CN100364794C - 特别用于半刚性轴的横梁和臂的改进的固定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半刚性轴，它提出通过磁成形将这种轴的臂(2)装配在其横梁(1)上，使得能够仅通过一个步骤即可调整它们的相对位置，并使它们固定在这些位置。

Description

特别用于半刚性轴的横梁和臂的改进的固定
技术领域
[01]本发明涉及一种轴、特别是旅行汽车的半刚性轴上的横梁和臂的固定。
背景技术
[02]这种轴包括两个纵向臂，每个臂一方面同车轮连接，另一方面同车身连接。每个臂都固定在一个沿汽车宽度方向延伸的横梁的端部，所述横梁在弯曲上较硬且在扭转上较软。通常，在采用尽可能高的精确度调整臂和横梁的各自位置之后，采用螺栓连接或焊接进行这种固定(当臂是不易焊接的材料时，通常借助一个插入件进行固定)。
[03]这种轴通常以轻便、经济和装配迅速而著称。
[04]但是，上述已知的固定方法使得重量增加，且制造方法复杂化，即使在固定之后，仍必须遵守耐久条件及保持臂和横梁的相对位置。
发明内容
[05]本发明旨在改善上述问题。
[06]为此，本发明提出一种轴的制造方法，所述轴尤其是配有一个横梁和装配在横梁端部的臂的半刚性轴。这种方法包括以下步骤：
[07](a)准备横梁和至少一个臂的各自的毛坯，
[08](b)调整毛坯的相对位置，
[09](c)使毛坯刚性地固定在一起。
[10]根据本发明的第一重要特征，在步骤(a)准备毛坯时，至少毛坯的一部分采用至少一种金属材料。
[11]根据本发明的第二重要特征，步骤(c)包括一种磁成形固定，这就可以在步骤(c)之后继续作业，无需校正横梁和臂的相对位置，同时精确地保持步骤(b)所确定的位置。
[12]在优选实施例中，臂的毛坯和横梁的毛坯通过一个凸销插入一个对应插孔中而彼此固定在一起，随后是通过磁成形的凸销或插孔的一个变形。
[13]凸销和/或插孔可以具有回转形状或非回转形状(无旋转对称性)。
[14]在步骤(c)，横梁毛坯的端部最好进行径向变形。
[15]根据第一实施例，臂的毛坯包括一个插孔，在步骤(b)，横梁毛坯的端部插入到插孔中，在步骤(c)，横梁毛坯端部的外表面与插孔的内表面进行干涉接触。根据该第一实施例，凸销由横梁的端部构成。
[16]横梁毛坯的端部最好是中空的，在步骤(c)，将一个电磁元件插入到横梁中，电磁元件可以产生磁场，以通过磁成形使横梁毛坯的端部在其插孔中基本“鼓起”(或径向膨胀)。
[17]在第二实施例中，在步骤(c)，插孔是管状的，在插孔外部配置至少一个电磁元件，可以产生一个基本围绕插孔的磁场，以便通过磁成形基本限制所述插孔。
[18]根据该第二实施例，臂的毛坯具有一个形成凸销的凸销，在步骤(b)，凸销至少局部地插入到一个横梁毛坯一端的管状对应插孔中，在步骤(c)，凸销的外表面和其插孔的内表面彼此进行干涉接触。
[19]所谓“干涉接触”，是指各自表面互相渗透的接触，从而形成焊合。
[20]有利的是，臂和横梁的毛坯在步骤(a)予以准备，以便构件中至少一个构件、凸销和/或插孔具有非回转形状。
[21]最好，唯有属于臂的毛坯一部分的构件具有非回转形状，例如多边形、椭圆形、多叶瓣形、槽状圆环形、切口形或锯齿形。
[22]有利的是，在步骤(b)，凸销及其插孔之间留有一个间隙，以便能在步骤(c)之前调整臂和横梁各自毛坯的相对位置。
[23]最好，留有的间隙在凸销和插孔的半径上约为0.5毫米。
[24]磁成形变形材料的选择使得对于相应的变形速度具备足够的延展性能。
[25]有利的是，在步骤(a)准备毛坯，使插孔或凸销具有选择的壁厚，以在步骤(c)充分变形，并经得起使用中的轴所施加的力。
[26]上文中，术语“毛坯”(臂或横梁的)指的是用于通过磁成形进行变形的坯料。下文中，为简明起见，不作区分。
[27]根据本发明的另一特征，臂和横梁(以及尤其是其接触区域)用不同材料制成。
[28]特别有利的是，横梁和臂的材料中的至少一种材料是不易焊接或不能焊接的材料。
[29]有利的是，步骤(b)包括对轴的结构参数的最后调整，例如安装在轴上的车轮的夹角和/或外倾角的确定。
附图说明
[30]参照附图及非限制性实施例，本发明的其它特征和优点将得到更好的理解。
[31]附图如下：
[32]图1示出一个通常的半刚性轴；
[33]图2是布置成根据本发明第一实施例彼此进行固定的一个臂和一个半刚性横梁毛坯的细部图；
[34]图3A和3B分别是根据本发明第一实施例进行磁成形操作时、位于插孔4中的横梁毛坯1的端部5的纵向剖面示意图和横向剖面示意图；
[35]图4是本发明第二实施例中横梁毛坯1的端部4的纵向剖面示意图；
[36]图5是本发明第二实施例中一个臂2和一个横梁毛坯1的分解图；
[37]图6A和6B示出复合材料的横梁的固定操作的示意图；横梁分别具有内导环和外导环；
[38]图7示出图3B所示实施例的一个变型，根据该实施方式，构件之一(所示实施例中为插孔4)呈无回转对称的形状。
[39]附图主要包括具有确定特征的元素，它们不仅用于更好地理解本发明，而且有助于限定本发明。
具体实施方式
[40]首先参照图1，图1示出一个半刚性(也称为“可变形”)的轴，这种半刚性轴用在汽车后部，包括一个横梁1，装配在两个基本对称的臂2和3上。在每个臂2、3的端部，一端布置有一块板6，主要用于接纳一个轮轴，另一端布置有一个凹口7，主要用于接纳一个连接车身的弹性铰接件。如图1所示，横梁10具有非圆形和非恒定的截面，以便具有足够的弯曲刚性和扭转柔性，经得起运行中的作用力。
[41]下面描述一个臂在横梁一端的装配，这种方法也适用于将两个臂2和3装配在横梁10的两端上。
[42]但是，这种装配一般在设计和生产中很复杂，特别是当所使用的材料在他们之间(横梁和臂)不能焊接时。通常，横梁可能是钢的，而臂是铸铁或铝的。
[43]尤其对于周期性的应力，焊接通常形成轴的一个脆弱区域。
[44]要将臂焊接在用一种不同材料制成的横梁上，一种已知的解决方案是使用一个“插入件”。臂本身铸在一个用与横梁相同材料(尤其是钢)制成的插入件上，而横梁焊接在该插入件上。
[45]这种方法的缺陷是需要多个辅助步骤来确保可靠的固定。此外，焊接通常产生变形和热应力，其结果是，相对于确定的公差来说，可能会出现要安装在同臂相连的轮轴上的一个车轮的车轮外倾角或夹角的偏差。
[46]另一种已知的解决方案是用螺栓将臂固定在横梁上。一块一般钻有螺栓通孔的钢板同横梁的端部相垂直地加以焊接，焊接后还要同横梁的轴线相垂直地进行加工处理。同时，要在臂上加工螺纹和一个支承面。最后，用螺栓将臂和横梁组装起来。
[47]显而易见，这种解决方案使半刚性轴的重量大为增加，使结构复杂化。
[48]一般地说，将半刚性轴的臂固定到横梁上的已知方案难以实施，尤其是难以保持所需的耐久条件，而且还增加了生产成本。
[49]实际上，车轴必须同时符合限定车轴道路性能的静态条件和动态条件(车轴耐久性/疲劳试验)。
[50]例如，在安装在汽车车身上的整轴上进行一些称为“ESTR”的试验，由假车轮施加作用力，以根据每辆车的规格模拟各种道路性能。
[51]本申请人在本发明中采用了磁成形的固定方法，这种方法有一定难度。但是，当这些难度克服时，就具有无可置疑的优越性。
[52]首先，克服了由于臂的形状导致的与臂的体积有关的困难。要提供足够强大的磁成形装置，但是尺寸要足够小，以便在有限的环境下使用。同时，要获得当配有这种半刚性轴的车辆行驶时，既具有可进行磁成形变形的机械柔性，又具有抗日常应力的构件(完全呈中空管状)。
[53]下面针对不同的实施例提出多个克服这种困难的解决方案。
[54]如图2所示，臂/横梁毛坯装配件包括一个凸销5，其外表面与所述凸销5的一个插孔4的内表面一致。
[55]在图2所示的第一实施例中，横梁毛坯1在其一端由一个限制的管状部分加以延伸。在该第一实施例中，端部5构成一个基本呈中空圆柱形的凸销，如图3A和3B所示。在其一侧，臂2具有一个开口4，形成横梁毛坯1的端部5的插孔。
[56]图3A和3B示出横梁毛坯与臂的固定，一个电磁元件AM(用几圈表示)插入到横梁毛坯1的端部5的中空部分中，以形成一个磁场，从而产生一个力场F，可以使横梁毛坯的端部5变形，使中空端部5的壁(选择厚度为W)与臂2上的插孔4进行干涉接触。如图3A和3B所示，中空端部5的壁和插孔4的壁之间留有间隙J(最好约为0.5毫米)，这样可以在最后固定之前精确地使横梁毛坯相对于臂进行定位。
[57]如图3A和3B以及图4所示，间隙J为插孔的内半径与凸销的外半径之差。
[58]显然，横梁端部5的壁的厚度W取决于间隙J、端部5的材料的物理特性和冶金特性、行驶中端部所要求的抗应力强度、电磁元件AM的电特性。
[59]有利的是，所选厚度W较小(基本等于或小于5毫米，最好小于或基本等于3毫米)，以便更易变形、磁成形变形所需能量少以及可使用普通导电材料，例如钢。厚度太小则不能抵抗行驶中的静态应力或周期性应力。
[60]横梁毛坯的端部可以呈回转或非回转圆柱形。臂上的插孔可以布置成接纳该加工或未加工的横梁毛坯端部，横梁毛坯端部的表面及其插孔的表面之间留有间隙J。
[61]插孔可以呈回转或非回转的圆柱形。在图7所示的一个实施变型中，插孔4呈圆柱形，纵向开有两个槽9。另一方面，横梁毛坯的端部5呈回转圆柱形。在磁成形作业期间，由于变形而膨胀的端部5较好地压在插孔的槽9中，从而回转地锁紧形成的装配件。也可以在插孔4上配置环形槽(未示出)，移动地锁紧装配件。也可以设置成其它非回转的形状，例如多边形、椭圆形、多叶瓣形、槽状圆环形或锯齿形。
[62]本发明方法的步骤(c)采用金属件高能变形技术(磁成形)。强磁场的脉冲施加在第一管状构件上，可以在构件表面上产生傅科环电流iF，与磁场相互作用可以猛烈推开第一管状构件(前述第一实施例中的横梁毛坯端部5)的材料(钢、铝、铸铁等)，直至使其与一个第二构件(臂上的插孔4)的形状相贴合，由此实施冷焊接类型的牢固连接。
[63]因此，由几个螺圈表示的电磁元件AM借助一个为此配置的电源(一般为一个电容式电池)以非常剧烈的方式供电(符号+和-)。磁场B(见图3A)的变化产生磁成形的作用力，使横梁毛坯端部5膨胀，嵌入臂上插孔4内。变形以很高的速度进行且不回弹。这里，在磁成形固定步骤之后，横梁端部的表面及其插孔的表面在表面原子层相互渗透，人们称之为横梁和臂之间的“冷焊接”。
[64]所述插孔最好加工成确定一个精确接触面，从而使横梁相对于臂进行精确定位。另外，使横梁毛坯端部的表面具有很高的精确度是没有用的。实际上，在其它装配技术(焊接、螺栓连接等)中，这些靠近区域一般必须非常精确地加以限定。
[65]本发明方法中的磁成形固定尤其具备无需现有技术中的工序的优越性，这些工序是在组装臂之前使横梁毛坯端部精确成形。
[66]另外，在一个整轴上，这种方法可以弥补每个组件上累积起来的所有缺陷，从而免去已知方法中校正汽车底盘几何形状、以补偿所述公差的一个最后步骤。
[67]适于这种变形的磁成形装置在例如第68期的《金属变形》(1981年9-10月)中的J.P.Collaudin和G.Faller的文章中有所描述。这篇文章的内容可作为本说明书的组成部分。
[68]在图4和5所示的第二实施例中，臂包括一个凸销5，接纳在横梁1的形成插孔的一个管状端部4中。磁场产生作用力，使横梁毛坯1的端部4紧贴在臂2的凸销5上。在该第二实施例中，电磁元件AM是一个围绕横梁毛坯端部4的外部的元件(这里以几圈表示绕组)。
[69]因此，本发明的方法采用一个磁成形步骤，使得用不能焊接的材料制成的构件彼此进行“热”标准固定，而不增加轴的重量。因此，采用这种方法比其它常用方法更为简单。
[70]另外一个可能的应用对复合材料制成的横梁5特别有利，横梁毛坯5的端部的内表面或外表面上具有一个铜或铝(良导体材料)制成的环8，如图6A和6B所示。
[71]显然，本发明不限于所述的实施例，而是延伸到其它的变型。
[72]因此，具有一个内绕组或一个外绕组的装置是作为例子进行描述的。可以使用其它的装置(例如同时采用内外两个绕组)，只要能在生产过程中符合轴的外形尺寸条件，并能确保材料变形所需的磁力。
[73]本发明的方法特别适用于将臂(尤其是铸铁制成的臂)固定到管状横梁上。
[74]当变形件用导电性能非常好的金属制成时，则该应用更加有利。

Claims (21)

1.轴的制造方法，所述轴是配有横梁及装配在横梁端部的臂的半刚性轴，这种方法包括以下步骤：
(a)准备横梁(1)和至少一个臂(2)的各自的毛坯，
(b)调整所述毛坯的相对位置，
(c)将所述毛坯刚性地固定在一起，
其特征在于，在步骤(a)准备毛坯时，至少毛坯的一部分采用至少一种金属材料，步骤(c)包括一种磁成形固定，这样可以在步骤(c)之后继续作业，无需校正横梁和臂的相对位置，同时精确地保持在步骤(b)确定的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，臂(2)的毛坯和横梁(1)的毛坯通过一个凸销(5)插入到一个对应插孔(4)中而在横梁毛坯的一端彼此固定，随后是通过磁成形进行的凸销或其插孔的一个径向变形。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(c)，横梁毛坯(1)的端部径向变形。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，臂的毛坯包括一个插孔(4)，在步骤(b)，形成凸销的横梁毛坯的一个端部插入到所述插孔中，在步骤(c)，横梁毛坯端部的外表面与插孔的内表面彼此进行干涉接触。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，横梁毛坯的端部是中空的，在步骤(c)，将一个电磁元件(AM)插入到横梁中，所述电磁元件可以产生一个磁场(B)，以通过磁成形使横梁毛坯的端部在其插孔(4)中膨胀。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，臂的毛坯具有一个凸销(5)，在步骤(b)，所述凸销至少局部地插入在横梁(1)毛坯一端的一个对应插孔(4)中，在步骤(c)，凸销的外表面与其插孔的内表面彼此进行干涉接触。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(c)，在插孔外部配置至少一个电磁元件(AM1，AM2)，电磁元件可以产生围绕插孔(4)的一个磁场(B)，以便通过磁成形限制所述插孔。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，凸销和插孔中的至少一个构件具有无回转对称的形状。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，唯有属于臂的毛坯的一部分的构件具有无回转对称的形状。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(b)，凸销及其插孔之间留有一个间隙(J)，以便能在步骤(c)之前调整臂(2)和横梁(1)各自毛坯的相对位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，间隙(J)在凸销的半径和插孔的半径之间约为0.5毫米。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(a)准备毛坯，使插孔或凸销具有这样的壁厚(W)：所述壁厚(W)被选择成在步骤(c)中能充分变形，并经得起使用中的轴所施加的力。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述壁厚(W)等于或小于5毫米。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，臂(2，3)和横梁(1)用不同的材料制成。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，臂(2，3)用一种不能焊接或不易焊接的材料制成。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，横梁用一种导电性能差的或不导电的材料制成，横梁端部的一部分包括一个用导电性能非常好的材料制成的环。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，臂的毛坯包括一个插孔(4)，在步骤(b)，形成凸销的横梁毛坯的一个端部插入到所述插孔中，在步骤(c)，横梁毛坯端部的外表面与插孔的内表面彼此进行干涉接触；所述环位于横梁端部的内部。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，臂的毛坯具有一个凸销(5)，在步骤(b)，所述凸销至少局部地插入在横梁(1)毛坯一端的一个对应插孔(4)中，在步骤(c)，凸销的外表面与其插孔的内表面彼此进行干涉接触；所述环位于横梁端部的外部。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，横梁用一种复合材料制成。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括对轴的构形参数的最后调整。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述构形参数定义为用于安装在轴上的车轮的夹角和/或外倾角。
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