多个主钢板弹簧1均采用工字钢制成，每个主钢板弹簧1的中间支撑板前后端分别开设一个螺孔8，在每个主钢板弹簧1的中间支撑板左右两侧均贴合设置一个形状记忆合金绳索2，两个形状记忆合金绳索2的两端均通过紧固螺栓分别压紧固定在两个螺孔8处，使两个形状记忆合金绳索2在压紧固定后均处于张拉状态。进一步，所述形状记忆合金绳索2由多个形状记忆合金丝捻股制成、且形状记忆合金丝处于奥氏体状态。采用这种材质使得形状记忆合金绳索2在被拉伸形变时具有更好的吸收冲击能量的作用，同时在形状记忆合金绳索2恢复原状时能具有更强的回复力。进一步，所述形状记忆合金薄板3的形状为圆弧形、且其横截面为矩形，形状记忆合金薄板3处于奥氏体状态。采用这种材质使得形状记忆合金薄板3被冲击形变时具有更好的吸收冲击能量的作用，同时在形状记忆合金薄板3恢复原状时能具有更强的回复力；另外在顶层钢板弹簧、副钢板弹簧4和主钢板弹簧1之间均设有形状记忆合金薄板，从而使得相邻的钢板弹簧之间摩擦阻力既能满足隔振减振的需要，又能满足降低车辆振动噪声的要求。进一步，所述中心螺栓5由螺杆9、螺母11和形状记忆合金垫圈10组成，螺杆9和螺母11配合连接后将形状记忆合金垫圈10压紧在顶层钢板弹簧的表面。采用形状记忆合金垫圈10在顶层钢板弹簧受到冲击变形时，形状记忆合金垫圈10随着顶层钢板弹簧的变形而变形，由于形状记忆合金材料具有超弹性变形能力，使形状记忆合金垫圈10可以发生较大的变形，而其应力基本保持不变，因此，保证中心螺栓5工作中实现连接持久防松，进而提高了整个板弹簧的安全性。一种基于形状记忆合金的板弹簧的隔振减振方法，将基于形状记忆合金的板弹簧安装在车架或车桥上，车辆运行过程中，当车架或车桥的受到冲击后，此时主钢板弹簧1会发生形变后恢复原状，使得安装在主钢板弹簧1中的形状记忆合金绳索2交替进行拉伸与回缩变化，造成形状记忆合金绳索2会发生高阻尼特性的超弹性变形，同时使形状记忆合金薄板3发生变形，由于形状记忆合金绳索2变形和形状记忆合金薄板3变形中均能吸收振动能量，从而能对冲击能量进行减振，然后吸收的振动能量使形状记忆合金绳索2和形状记忆合金薄板3均产生回复力提高整个板弹簧的恢复原状速度；从而使整个板弹簧达到了隔振减振的目的，同时也获得了振后结构快速自复位的能力。从而保证车辆的行驶稳定性和提高车辆的安全性。上述处于奥氏体的形状记忆合金为现有材质。实验验证：实验1：将上述制作的形状记忆合金绳索2，安装在万能试验机上，进行简单的加载和卸载试验，获取形状记忆合金绳索2的应力与应变之间关系曲线，如图8所示，由图8可以看出，在加载和卸载循环载荷的作用下，绳索的应力-应变曲线明显地呈现出典型的滞后闭合曲线迟滞环，然而该曲线在加载卸载过程并没有展现出明显的应力平台，其原因是绳索中的合金丝仅仅有一部分发生了马氏体相变转变，而大部分材料仍处于弹性变形的状态，尽管如此，合金丝也明显地表现出了良好的吸收冲击能量减振的特性，同时具有优良的耗能迟滞环和高恢复或回复能力，并且迟滞环随外载荷的增加而增大。实验2：将上述制作的形状记忆合金的板弹簧，安装在车辆上，经过图9的对比揭示出，在同一振动波即车辆行驶在同一路段下，本发明的卷耳7处和普通板弹簧的卷耳处响应的最大振幅分别达到25mm和78mm，前者响应极值约是后者的三分之一，这说明本发明的板弹簧隔振减振效果较好。从所得实测数据看出现有普通板弹簧的隔振减振效果较差，主要原因有两个：一是普通板弹簧的单位体积的储能能力较小，二是普通板弹簧的板间摩擦力较大，降低了板弹簧的弹性；而采用本发明的板弹簧后，在一定程度上克服了普通板弹簧的缺陷，由于形状记忆合金绳索2和形状记忆合金薄板3的超弹性作用和高阻尼特性以及结构的设计特点，可以较大程度地抑制结构在振动波下的响应。综上所述，采用形状记忆合金进行结构重新设计，则可以很容易地使板弹簧的性能得到很大的改善和提高。由上述结构可见，本发明板弹簧通过在传统的板弹簧的基础上，吸取了形状记忆合金材料的优点，把原来由普通材料制作的板弹簧部分改为形状记忆合金构件来代替，借助于形状记忆合金本身具有的优点，即，较高的阻尼、较大的回复力和变形、较高的耐腐蚀性、较高的强度、较好的塑性等特性，此外还具有疲劳寿命长和环境因素影响小等优点，进而大大扩大了板弹簧在应用中的局限性，所以板弹簧的隔振减振就不必只依靠板弹簧来提供，而是简单地通过形状记忆合金构件来达到目的。同时，板弹簧的隔振减振控制就转化为对记忆合金构件的处理，而记忆合金构件的处理只需根据工程的需要对记忆合金丝材进行一定的机械加工工序即可，这样对制造者来说，其制作工艺和设备简单、操作方便、效果安全可靠。由此可见，形状记忆合金的板弹簧不仅提高了结构的安全性、耐久性和适用范围，而且还表现在其制作工艺简单、可靠、投资和造价费用低等优点。最后本领域设计技术人员应当理解本发明的主体思路，虽然本发明是对一个工字型截面板弹簧进行描述的，但是本发明适用范围并非仅仅局限于此。以说明书附图进行具体的描述仅仅是为了清楚说明本发明的思路，本领域设计技术人员应当理解其精髓，只要利用形状记忆合金进行隔振减振的装置设计的思想均为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于形状记忆合金的板弹簧，包括顶层钢板弹簧、副钢板弹簧4和主钢板弹簧组，主钢板弹簧组处于顶层钢板弹簧和副钢板弹簧4之间，顶层钢板弹簧、主钢板弹簧组和副钢板弹簧4叠合后通过中心螺栓5和弹簧夹6固定，所述顶层钢板弹簧前后端均设有卷耳7，主钢板弹簧组由多个长度不同的主钢板弹簧1组成，其特征在于，还包括多个形状记忆合金薄板3和多个形状记忆合金绳索2，在顶层钢板弹簧与相邻的主钢板弹簧1之间、两个相邻的主钢板弹簧1之间和副钢板弹簧4与相邻的主钢板弹簧1之间均安装一个形状记忆合金薄板3，所述多个主钢板弹簧1均采用工字钢制成，每个主钢板弹簧1的中间支撑板前后端分别开设一个螺孔8，在每个主钢板弹簧1的中间支撑板左右两侧均贴合设置一个形状记忆合金绳索2，两个形状记忆合金绳索2的两端均通过紧固螺栓分别压紧固定在两个螺孔8处，使两个形状记忆合金绳索2在压紧固定后均处于张拉状态。2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的板弹簧，其特征在于，所述形状记忆合金绳索2由多个形状记忆合金丝捻股制成、且形状记忆合金丝处于奥氏体状态。3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的板弹簧，其特征在于，所述形状记忆合金薄板3的形状为圆弧形、且其横截面为矩形，形状记忆合金薄板3处于奥氏体状态。4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的板弹簧，其特征在于，所述中心螺栓5由螺杆9、螺母11和形状记忆合金垫圈10组成，螺杆9和螺母11配合连接后将形状记忆合金垫圈10压紧在顶层钢板弹簧的表面。5.一种根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的板弹簧的隔振减振方法，其特征在于，将基于形状记忆合金的板弹簧安装在车架或车桥上，车辆运行过程中，当车架或车桥的受到冲击后，此时主钢板弹簧1会发生形变后恢复原状，使得安装在主钢板弹簧1中的形状记忆合金绳索2交替进行拉伸与回缩变化，造成形状记忆合金绳索2会发生高阻尼特性的超弹性变形，同时使形状记忆合金薄板3发生变形，由于形状记忆合金绳索2变形和形状记忆合金薄板3变形中均能吸收振动能量，从而能对冲击能量进行减振，然后吸收的振动能量使形状记忆合金绳索2和形状记忆合金薄板3均产生回复力提高整个板弹簧的恢复原状速度。

百度查询： 徐州工程学院 一种基于形状记忆合金的板弹簧及其隔振减振方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD