一種形狀記憶合金式鋼板彈簧及實(shí)現(xiàn)可變剛度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種車輛懸架的彈性元件，具體設(shè)及一種形狀記憶合金式鋼板彈黃及 實(shí)現(xiàn)可變剛度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 形狀記憶合金是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發(fā)生的變形，恢 復(fù)其原始形狀的合金材料，是一種能夠記憶原有形狀的智能材料。通常可分為溫控型形狀 記憶合金與磁控型形狀記憶合金。磁控型形狀記憶合金（Ma即eticallyControlled化ape Memo巧Alloy,簡稱MSM)在室溫下直線變形率可達(dá)6%，彎曲變形率可達(dá)18%。與溫控型 形狀記憶合金相比，MSM不僅變形率大，易于控制，而且具有較高的動態(tài)響應(yīng)速度，是溫控型 形狀記憶合金頻率響應(yīng)的80倍，可W滿足一般自動控制系統(tǒng)對執(zhí)行器的動態(tài)響應(yīng)速度的 要求。
[0003] 鋼板彈黃是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件。傳統(tǒng)的鋼板彈黃是由多片等 寬不等長的合金彈黃片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁。由于其結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟， 被廣泛應(yīng)用于車輛懸架。然而多片合金彈黃片之間易產(chǎn)生摩擦，不僅降低鋼板彈黃的壽命， 也會產(chǎn)生一定的噪聲，影響乘坐舒適性。且對于高速發(fā)展的車輛行業(yè)，參數(shù)固定的被動懸架 限制了平順性和乘坐舒適性的提高，因此需要一種剛度可變的鋼板彈黃。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述的不足，提供了一種形狀記憶合金式鋼板彈黃及實(shí)現(xiàn) 可變剛度的方法。 陽0化]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種形狀記憶合金式鋼板彈黃，包括車橋、彈黃片、騎馬螺栓、卷耳、電磁鐵、通電 線圈；
[0007] 所述彈黃片的材料為磁控型形狀記憶效應(yīng)的記憶合金；所述彈黃片的中屯、用騎馬 螺栓夾緊固定在車橋下方，沿著車橋方向，分別在彈黃片的兩側(cè)等距離布置了一對電磁鐵， 電磁鐵同樣用騎馬螺栓夾緊固定在車橋上，所述電磁鐵上纏有通電線圈，通過控制流過通 電線圈的電流控制電磁鐵磁場的強(qiáng)弱及方向，從而控制彈黃片的變化；所述彈黃片的兩末 端彎成卷耳。
[000引進(jìn)一步，所述磁控型形狀記憶效應(yīng)的記憶合金為Ni-Mn-Ga、Ni-Fe-Ga、化基合金、Co基合金中的一種。
[0009] 進(jìn)一步，所述電磁鐵的長度為彈黃片長度的1/3,兩側(cè)的電磁鐵同彈黃片的距離為 5CM。
[0010] 本發(fā)明的方法的技術(shù)方案為：一種如權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金式鋼板彈黃 實(shí)現(xiàn)可變剛度的方法，包括如下步驟：
[0011] 步驟1，通電線圈通電后，在車橋下方的一對電磁鐵形成磁場，并通過控制流過通 電線圈的電流大小改變電磁鐵磁場的強(qiáng)弱；
[0012] 步驟2,依據(jù)步驟1通過改變磁場的強(qiáng)弱控制一對電磁鐵之間的彈黃片的形變量；
[0013] 步驟3,由彈黃片的形變量控制其截面寬度和高度，從而改變彈黃片截面慣性矩 I，進(jìn)而達(dá)到改變鋼板彈黃剛度K的目的；
[0014] 該步驟中由彈黃片截面寬度和高度的變化改變彈黃截面慣性矩的公式為
其中b是鋼板彈黃的厚度，h是鋼板彈黃的寬度；由彈黃截面慣性矩到改變鋼板彈 黃剛度K的公式為
其中P為作用于梁上的力，f為鋼板彈黃變形量，E為材料 的彈性模量，I為截面慣性矩，1為彈黃片長度。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：采用單片彈黃片可W避免傳統(tǒng)多片鋼板彈黃之間的摩擦， 降低運(yùn)動過程中的噪聲。同時克服了多片鋼板彈黃質(zhì)量大、性能差的缺點(diǎn)，對實(shí)現(xiàn)車輛的輕 量化、節(jié)約能源大為有利。彈黃片的材料采用的是磁控型形狀記憶合金，可根據(jù)需要實(shí)時調(diào) 節(jié)截面形狀從而改變鋼板彈黃的剛度，有效改善車輛行駛的平順性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的形狀記憶合金式鋼板彈黃主視圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明的形狀記憶合金式鋼板彈黃的左視圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明的形狀記憶合金式鋼板彈黃力學(xué)分析等效圖；
[0019] 圖4為彈黃片截面示意圖。
[0020] 其中：1-通電線圈；2-電磁鐵；3-卷耳；4-騎馬螺栓；5-彈黃片；6-車橋；
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明： 陽0巧如圖1-2所示，一種形狀記憶合金式鋼板彈黃，包括車橋6、彈黃片5、騎馬螺栓4、 卷耳3、電磁鐵2、通電線圈1。所述彈黃片5的中屯、用騎馬螺栓4夾緊固定在車橋6上，所 述彈黃片的兩末端彎成卷耳3。所述彈黃片5的材料使用的是磁控型形狀記憶合金，典型的 鐵磁控型形狀記憶合金有Ni-Mn-Ga、Ni-Fe-Ga、化基合金（化-Pd、化-Ni-Co-Ti等）和Co 基合金（Co-NiXo-Mn系合金等）等。沿著車橋6方向，分別在彈黃片5的左右兩側(cè)等距離 布置了一對電磁鐵2,所述電磁鐵2上纏有通電線圈1，通過控制流過通電線圈1的電流從 而控制電磁鐵2磁場的強(qiáng)弱及方向。
[0023] 作為本發(fā)明的一個實(shí)施例，上述電磁鐵2的長度為彈黃片5長度的1/3,兩側(cè)的電 磁鐵2同彈黃片5的距離為5CM。
[0024] 如圖3所示，鋼板彈黃中間用騎馬螺栓4緊固后，可視為圖2所示的懸臂梁。根據(jù) 材料力學(xué)相關(guān)知識可得鋼板彈黃的剛度為：
[00%] 式中：P為作用于梁上的力，f為鋼板彈黃變形量，E為材料的彈性模量，I為截面 慣性矩，1為彈黃片長度。
[0027] 由此可得鋼板彈黃的剛度與材料的彈性模量E、截面慣性矩I及彈黃片長度I有 關(guān)。一旦鋼板彈黃材料選定，彈性模量E便固定了，鋼板彈黃安裝位置一定，彈黃片長度1 也固定不變。
[0028] 如圖4所示，彈黃片5的截面形狀為一矩形，根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)知識可得其截面慣性矩 為：
(2、
[0030] 式中：b是鋼板彈黃的厚度，h鋼板彈黃的寬度。
[0031] 若要改變鋼板彈黃的剛度K，由式（1)可W看出，只能通過改變截面慣性矩I來實(shí) 現(xiàn)。本發(fā)明的鋼板彈黃的彈黃片5采用的是磁控型形狀記憶合金，可W通過磁控來改變截 面的形狀，進(jìn)行一定幅度的拉伸和壓縮。通電線圈1通電后，在鋼板彈黃上下方的一對電磁 鐵2形成磁場，用來控制彈黃片5在y方向的變化，即可改變鋼板彈黃的厚度b及寬度h。 通過改變通電線圈1中的電流大小改變磁場強(qiáng)度及方向，從而可W控制彈黃片5在y方向 變化的幅度（由上述公式可看出h變化帶來的是h3的變化，因此h的小幅度變化，便可導(dǎo) 致較大截面慣性矩I的變化），通過改變彈黃截面高度h，從而改變截面慣性矩I，達(dá)到改變 鋼板彈黃剛度K的目的。從而滿足車輛懸架的平順性和乘坐舒適性要求。
[0032] 綜上所述，該形狀記憶合金式鋼板彈黃實(shí)現(xiàn)可變剛度的過程：首先控制流過通電 線圈的電流大小，來改變磁場的強(qiáng)弱，從而控制彈黃片的形變量，達(dá)到控制彈黃片截面寬度 b和高度h的目的，W此實(shí)現(xiàn)控制彈黃截面慣性矩，又因?yàn)閺椥阅Ａ抗潭?，由式?)改變彈黃 的剛度。
[0033] 由于電磁鐵一般為線圈型感性負(fù)載，其交流阻抗與頻率成正比，因此若電壓一定 時頻率越高，電流就越小，磁場強(qiáng)度也會因之越小。通過控制流過通電線圈的電流大小，來 改變磁場的強(qiáng)弱，從而控制彈黃片的形變量，達(dá)到控制彈黃片截面寬度b和高度h的目的， W此實(shí)現(xiàn)控制彈黃截面慣性矩，最終達(dá)到改變彈黃片剛度的目的，提高汽車的平順性和乘 坐舒適性。
[0034] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及方面構(gòu) 思加W等同變化，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種形狀記憶合金式鋼板彈簧，其特征在于，包括車橋(6)、彈簧片（5)、騎馬螺栓 (4)、卷耳（3)、電磁鐵（2)、通電線圈（1); 所述彈簧片（5)的材料為磁控型形狀記憶效應(yīng)的記憶合金；所述彈簧片（5)的中心用 騎馬螺栓（4)夾緊固定在車橋（6)下方，沿著車橋（6)方向，分別在彈簧片（5)的兩側(cè)等距 離布置了一對電磁鐵（2)，電磁鐵（2)同樣用騎馬螺栓夾緊固定在車橋（6)上，所述電磁鐵 (2)上纏有通電線圈（1)，通過控制流過通電線圈（1)的電流控制電磁鐵⑵磁場的強(qiáng)弱及 方向，從而控制彈簧片（5)的變化；所述彈簧片（5)的兩末端彎成卷耳（3)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種形狀記憶合金式鋼板彈簧，其特征在于，所述磁控型形 狀記憶效應(yīng)的記憶合金為Ni-Mn-Ga、Ni-Fe-Ga、Fe基合金、Co基合金中的一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種形狀記憶合金式鋼板彈簧，其特征在于，所述電磁鐵（2) 的長度為彈簧片（5)長度的1/3,兩側(cè)的電磁鐵（2)同彈簧片（5)的距離為5CM。4. 一種如權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金式鋼板彈簧實(shí)現(xiàn)可變剛度的方法，其特征在 于，包括如下步驟： 步驟1，通電線圈（1)通電后，在車橋（6)下方的一對電磁鐵（2)形成磁場，并通過控制 流過通電線圈（1)的電流大小改變電磁鐵（2)磁場的強(qiáng)弱； 步驟2,依據(jù)步驟1通過改變磁場的強(qiáng)弱控制一對電磁鐵（2)之間的彈簧片（5)的形變 量； 步驟3,由彈簧片（5)的形變量控制其截面寬度和高度，從而改變彈簧片截面慣性矩I， 進(jìn)而達(dá)到改變鋼板彈簧剛度K的目的； 該步驟中由彈簧片（5)截面寬度和高度的變化改變彈簧截面慣性矩的公式為其中b是鋼板彈簧的厚度，h是鋼板彈簧的寬度；由彈簧截面慣性矩到改變鋼板彈簧剛度K 的公式為：其中P為作用于梁上的力，f為鋼板彈簧變形量，E為材料的彈性模 量，I為截面慣性矩，1為彈簧片長度。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種形狀記憶合金式鋼板彈簧及實(shí)現(xiàn)可變剛度的方法，包含車橋、彈簧片，騎馬螺栓，卷耳，電磁鐵，通電線圈。所述彈簧片的中心用騎馬螺栓夾緊固定，所述彈簧片的兩末端彎成卷耳。所述彈簧片的材料使用的是磁控型形狀記憶效應(yīng)的記憶合金。沿著車橋方向，分別在彈簧片的左右兩側(cè)等距離布置了一對電磁鐵，所述電磁鐵上纏有通電線圈，通過控制流過通電線圈的電流控制磁場的強(qiáng)弱及方向。本發(fā)明可根據(jù)車輛懸架要求改變鋼板彈簧的剛度，提升懸架性能，有效改善的車輛平順性及乘坐舒適性。
【IPC分類】F16F1/22, B60G17/02
【公開號】CN105422704
【申請?zhí)枴緾N201510844644
【發(fā)明人】張龍飛, 袁朝春, 高澤宇, 陳龍, 吳飛, 劉慧
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月27日