CN101175651B - 具有钢板弹簧和选择性夹紧组件的车辆悬架 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有低弹簧刚度的车辆钢板弹簧悬架。悬架具有固定至车桥的轴座。钢板弹簧在其弹簧座区域夹紧至轴座的夹紧组件安装面处的轴座，并且具有能够夹紧的特定公开的轴座，使得弹簧座区域相对于车桥中心线不对称。此外，活动夹紧组件的布置可以用于利用钢板弹簧的全部实际长度。

Description

具有钢板弹簧和选择性夹紧组件的车辆悬架
技术领域
本发明涉及车辆悬架和其中的零部件。更特别的是，本发明涉及钢板弹簧悬架。
背景技术
钢板弹簧普遍的是作为车辆悬架内的活动部件。应用了钢板弹簧的悬架的例子显示并说明于美国专利No.5938221(Wilson)，所公开的内容结合于此，并作为参考。
其中与钢板弹簧悬架设计相关联的一个缺点应归于以下的事实：为了将垂直弹簧刚度降低至希望的水平，钢板弹簧有时必须将其长度增加至封装约束之外。尤其是在特定的车辆上，在给定的悬架中为了获得更低的弹簧刚度，可获得的容纳更长的钢板弹簧的空间是受到限制的。
另一个与钢板弹簧悬架的设计相关联的缺点是：轮轴行程传统上是由所允许的钢板弹簧极限偏转所限定的，而所允许的钢板弹簧极限偏转是由钢板弹簧的极限应力所限定的，并且依次基于钢板弹簧结构材料的特征。在有些情况下，不能使用具有所希望的弹簧刚度的钢板弹簧悬架，这是因为在轮轴的极限行程范围内，施加在钢板弹簧上的应力太大或者所允许的钢板弹簧极限偏转不能承受载荷。
另一个与钢板弹簧悬架相关联的缺点是：如果一个或多个空气弹簧不能关于车桥中心线平衡，那么在垂直载荷的过程中，所使用的空气弹簧会过度偏转和/或具有高梯度应力，并施加在钢板弹簧上，在加速或制动的过程中，还会增加弹簧的扭振。在前空气悬架使用单一的空气弹簧时，极限车辆载荷就会迫使应用大直径的空气弹簧，而大直径的空气弹簧难以封装在可获得的空间内。
另一个与钢板弹簧悬架相关联的缺点是：传统的将钢板弹簧安装在车桥上采用以下的方式：在钢板弹簧与轮轴之间形成机械的金属-金属的连接。这种传统的连接方法将钢板弹簧连接至车桥时，负面地使用了钢板弹簧的一部分(也就是其弹簧座部分)作为活动部件，使得钢板弹簧的有效长度比它的真实实际长度更短，进一步增加了钢板弹簧整体上的弹簧刚度。另外，这种金属-金属的连接会限制钢板弹簧的疲劳寿命。
另一个与钢板弹簧悬架相关联的缺点是：制造轮轴座时不能应用前装配的转向桥。传统上的车辆部件在需要更高的制造成本和材料成本。另外，传统的车辆部件更重，在作为商用车的情况下，就减少了有效载荷量。
因此，希望能够克服一个或多个上文中述及的缺点，或者克服其它的在此未作说明但是与现有的钢板弹簧悬架相关的缺点。
根据以下的说明，在此阐明的新颖主题的优选形式的优点会更为清楚。然而，应当认识到：当装置没有达到以下说明中获得的每个和其中的一个优点时，该装置对于本发明在此的权利要求而言仍然是适当的。随附的权利要求不是在此阐明的新颖主题的优点，而是限定了法律所保护的主题。从本发明的优选形式中得出的任何优点，对于本发明通常并非是必要的。
附图说明
在以下的详细说明中，需要经常地参照以下附图，其中相同的附图标记表示同样的部件，其中：
附图1是根据在此所阐明的原理和教导的车桥和车辆悬架部件的透视图；
附图2是描述于附图1中的车桥和车辆悬架部件的侧视图；
附图3是描述于附图1-2中的车桥和车辆悬架部件的后视图；
附图4是在附图1-3中描述的车桥和车辆悬架部件的前视图；
附图5是在附图1-4中描述的车桥和车辆悬架部件的透视图，显示了横向延伸至车桥的钢板弹簧；
附图6是在附图1-5中描述的车桥和特定的轴夹总成部件的透视图；
附图7是轴夹总成部件另一个实施例的透视图；
附图8是描述于附图7中的轴夹总成部件的透视图；
附图9是根据在此所阐明的原理和教导的车桥和车辆悬架部件的透视图；
附图10是在附图9中描述的车桥和车辆悬架部件的前视图；
附图11是在附图9-10中描述的车桥和车辆悬架部件的侧视图；
附图12是车桥和轴夹总成部件另一个实施例的透视图；
附图13是附图12沿13-13线的剖视图；
附图14是轴夹总成部件另一个实施例的透视图；
附图15是附图14中沿15-15线的剖视图；
附图16是轴夹总成部件另一个实施例的透视图；
附图17是附图16中沿17-17线的剖视图；
附图18是车桥和特定车辆悬架部件的透视图；
附图19是描述于附图18中的车桥和车辆悬架部件的前视图；
附图20是在附图18-19中描述的车桥和车辆悬架部件的侧视图；
附图21是轴夹总成部件另一个实施例的透视图；以及
附图22是附图21中沿22-22线的剖视图。
具体实施方式
附图1-4描述了车辆一侧具有的一些车辆部件。描述于附图1-4中的是车桥30和与其相关的车辆悬架。车桥30以前装配的车辆转向桥。所描述的车桥30的结构细节阐述于美国专利No.6609764(Dudding等)，其中公开的内容结合与此，并作为参考。应当认识到，车辆的相对一侧包括车桥30的相对侧和同样的悬架部件。
描述于附图1-4中的车辆悬架包括具有心轴34的转向节，该心轴34通过主销(未显示)以已知的方式安装在车桥30的末端。转向节32和心轴34优选的形式其中之一公开于美国专利No.6616156(Dudding等)，所公开的内容结合与此，并作为参考。车轮(未显示)以已知的方式安装在心轴34上。
转向杆36连接至转向节的转向臂32A，并横向延伸穿过车辆中心线，从车辆的一侧到达另一侧。转向杆36的相对端连接至定位于车辆相对侧转向节的转向臂。使用此种布置时，转向杆36可用于控制车辆转向。
车辆悬架还包括连接在轴座44与车架横梁(未显示)之间的减震器38。作为参考的车架横梁优选的是一延伸构件，并具有现有技术中公知的标准C形断面，如结合的美国专利No.5938221中所示。包括凸耳40a和40b的第一减震器安装组件40焊接或者以其它的方式安装在轴座44上。第二减震器安装组件42以螺栓或其它的方式安装在车架上。第二减震器安装组件42以安装架的方式进行描述，但是可以采取其它的形式。减震器38能够以所描述的方式连接在第一减震器安装组件40与第二减震器安装组件42之间。
车辆悬架还包括压装在轮轴30上的轴座44，此种安装方式使得轴座坐落在轮轴的顶上。轴座44优选的是具有装配总成的构造，但是本领域的熟练技术人员会认识到：轴座也能够铸造而成。在附图1-4中描述的轴座44更清楚地描述于附图5和6。因此，轴座的细节在此将参照附图5和6进行说明。
车辆悬架还包括钢板弹簧，钢板弹簧显示的是采用双片钢板弹簧46的形式，钢板弹簧纵向延伸延伸，并通过车架吊耳、吊环或类似的车辆悬架部件(未显示)连接到车架的分离位置，这在现有技术中是公知的，如描述于所结合的美国专利No.5938221中的那样。双片钢板弹簧46包括全长的钢板弹簧46a，并具有孔48和位于相对侧的孔50，用于将双片钢板弹簧连接至车架横梁的相对端上。双片钢板弹簧46还包括半长的钢板弹簧46b，并且具有位于一端上的卷耳52。半长的钢板弹簧46b的另一端和全长的钢板弹簧46a的中间部分通过倒U形螺栓54a、54b(还可参见附图5)夹紧在轴座44上。全长的钢板弹簧46a和半长的钢板弹簧46b还通过弹簧卡子47和以卷耳52延伸环绕钢板弹簧孔48外径的外侧的方式固定在一起。
钢板弹簧46大体上可以认为具有五个部分。钢板弹簧46的第一部分是前钢板卷耳48。钢板弹簧46的第二部分是前翼片，总体上从前钢板卷耳48延伸至悬架的夹紧组件部分前面的部分。钢板弹簧46的第三个部分是弹簧座部分，对应于钢板弹簧沿着悬架的夹紧组件部分延伸的部分。钢板弹簧46的第四部分是后翼片，总体上从悬架的夹紧组件部分后面的部分延伸至钢板弹簧的后钢板卷耳50的部分。钢板弹簧46的第五部分是后钢板卷耳50。钢板弹簧46的后翼片比钢板弹簧的前翼片更长也更薄。在具有此种结构的情况下，钢板弹簧46的后翼片比钢板弹簧的前翼片提供了较少的横滚刚性。钢板弹簧的后翼片增加了悬架的铰接性。
车辆悬架还包括安置并固定于轴夹顶板64上的前空气弹簧62，前空气弹簧62还固定于空气弹簧安装架66上。空气弹簧安装架66安装在纵向延伸的车架横梁上。
车辆悬架还包括安置并固定于轴座44(参见附图5)的后空气弹簧68，并且固定至空气弹簧安装架(未显示)，并依次安装在车架横梁上。
如附图1-4所描述，前空气弹簧62的直径小于后空气弹簧68的直径。前空气弹簧62定位于车轴中心线之前，以及后空气弹簧68定位于车轴中心线之后。
参照附图5-6，在那里描述了在附图1-4中已描述过的轴座44。然而，附图5-6描述了单片钢板弹簧70，其优选的结构是依据美国专利No.5938221中的教导。应当认识到：描述于附图1-4中的双片钢板弹簧46的全长钢板弹簧46a也优选具有此种结构。
如附图5-6所示，轴座44包括C形基座部分72，并延伸超过轴身的在前、后侧以及轴身的顶部侧。具有此种结构的情况下，轴座44的基座部分72具有开口端。轮轴的基座部分72压装在车桥30上。轴座44的基座部分72的前、后侧包括跑道形状的切口74，该切口74允许轴座44焊接至车桥30(参见附图4)。尤其是焊线形成于轴身前、后侧上的跑道形状的切口74的周边上。通过机械压装，将轮轴的基座部分72连接在车桥30上，从而承受垂直和纵向负载，而在制动、加速和横向负载的情况下，由沿着跑道74周边的焊缝承担。
轴座44还包括内侧和外侧的侧壁76、78，侧壁76、78从C形的基座部分72延伸。定位在侧壁前部的侧壁76、78之上的是夹紧组件安装面80。夹紧组件安装面80定位于车桥30的前面，并且包括孔82，孔82具有能够容纳倒U形螺栓支腿的尺寸。倒U形螺栓支腿优选的是具有螺纹头，并且通过适当的锁紧螺母或类似的紧固部件固定于轴座44的下面。
轴座44还包括空气弹簧安装法兰84，并且从内侧、外侧的轴座侧壁76、78开始横向延伸。空气弹簧安装法兰84具有孔86，孔86延伸穿过它们，使得后空气弹簧能够固定至轴座上。空气弹簧安装法兰84具有空间上的间隙，以便提供钢板弹簧70能够延伸穿过的区域。
基于上述原因，钢板弹簧70如上文所述纵向延伸，使得弹簧座区域延伸超过夹紧组件安装面80。轴夹顶板64定位于钢板弹簧70的弹簧座区域的上部，并且倒U形螺栓54a、54b用于在轴夹顶板64与轴座的夹紧组件安装面80之间将钢板弹簧夹紧至轴座44。夹紧组件安装面80定位于车桥之前，使得钢板弹簧的弹簧座区域(即：钢板弹簧夹紧至夹紧组件安装面的那部分)非对称地关于车桥定位。在钢板弹簧70与轴座44之间就获得了金属-金属机械连接。轴夹顶板64包括用于容纳倒U形螺栓54a、54b的凹槽部分。轴夹顶板64还包括允许前空气弹簧在那里进行固定的孔87。
附图7-8描述了轴座144，轴座144具有类似于在附图1-6中描述的轴座44的结构。然而，轴座144通过以螺栓形式示出的紧固件88固定在车桥30的轴身上，螺栓贯穿于轴座144的C形基座部分内的孔。使用此种紧固件代替已描述过的焊接的更多细节，将参照本申请附图中的其它附图在下文中进行说明。
附图9-11描述了装配轴座244。装配轴座244包括C形轴座部分272，并延伸超过轴身在前、后侧的大部分，位于轴身顶部侧之上，在箱形的轴身上具有开口端。轴座部分272压装于车辆轴身上。轴座244的基座部分的前、后侧包括跑道形状的切口274，允许轴座244焊接至车桥30。尤其是，焊接线位于轴身的前、后侧上且形成于跑道形状的切口274的周边。
轴座244还包括从C形基座部分272延伸的内侧、外侧的侧壁276、278。定位于侧壁276、278之上的是夹紧组件安装面280。夹紧组件安装面280直接定位于车桥30之上，在附图11中显示得最为清楚，以及包括尺寸能够容纳紧固件的孔。
如上文所述，钢板弹簧270纵向延伸，使得其弹簧座区域延伸超过夹紧组件安装面280。轴夹顶板264定位于钢板弹簧270的弹簧座区域之上，螺栓254用于在顶板264与轴座244之间关于车桥中心线对称地夹紧钢板弹簧270，这在附图11中显示得最清楚。在钢板弹簧270与轴座244之间就获得了金属-金属的机械连接。
车辆悬架包括布置并固定至轴夹顶板264的空气弹簧265。空气弹簧265还以已知的方式固定至车架横梁(未显示)。车辆悬架还包括钢板弹簧端部连接件267，其优选的构造是根据美国专利No.6485040(Dudding)中的发明所公开的教导和原理，所公开的内容也结合与此，并作为参考。如图所示，钢板弹簧270不具有后钢板弹簧卷耳。因此，钢板弹簧270的第五部分总体上而言不是后钢板弹簧卷耳，而是后连接件部分。
附图12-13描述了装配轴座344，具有与描述于附图9-11中的装配轴座244相类似的结构。然而，装配轴座344通过以螺栓形式显示的紧固件388固定车桥30的轴身上，螺栓贯穿形成于轴座的基座部分内的孔。在具有此种轴座和其它的在此公开的使用紧固件的轴座的情况下，紧固件可以采用各种形状，诸如铆钉和Huckbolt
Figure 2006800168947_0
，Huckbolt
Figure 2006800168947_1
是两件式紧固件，具有销和挡圈结构。另外，如附图13所示，以管或者槽形式显示的加强部件389安装于轴身的内壁，以提供更坚固的刚性结构。在具有此种轴座和其它的在此公开的使用紧固件的轴座的情况下，加强部件可以通过例如机械方式安装在轴身上(诸如，在轴身内壁上形成铸造凹槽，从而容纳管or或者槽加强部件，并通过紧配合进行固定)。加强部件还可以通过粘结或者焊接(如图所示)的方式进行安装。应当认识到，类似的加强部件还还可以用于在此公开的另一种轴座，并使用紧固件将其安装至轮轴上。
类似于附图1-6，附图14和15描述了压装或焊接至车桥30的轴身上的轴座44。然而，在附图14和15中，钢板弹簧70的弹簧座部分(也就是钢板弹簧70位于悬架的夹紧组件部分的那一部分)由高硬度橡胶材料92或者其它适当的弹性体所环绕。顶板94通过延伸穿过孔82的紧固件固定至夹紧组件安装面80上(参见附图6)。顶板94的尺寸和构造将橡胶材料92压至围绕钢板弹簧70的弹簧座部分，使得此种压缩力来自于包含钢板弹簧纵向的和横向的挤压。在使用此种夹紧技术的情况下，不存在硬的机械(金属-金属)连接。
类似于附图7和8，附图16和17描述了压装并固定至车桥的轴身上的轴座144，其中紧固件优选的是延伸穿过固定至轴身内壁的加强部件。附图16和17描述了上文述及的夹紧技术，也就是钢板弹簧的弹簧座部分通过高强度橡胶材料92进行包裹，以及顶板94固定至轴座的夹紧组件安装面。顶板94挤压橡胶材料92，如附图14和15中所描述的那样。
类似于附图9-11，附图18-20描述了压装并焊接车桥30的轴身上的轴座244。附图18-20描述了使出显示于附图14-17以及上文所述的夹紧技术。相似的，附图21和22描述了压装并固定至车桥30的轴身上的轴座344，如附图12和13所示。然而，附图21和22描述了使出显示于附图14-20以及上文所述的并参照附图14-17的夹紧技术。
如上文所述，描述于附图1-6、14-15中的轴座44和描述于附图7-8、16-17中的轴座144具有它们定位于车桥之前的夹紧组件安装面，使得夹紧组件不是对称地定位于车桥的中心线。通过将夹紧组件移动至轮轴的前面，在悬架中能够获得用于钢板弹簧的更长的后翼片长度。这样就得到更柔软、柔顺性更好的后翼片。相反的，也获得了用于钢板弹簧的更短的前翼片长度，得到了适合于控制滚转刚性的更硬的前翼片，如2000年5月17日提交的待审的美国系列号为No.09/572736(Dudding)的专利申请中描述的那样，其公开的内容结合与此，并作为参考。夹紧组件移动至车桥的前面对于那些仅有有限的用于安装悬架的空间的车辆悬架而言，尤其具有优点。例如，此种封装的限制对于商业卡车车辆是常见的。
由于杠杆臂或者移动比，夹紧组件定位于车桥前面还允许在心轴/车桥中心线处具有更大的行程，杠杆臂或者移动比基于前钢板弹簧孔和夹紧组件部分之间距离(第一杠杆臂)与前钢板弹簧孔和车桥中心线(第二杠杆臂)之间距离的比。尤其是，车桥的最大容许偏转典型地是由钢板弹簧材料的最大应力特征所限定的，并依次限定了钢板弹簧的极限偏转。对于在轴夹组件处的给定的偏转，具有轴夹组件定位于前面的轮轴而言，心轴由于移动比而可以偏转更大的距离。因此，在给定的轮轴行程时的钢板弹簧应力就减少了，并且极限轮轴行程的增加超过了现有普通悬架的限制，而普通悬架夹紧组件的设计是关于车桥中心线对称地布置的。
前空气弹簧62和后空气弹簧68分别定位于车桥30的前后，提供了悬架的附加载荷承载能力，并且关于车桥中心线平衡分配负荷。因此，空气弹簧有助于阻止在加速和制动的过程中发生钢板弹簧扭振。空气弹簧的设置提供了利用移动比的优点而承受悬架载荷。空气弹簧的尺寸适合于封装的范围之内，并且仍然具有允许车辆转向臂移动的空间。当车辆满载或者过载时，空气弹簧车辆的装载高度达到不会在钢板弹簧上产生更大压力的水平。
钢板弹簧和空气弹簧的结合承受悬架载荷，并且允许悬架铰接和提供主要的滚转刚性。
参照附图14-22，在这些附图中的每一幅都示出了夹紧技术，其中钢板弹簧基座区域部分在压缩情况下受到橡胶的挤压。因为钢板弹簧至轮轴的连接使用了此种未使用刚性机械的金属-金属连接的夹紧技术，所以钢板弹簧的全部长度(包括在其中的基座区域部分)都可以用来承受车辆重量。这就增加了钢板弹簧的实际的(可利用的)长度，能够减少其弹簧刚度和改善车辆的平顺性。另外，钢板弹簧的疲劳寿命也得到了改善。
尽管参照特定的说明性各方面对于本发明进行了说明，但是应当认识到：此描述不应解释为限定意义。相反，在不脱离本发明真实的精神和范围的情况下，如以下的权利要求所限定的范围，对于说明性的实施例的多种变化和修改均可以完成。此外，应当认识到：任何的此种变化和修改对于本领域的熟练技术人员而言，应当被认为是以下权利要求中的一个或多个部件的等同替换，并且在法律许可的最大范围内得到覆盖。

Claims (7)

1.一种用于横跨车辆延伸的车桥的悬架，包括：
沿着车辆一侧纵向延伸的钢板弹簧，其在所述钢板弹簧的中部具有弹簧座部分；
安装在所述车桥上的轴座；
所述轴座的夹紧组件安装面在纵向的定位偏离于所述车桥并且完全在所述车桥的一侧上；以及
用于将所述钢板弹簧的所述弹簧座部分夹紧至所述轴座的所述夹紧组件安装面的紧固件，使得所述夹紧的弹簧座部分不是绕所述车桥的中心线定位。
2.如权利要求1所述的悬架，其中所述轴座的所述夹紧组件安装面完全定位于所述车桥的前面。
3.如权利要求1所述的悬架，其中所述轴座通过压配合安装在所述车桥上，并且所述轴座焊接至所述车桥上。
4.如权利要求1所述的悬架，其中：所述轴座是通过将所述轴座压配合至所述车桥而安装在所述车桥上，并且另一个紧固件延伸穿过所述轴座和所述车桥。
5.如权利要求1所述的悬架，其中：所述轴座包含装配总成。
6.如权利要求1所述的悬架，其中：所述轴座包含铸造部件。
7.如权利要求1所述的悬架，其中：所述钢板弹簧的所述弹簧座部分通过弹性体进行封闭。
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