CN101072696A - 包括梯形横截面横梁的挠性轴、相应的横梁、车辆以及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车的挠性轴，包括连接两个纵向臂(2)的横梁(1)，其特征在于，所述横梁(1)具有闭合的横截面，其中所述横梁至少在中部区域具有显著的梯形横截面(11)。

Description

包括梯形横截面横梁的挠性轴、相应的横梁、车辆以及制造方法
本发明属于机动车领域，更确切地说，本发明涉及用于机动车的挠性轴。
我们了解，所谓的挠性轴一般是指用于在两车轮之间形成的扭转元件的轴。
传统上，挠性轴包括两个纵向臂，每一纵向臂支撑着车轮配件，并由横向连接元件进行连接，该横向连接元件称作横梁轴、静轴或者侧轴。
在对于轴进行的设计时候，其中的两个参数被认为是对于轴的品质很重要的，挠性和扭转性能。
挠性轴的原则要求高的挠曲刚与相对柔和的扭转特性之间的调和。总体而言，通过横梁的横截面几何形状，即通过其挠曲和扭转惯性，能够在挠曲刚度与柔和的(相对的)扭转特性之间获得一种期望的平衡。
制造钢轴(或其它无方向性的材料)所选用的横截面一般都是“V”，“U”，或者“L”形，因为这些几何类型提供了挠曲和扭转惯性之间良好的关系。
近年来，挠性轴的技术广泛地应用到小型和中型汽车构造领域中，由于其具有的多项优点，其中包括极好的负荷/结构特性，以及主要使用机械焊接进行装配所带来的实施上的经济性。
这些优点引导悬架设计师朝着越来越精细的方向推进该技术。挠性轴实际上倾向于受到多种特定的微妙因素的限制，其中包括：纵向和横向刚性，以及由部件的耐久性所决定的耐用性，上述部件可以产生大幅度的弹性变形。
不断提出的舒适性和汽车方向稳定性的要求，指导在设计挠性横梁轴时需要解决：在两个牵引杆臂之间引入扭转刚度元件，一般称作“车体角位移横向平衡杆”或“车身横振阻尼杆”，以保持悬架系拥有大的垂直挠性，以限制车辆在横轴附近的振动，确保过滤那些从底盘传来的道路崎岖状况。
但持续的扩大该技术的应用范围，将挠性轴的技术应用到大型的车辆上(大型轿车，小型箱式货车，客车乃至多用途车辆)，而不降低驾驶的质量，使得部件在悬架系的生命周期里始终在其运行的极限内进行连续工作，不论是静态阻尼、事故冲击力，还是金属疲劳状况。
因此，所述连接元件或者横梁是一种非常难以设计的部件，特别是从持久和使用的观点上来考虑。
目前，挠性横梁轴使用两种不同的技术制造连接纵向臂的横梁。
其中一种技术，横梁是从弯曲型材(或者压制钢)以这样的方法制造的：获得具有U形，V形或者L形的横截面。这些横梁一般必须与车体角位移横向平衡杆相联系，为所述轴提供抗扭刚度。
第二种技术包括在横梁自身上集成车体角位移横向平衡刚度功能。
在这种情况下，横梁由管子制成，一般具有圆形截面，所述管子至少在其中心部分，施加变形工序，其中管壁的一部分朝着管壁的另外一部分被挤压，以提供期望的扭转和弯曲刚度，(例如，标志806(注册商标)，如附图1所示，欧宝Zafira(注册商标)，如附图2所示)。
车体角位移横向平衡刚度在功能需要上的差异通过修改横梁的横截面来保证。
本发明将第二种技术应用到轴横梁生产中，当前被命名为“闭合成型轴”或“闭合截面轴”。
作为一般的方式，可以应用到所有的挠性轴上，该挠性轴使用由管子制成的横梁，在其中部区域具有U形或者V形截面的凹陷处。
横梁的管子仅在一个横向部分被挤压以减少转距，为了便于将其焊接到悬架臂上，在端部保持其圆形截面。
另外，这些轴的横梁具有至少一成型的环箍筋基体，连接到两个端部。
由于其几何形状，闭合截面横梁的传统设计具有这样的结论：中间部分的扭距的中心不能离管子的初始轴线太远。仅有横梁围绕其轴线的转动允许扭距位置中心的角度改变。
但车辆生产商的某些关于轴的性能的要求，与轴的扭转中心和由在其端部的圆形截面的中心组成的轴线之间的较小的偏移量相矛盾。
实际上，由侧倾引起的移动程度是这样的，以至其要求中心部分的显著垂直改变。
此外，在某些情况下，由于结构的限制，这种矛盾会更加突出，这些限制在某些情况下会导致要重新考虑所述横梁相对于排气管所占用的空间。
本发明的主要目的是克服现有技术的缺点。
更确切地说，本发明的目的是提供一种挠性轴，其具有闭合剖面的横梁，相对于现有技术的解决方案其可以相当大程度地增加所述轴的抗扭刚度。
本发明的目的是提供一种轴，其适合于新的结构，特别是相对于排气管的位置。
本发明的目的还提供一种这种轴的横梁的制造方法。
这些目标以及其它的将在下文中出现的目标，能够根据本发明得以完成，本发明的目标是车辆的挠性轴，包括连接两个纵向臂的横梁，其特征在于，所述横梁具有闭合的截面，其中所述横梁至少在中部区域呈现出显著的梯形形状的截面。
这样，我们相对于管子变形前的轴线显著地偏移了轴的扭转中心。
因此，相应的轴的性能够显著地改善。
根据一个优选实施例，所述横梁具有弯曲部分，所述横梁优选在其每个端部具有圆形截面。
根据一个优选实施例，所述横梁的中心部分的惯性中心远离经过所述横梁的端部的惯性中心的直线。
这样，获得了横梁的弯曲结构，横梁的中部区域的梯形横截面的效用加到横梁上，这样有助于增加扭转中心的偏移量，从而增加所述轴的刚度。
另外，所述横梁的端部可以这样被定位在排气管下面，根据这样的结构，通过在车辆的左侧从上面穿过所述横梁的端部，排气管的路径经过横梁的上面。
本发明还涉及一种横梁，连接两个纵向臂到机动车的挠性轴上，其特征在于，其具有闭合截面，其中所述横梁至少在一中部区域，具有显著的梯形形状的截面。
本发明还涉及一种装备有挠性轴的机动车，包括连接两个纵向臂的横梁，其特征在于，所述横梁具有闭合的截面，其中所述横梁至少在中部区域具有显著的梯形形状的截面。
本发明同样还涉及一种横梁的制造方法，所述横梁交连机动车挠性轴的两个纵向臂，其特征在于，其包括一个制造步骤，包括以这样的方式变形具有闭合截面的横梁：所述横梁至少在一中部区域呈现出显著的梯形形状的截面。
优选地，所述制造方法包括变形阶段，其中部区域和其两个端部之间加工出弯曲部分。
根据一个有利的实施例，所述变形阶段分两个步骤进行，其中一个步骤包括在所述中部区域和临近至少其一个端部的圆形截面区域之间的至少一过渡区域执行预变形，另外一个步骤包括在所述中部区域继续变形以形成其最终形状。
优选地，所述变形阶段是通过冲压来进行的。
优选地，所述制造方法包括一个步骤，包括以这样的方式弯曲所述横梁：所述横梁的中心部分的惯性中心远离经过所述横梁的端部的惯性中心的直线。
阅读了下面的描述以及实施本发明的优选实施方式，本发明的其它特征和优点将会更加清楚，这里给出了说明性的和非限制性的实施例以及附图，其中：
-附图1和2是根据现有技术的包括闭合截面横梁的轴的视图。
-附图3是根据本发明的挠性轴的透视图。
-附图4是根据本发明的挠性轴的横梁的透视图。
-附图5是根据本发明如附图3所示的轴的局部视图。
-附图6根据本发明的轴的横梁的横断面的视图。
如前所述，本发明的原理实际上是借助于横梁制造一种挠性轴，所述横梁的闭合截面至少在横梁的中部区域具有显著的梯形截面。
所述中部区域，指的是在横梁长度上或多或少延伸的一部分，并且定位于横梁的两个端点之间的中心。
这些在附图3中进行了说明，示出了这样的包括横梁的挠性轴，如前所述，连接着两个纵向臂2。
应该注意到，所述挠性轴经由纵向臂2上的铰接衬套环21连接到车体上，后者每个出现在它们的末端衬套21上，轴头22用于承载转向部分。
如附图5所示，根据本实施例，每个轴头22由下列部件整固而成：
-弹簧座221
-用于固定Panhard棒(注册商标)的环222
-作为弹簧座的推力块223。
每个轴头22都具有固定装置223，以将减震器连接到挠性轴上。
我们还注意到每个臂2包括由螺钉固定到轴头22上的前向部分(轴瓦21)。
参考附图4，根据本发明的轴横梁具有梯形截面11(在附图4中以黑线示出)的中心部分。
另外，横梁的截面以这样的方式形成：从其中心部分的梯形到其端部12的圆形逐渐变化。
此外，横梁1具有弯曲的形状。也就是说，横梁呈现出纵向形变，以这样的方式产生：处在横梁的中间范围的惯性中心相对于连接圆形端部12的中心的直线发生偏移。
这样，在这样描述的横梁上，中心部分的转距的中心，和所有连接的变形部分，向上偏移到最大值，以获得尽可能高的转距的等效中心。
横梁的转距的等效中心指的是横梁所有截面的转距的中心位置。
横梁，如附图4中所示，由金属制成，在控制所述工序的时候，在保存尽可能大的曲率半径的情况下，使横梁产生变型以获得中心截面的最大偏移量。
附图6用横截面示出了相对于端部12的挠性轴正中面(Y＝0)的梯形截面11的位置。
在本图中示出了下列要素：
-I0，表示挠性轴中部截面的转矩的中心；
-G0，表示挠性轴中部截面的惯性中心；
-G1，表示端部12的惯性中心；
我们注意到，也清除了显示了，点I0，G0和G1在一条直线上。
另外，金属在方向z产生变型产生了距离H(在G0和G1之间)和d(在I0和G1之间)，其由这样的方式来确定：在方向z上优选I0的位置，也就是，最大化距离d。
以上述的方式制造的挠性轴，执行的步骤包括：
-切割预定长度的圆形截面管子；
-借助于压力机，通过固定管子的两个端部，在基本垂直于于管状部分的轴线上施加压力，弯曲所述管状的长度，获得弯曲的管子；
-以这样的方式变形所述弯曲部分，在其中心部分呈现处弓形部分，截面是显著的梯形。
还要指出，变形阶段以下面两个步骤进行：
-其中一个步骤包括在最终中部区域和圆形截面(即，在变形阶段末尾未变形的区域)之间准备一段过渡区段，与横梁的端部紧挨着。
-另外一个步骤包括挤压预变形的横梁以在横梁的中心截面获得期望的梯形形状。

Claims (11)

1.一种用于机动车的挠性轴，包括连接两个纵向臂(2)的横梁(1)，其特征在于：所述横梁具有闭合的截面，其中所述横梁至少在中部区域具有显著的梯形形状(11)的截面。
2.根据权利要求1所述的挠性轴，其特征在于：所述横梁(1)具有弯曲部分。
3.根据权利要求1和2所述的挠性轴，其特征在于：所述横梁(1)在其每一端部具有圆形截面。
4.根据权利要求2和3之一所述的挠性轴，其特征在于：所述横梁的中心部分的惯性中心(G0)远离经过所述横梁(1)的端部(12)的惯性中心(G1)的直线。
5.一种将两个纵向臂连接到机动车的挠性轴上的横梁轴，，其特征在于，其包含闭合截面，所述横梁至少在中部区域具有显著的梯形形状(11)的截面。
6.一种装备有挠性轴的机动车，包括连接两个纵向臂(2)的横梁(1)，其特征在于，所述横梁具有闭合的截面，其中所述横梁至少在中部区域具有显著的梯形形状(11)的截面。
7.一种横梁(1)的制造方法，所述横梁连接两个纵向臂(2)到机动车的挠性轴上，其特征在于，其包括以下步骤，以这样的方式变形具有闭合截面的横梁：所述横梁至少在中部区域具有显著的梯形形状(11)的截面。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，其包括变形阶段，所述横梁以这样的方式加工，在其中部区域和其两个端部之间形成弯曲部分。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述变形阶段分两个步骤进行，其中一个步骤包括在所述中部区域和至少其一个端部圆形截面区域之间的至少一过渡区域执行预变形，另外一个步骤包括在所述中部区域继续变形以形成其最终形状。
10.根据权利要求8和9任一所述的制造方法，其特征在于，所述变形阶段是通过冲压来进行的。
11.根据权利要求8到10任一所述的制造方法，其特征在于，其包括一个步骤，包括以这样的方式弯曲所述横梁：所述横梁的中心部分的惯性中心远离经过所述横梁的端部的惯性中心的直线。
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