[发明专利]一种碳纤维增强客车空气悬架C形梁结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及客车空气悬架C形梁领域，具体涉及一种碳纤维增强客车空气悬架C形梁结构及其设计方法。

背景技术

悬架系统作为汽车底盘的关键部分，对汽车行驶安全可靠性和使用性能有重要影响，也是现代汽车发展的重要研究部分。空气悬架系统由于其具有弹性系数可调、重量轻、行驶平稳、减震性能好等优点，在客车行业的应用越来越广泛。而C形梁作为空气悬架中最关键的部件之一，其中间通过螺栓与车桥固定，两端通过空气弹簧和减震器与客车车架相连，承载着整车的重量。因此合理的设计C形梁结构及其设计方法对于提高空气悬架系统及整车的性能都具有十分重要的意义。

目前国内C形梁通常由变截面型钢加工而成，其制造方法主要包括整体铸造和钢板冲压焊接两种。由于客车的C形梁在使用过程中承受较大载荷，因此为了满足强度、刚度及耐久性、可靠性等要求，其体积往往比较大，当完全采用钢作为材料时，会导致单件重量过大，从而影响到整车轻量化,使其动力性和燃油经济性较差。同时C形梁受力情况复杂，既承受拉伸载荷又承受扭转载荷，而传统材料如铸铁、钢等均为各向同性材料，不能够针对受力方向进行增强，不可避免的造成材料浪费，体积重量过大。

针对传统C形梁中存在的问题，现基于我国常用客车结构形式，提出一种碳纤维增强客车空气悬架C形梁及其设计方法。

发明内容

本发明设计开发了一种碳纤维增强客车空气悬架C形梁结构，本发明的发明目的是解决C形梁能够承受拉伸载荷以及扭转载荷的问题同时，并且达到轻质化。

本发明设计开发了一种碳纤维增强客车空气悬架C形梁结构的设计方法，本发明的发明目的是解决碳纤维布在C形梁上的缠绕角度的问题。

本发明提供的技术方案为：

一种碳纤维增强客车空气悬架C形梁结构，包括：

主体，其为变截面开口梁结构，在所述开口梁结构的中间空心部分填充泡沫，并且在所述泡沫上表面粘接内层单向碳纤维布，在所述主体外部缠绕粘接外层单向碳纤维布；

中部紧固件，其套接在所述主体中部的碳纤维布外侧；

端部紧固件，其套接在所述主体端部的碳纤维布外侧。

优选的是，还包括：

第一加强板，其与所述中部紧固件可拆卸的连接，并且安装于所述主体的下部；以及

车桥安装支座，其与所述中部紧固件可拆卸的连接，并且安装于所述主体的上部。

优选的是，还包括：第二加强板，其焊接在所述开口梁结构的两端，所述第二加强板上设置螺栓孔，其用于连接空气弹簧以及减振器。

优选的是，所述中部紧固件包括左套筒以及右套筒；以及

所述中部紧固件粘接于所述主体中部的碳纤维布外侧。

优选的是，所述端部紧固件包括左U形件以及右U形件，并且所述左U形件以及右U形件通过螺栓连接扣合；以及

所述端部紧固件粘接于所述主体端部的碳纤维布外侧。

优选的是，沿所述主体的轴线方向，在所述泡沫上表面粘接内层单向碳纤维布，使所述内层单向碳纤维布的径向沿所述轴线方向。

优选的是，相邻所述外层单向碳纤维布之间搭接长度至少20mm；以及

所述端部紧固件覆盖所述外层碳纤维布宽度至少50mm。

优选的是，所述外层单向碳纤维布相对于C形梁截线方向的缠绕角度为35°～40°。

一种碳纤维增强客车空气悬架C形梁结构的设计方法，包括如下步骤：

步骤一、根据客车轮轴的轴荷T，确定C形梁两端空气弹簧安装中心点受力F，式中，其中g为重力加速度，K_d为动荷系数；

步骤二、确定所述C形梁的长度为L、变截面开口梁的厚度为t、高度为h、宽度为b，施加所述步骤一中所确定的中心点受力F，根据得到外层单向碳纤维布相对于C形梁截线方向的缠绕角度；

式中，1≤i≤n，为确定在任意第i个任意区域中的局部模型的主应力向量，为与所述主应力向量同一平面内且过中心处截线切向量，其中，所述截线为垂直于C形梁轴线的截面与C形梁的交线，α_i为主应力向量与C形梁截线切向量的夹角。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明的碳纤维增强客车空气悬架C形梁与现有C形梁结构相比较，通过在变截面开口梁钢结构中填充结构泡沫材料，并使用碳纤维增强复合材料进行定向增强，实现了在提高承载能力的基础上，同时减小了C形梁整体尺寸，减轻了重量的目的，更有利于实现整车轻量化，从而提高客车的动力性和燃油经济性；