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复合材料与车身悬架系统

作者:admin 发布时间:2021-04-11 23:19:51点击:
20世纪60年代以后,由于复合材料的深入研究,比如玻璃纤维增强材料、碳纤维增强材料及高弹性基体复合材料的出现,使大幅度降低整车质量成为可能。其中,玻璃纤维增强材料被较多的采用,原因是虽然碳纤维增强复合材料力学性质稳定,然而其价格昂贵,从经济性考虑,尽量多的使用玻璃纤维增强材料是一条设计准则。
在最近几年的车身制造业中,许多汽车公司开始大量使用一种叫SMC钣金复合成型的复合材料,低密度SMC的密度只有1.3g/cm,而它的热膨胀系数却与钢铁一样,同时,它在耐腐蚀、抗损伤以及声学性质上均优于钢铁。比如雪弗兰的车型C5卡福特的金属车顶,自1999年出产以后,取得了巨大的商业成功。这个长140 cm,宽1.47 cm,顶部厚度0.168 cm,内板厚0.178 cm的框架顶部是普通SMC,侧面及内板由低密度SMC构成,它仅重10.5 kg。然而,SMC也有缺点,它的价格比较昂贵,同时在抗磨损的性能上比不上碳纤维复合材料。另外,高温时,会部分丧失承载能力。针对这些弱点,许多新型的SMC被开发出来,其中,SMC3374是 一种较典型的材料,它的密度仍然维持在1.3 g/cm左右,然而它在93.3℃能够保持住75%的力学性能,与原来的SMC只能在65.5℃保持有了明显的提高。因此,在2001奥德汽车极光,庞帝阿克-邦奈威勒2000以及2000别克-萨罗上,都采用了SMC3374材料。
从以上的分析不难看出,SMC仅适用于制造车身上温度不高且承受的载荷不大的区域,比如顶部和侧面。而底部以及高温区域,就需要能够抗高温和耐高压的复合材料了。
戴尔福公司在1981年生产出第一个采用复合材料小弯曲的板掸簧。小弯曲材料有很高的刚度,也就是说,在很大的压力下,它的应变却可以保持在很小的范围内,同时它的密度很小,只有钢材的50%~70%,因此,小弯曲材料的承载与自身质量之比是钢材的5倍。另外,实验数据显示,它比钢材要坚硬3.5倍。这些优点都是由材料性能直接带来的,除此之外,复合材料板掸簧要比钢板弹簧的结构简单得多,很容易装配,维修以及采取防腐措施。而且,由于它比钢板弹簧小得多的厚度,使它叫以更接近地面,从而节省了汽车的有效空间。必要时,更可以用来降低汽车的底盘,提高汽车的舒适性能。
高温下材料的性能,一直是材料选择的因素。测试结果显示,车下板弹簧处的温度最高可以达到130℃,小弯曲材料在这个温度下性能是稳定的。正是基于以上的诸多优点,小弯曲材料被广泛应用于制造汽车的板弹簧,从轿车到轻型货车,甚至重型商业运输车都采用了这种板掸簧。
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