CN101263016B - 包括具有开口横截面并且侧面具有非直线边缘的横梁的机动车用挠性轴、横梁及相应的机动车 - Google Patents

包括具有开口横截面并且侧面具有非直线边缘的横梁的机动车用挠性轴、横梁及相应的机动车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机动车用挠性轴，所述挠性轴包括由具有开口截面的横梁(10)连接的两纵向臂(20)，该横梁(10)的侧面(11)、(21)均具有在位于所述横梁(10)端部的对接区域(4)之间延伸的边缘(1)、(2)。本发明的特征在于，所述边缘(1)、(2)具有促使该边缘在所述横梁(10)扭转时张紧的非直线形状，所述张紧使得所述对接区域(4)的由所述扭转引起的应力能够被减小。

Description

包括具有开口横截面并且侧面具有非直线边缘的横梁的机动车用挠性轴、横梁及相应的机动车
技术领域
本发明的技术领域为机动车。更具体地，本发明涉及机动车用挠性轴。
背景技术
已知术语挠性轴是指通常设计成在两个车轮之间形成扭转元件的轴。
通常，挠性轴包括各支承有用于安装车轮的支架的两个纵向臂，并且所述纵向臂由已知为横梁或型材部的横向连接元件相连。
在设计轴的过程中，当评定轴的质量时要考虑两个要素。所述两个要素是弯曲和扭转。
挠性轴的原理意味着：良好的弯曲刚度会与相对的扭转挠度相关联。一般是通过横梁的横截面的几何形状，以弯曲的和扭转的转动惯量的形式，来实现在弯曲刚度与(相对)扭转挠度之间的所要求的折衷。
为生产由钢(或者任意其它的各向同性材料)制成的横梁所选择的横截面通常是V形、U形或L形，这是因为这些类型的几何形状显示出弯曲惯量和扭转惯量之间的有利的关系。
由于挠性轴所显示出的多种优点，近几年来已见到挠性轴技术日益扩展到汽车结构范围的中部和下部，这些优点包括在所述轴能够呈现的特征与结构之间的极好的折衷，以及所述轴能够主要通过使用全焊接结构来经济地制造的性质。
这些优点使得地面接触系统的设计者在其最近的方案中做出持续的技术改进。这是因为挠性轴确实受到某些限制，其中包括在纵向和横向刚度之间的精确折衷，以及由该轴的每个经受显著弹性变形的组成部件的耐久性所决定的持久性。
特别地从耐用性的观点出发，连接元件或横梁是最难改进的组件之一。除了横梁体的完整性外，通常被焊接的与臂对接的区域的应力特别高，研发工程师必须高度关注该区域，以避免该连接过早断裂。
已知在各种类型的横梁以及在轴的纵向臂之间的安装所述横梁的各种方式。
在由图1a、1b和1c所示的第一已知技术中，横梁10在横梁的整个长度上具有V形横截面。另外，横梁的侧面的高度在横梁端部处增加从而使横梁在臂20上的覆盖区增加。
在由图2a、2b和2c所示的第二技术中，横梁10在YZ平面中弯曲(因此一般称为“香蕉”梁横梁)。这种横梁具有在安装时开口面向后方的开口截面，所述横梁在端部具有臂20对接在其内的切割部。在这种技术中，这些臂一般是方形的，因为这种结构需要借助于特定的弯曲、挤压等操作，所以会导致不可忽略的附加成本。
在由图3a、3b和3c所示的第三技术中，横梁10在YZ平面中弯曲，另外具有渐变的横截面，该渐变的横截面从横梁中间区域以V形形状开始在横梁端部处以梯形形状结束。
在该实例中发现：横梁和纵向臂之间的焊接连接根据车辆的使用方式或早或晚地开始退化。
现在，通过对这些现象的分析发现：在横梁/臂界面处的焊缝以“剥离”模式工作，这种类型的加载对应于焊缝的一种已知的缺陷，所述缺陷特别地由于焊缝冷却时的金相结构的取向而产生。
现有技术还提出了另一种用于轴的技术，所述技术在图4a、4b、4c和4d中示出。
根据该技术，横梁1在安装后具有开口面向下方的开口截面，所述结构通常会升高轴的扭转中心并且使该轴具有更好的弹性运动性能。
如图4a、4b、4c和4d可见，横梁10定位成基本上与纵向臂20成直角，横梁10的端部设计成与臂20的形状相配合。
为实现这种(结构)，横梁在侧向上具有形状对应于臂的形状(一般是柱形)的两个对接部分11。这些对接部分11通常以使横梁覆盖臂20的顶部的方式伸出。
图4d清楚地示出：连接部分14连接横梁的两个对接部分，与每个所述对接部分形成角部111。
对于这种方案，经常发现在缝的端部处，更具体地在横梁10的角部111处，焊接部受到较大载荷。这会导致焊缝中出现裂纹，这些裂纹最终使焊缝分裂为两部分。在某些情况下，这些裂纹甚至扩展到所述轴的臂中。
应当清楚地认识到，这会导致对轴的显著破坏，并且这可能会影响配备有所述轴的车辆所提供的安全等级。
在任何情况下，都要求消除或者至少限制前述的恶化。
另外，当在对接区域上施加显著的载荷，特别是由于横梁的连续弯曲引起的载荷时，角部111通常会刺入纵向臂的壁部。换句话说，这些角部111在由车辆传递的振动和颠簸的作用下，会向臂内进行微小的移动，并最终(以中心冲击的方式)敲击臂的壁部。
这种反复的敲击最终导致臂的壁部的裂缝和/或焊缝的剥离。
为了补救这种情况，一种方案可以是增加纵向臂的壁部厚度以便增加所述壁部的强度。
然而，这会导致纵向臂的重量增加。
为限制这种敲击现象，申请人已提出一种在横梁的端部引入相对挠性的技术。所述技术通过例如在横梁的每个端部处形成切口来实现。然而，这种技术要求在对横梁进行冲压操作之前必须就行机加工或切割横梁的步骤，这为轴的制造进度计划增加了更多步骤并且通常会增加轴的成本。
发明内容
本发明的特定目的在于改善现有技术的不足。
本发明的更具体的目的在于提供一种相对于现有技术的解决方案，以用于更可靠且更耐用地形成挠性轴(车轴，车桥)的横梁与纵向臂之间的连接部。
在这方面，本发明的一个特定目的在于提供一种轴，该轴消除或者至少限制横梁引起臂断裂的危险以及横梁与臂对接的区域中的焊缝剥离的现象。
本发明的另一目的在于提供一种设计简单并且能够比现有技术的通常解决方案更容易和/或更快地组装的轴。
本发明的另外的目的在于提供一种廉价并且易于使用的轴。
这些目的与在下文中将变得显然的其它目的将通过本发明来实现，本发明的主题是用于机动车的挠性轴，所述轴包括两个纵向臂，所述纵向臂由具有开口截面的横梁连接，该横梁的侧面(侧翼)均具有在位于所述横梁的端部的对接区域之间延伸的边缘，其特征在于，所述边缘具有促使该边缘在所述横梁经受扭转时张紧的非直线形状，所述张紧用于减小由所述扭转引起的所述对接区域的应力。
这样，所述边缘比所述两个纵向臂隔开的距离长。
这种“余量(额外的，多余的)”长度将相对挠性引入所述边缘。换句话说，因为边缘长于所需要的长度，所以所述边缘当没有被施加应力时处于“松弛”状态，而当轴扭转时，该“余量”长度使得仅利用少量的力就能使边缘张紧。
因为边缘处的扭转强度低，促使应力在边缘处并从而在横梁的侧面耗散，这极大地限制了施加到横梁与纵向臂相对接的对接区域的应力。
因此，限制了参照现有技术所提及的那种破坏连接部的危险，从而增加了轴的耐用性(由此在理论上显著地延长了在对接接头处的连接部的持久性)。
另外，这种效果是在维持轴的弹性运动特征的同时获得的，这将在下文中变得更加清楚。
根据一种优选方案，从所述横梁的基本在中间的区域开始到所述对接区域，所述边缘彼此逐渐远离(分开)。
根据一种有利的方案，从所述中间的区域到所述对接区域，所述逐渐远离增加。
然而，根据另一可想到的实施例，完全可想到：因为间隔从横梁中间的区域开始减少，使所述横梁在从下面看时具有凸胀的外观。然而，为了维持横梁在对接区域处在臂上的足够的覆盖区，这种实施例容易增加横梁所占据的空间。
根据第一优选实施例，每个所述边缘均具有弯曲形状，从所述中间的部分起到所述对接区域，所述弯曲的曲率半径增加。
根据第二实施例，每个所述边缘均为圆弧形状。
优选地，将所述横梁以使所述开口截面面向下方的方式固定到所述臂上。
如上所述，这种结构能够升高轴的扭转中心，并且这可能是某些制造商的规范中需要的。
根据一种优选实施例，所述横梁在长度的至少一部分上具有连接所述侧面的基本水平的平坦部。
在这种情况下，所述横梁优选具有V形横截面，该V形横截面以使所述横梁在每个端部都具有基本上是梯形的横截面的方式渐变。
这样便维持了相对的扭转挠性，同时为了加大在横梁和轴臂之间的连接，允许横梁在对接区域处变宽。
需要指出，可以由平坦部来连接V形截面的分支，所述平坦部的长度明显小于端部处的梯形横截面的平坦部的长度。
根据一种有利的方案，所述平坦部在所述横梁的每个所述端部处伸出，从而呈现出用于固定到所述纵向臂的固定部分。
在这种情况下，优选在所述横梁的每个所述端部处焊接所述平坦部，以便提供固定到所述纵向臂的固定部分。
然后，得到了如下的可能性：以比现有技术所使用的焊接长度更长的焊接长度来将横梁固定到臂上，因此提高了轴的耐用性。
根据一种可想到的替换形式，该挠性轴包括连接在所述横梁的每个端部附近的所述侧面之间的至少一个刚度调节件。
在这种情况下，所述边缘优选在所述横梁的每个所述端部附近具有基本平直的部分，在所述边缘的所述基本平直的部分处，在所述侧面之间连接所述刚度调节件。
这样便得到了用于将调节元件固定到横梁上的可靠的固定区域(在该区域中所述侧面是平面或者几乎是平面)。
本发明还涉及一种用于机动车的挠性车轴横梁(车桥横梁)，以用于连接两个纵向臂，所述横梁具有开口截面，所述横梁的侧面均具有在所述横梁的端部的对接区域之间延伸的边缘，其特征在于，所述边缘具有促使该边缘在所述横梁扭转时张紧的非直线形状，所述张紧用于减小所述对接区域的由所述扭转引起的应力。
本发明还涉及一种配备有挠性轴的机动车，所述挠性轴包括由具有开口截面的横梁连接的两个纵向臂，所述横梁的侧面均具有在位于所述横梁的端部的对接区域之间延伸的边缘，其特征在于，所述边缘具有促使该边缘在所述横梁扭转时张紧的非直线形状，所述张紧用于减小所述对接区域的由所述扭转引起的应力。
附图说明
通过阅读下文中对本发明的优选实施例的说明以及参考附图，本发明的其它特征和优点将变得更加清楚，所述实施例仅作为示例性的非限制性示例给出，在附图中：
-图1a、1b和1c是根据现有技术的挠性轴的第一实施例的视图；
-图2a、2b和2c是根据现有技术的挠性轴的第二实施例的视图；
-图3a、3b和3c是根据现有技术的挠性轴的第三实施例的视图；
-图4a、4b和4c是根据现有技术的挠性轴的第四实施例的视图；
-图5是根据本发明的车轴横梁的仰视示意图；
-图6是根据本发明的车轴横梁的示意性透视图；
-图7a和7b分别是根据本发明的车轴横梁在横梁的中部和端部的截面图；
-图8是根据本发明的车轴横梁的另一透视图；
-图9是根据本发明的轴的局部视图，其示出连接在横梁和纵向臂之间的对接部分；
-图10是根据本发明的车轴的局部视图，示出在横梁和纵向臂之间连接的角撑板。
具体实施方式
如上所述，本发明的原理在于：横梁的侧面具有边缘形状，所述边缘形状能在横梁扭转时通过促使边缘变得张紧而消散所述边缘处的一部分扭转应力，这种消散的目的在于限制施加给横梁/臂接头的应力。
本发明的一个优选实施例在图5和8中示出，所述图示出根据本发明的车轴横梁。
如图可见，横梁10的侧面11、21的边缘1、2具有非矩形的形状，这意味着所述边缘的长度大于该横梁所连接的两个纵向臂的分隔距离。
根据本实施例，侧面11、21具有在图6和8中清楚可见的曲率(并且出于清晰的目的在图6中将该曲率故意夸大)，该曲率由在边缘1、2处的弯曲形状实现。
这种曲率意味着当张力作用在横梁上时具有能够利用的余量长度，使得当车辆经历横向坡度(该横向坡度趋于增加横梁与臂相对接处的两个对接区域之间的距离)时，这些边缘变得张紧，这趋于使得所述边缘呈现直的(或弯曲较少)的形状。
因此，避免了当车辆经历横向坡度时对横梁端部的任何“拉动”(所述拉动是当边缘的长度基本等于所述两个纵向臂的隔开距离时观察到的现象)，从而减少施加到横梁对接区域4的应力。
如图5所示，边缘1、2具有相对曲率，所述曲率使得两边缘之间在中间区域中的间隔a小于两边缘之间在对接区域4附近的间隔b。
更具体地说，在两边缘之间的间隔从横梁的中间部分到对接区域逐渐增加。
根据由图5所示的实施例，边缘1、2的弯曲部分的曲率半径从横梁中间部分到对接区域逐渐增加。
因此，在横梁的每个端部附近，侧面11、21具有基本是平面的部分110、210(在该部分中边缘基本上是直的)，上述平面部分110、210有利于在横梁的侧面之间固定横梁刚度调节件。
根据由图10示出的实施例，这种调节件由在纵向臂20和横梁10之间延伸的角撑板5构成。
这种角撑板一方面焊接到臂20上，另一方面经由两个分支51焊接到横梁10上，所述两个分支51之间留有空间以使定位在横梁内部的防侧倾杆6通过。
因此，所述两个分支51通过逐渐减少横梁的扭曲作用提供了在横梁和臂之间的过渡，在所述分支处(该分支具有相对于彼此的自由度)允许该作用，而在与臂相对接的一体的角撑板部分处阻止该作用。
另外，根据本实施例的角撑板在两个平面中延伸：对接表面52在其中延伸的基本上水平的第一平面，所述对接表面52的端部焊接到纵向臂上(该表面的横向侧另外焊接到横梁的侧面上)；以及分支51在其中延伸的第二平面，所述分支51从对接表面52向横梁10内部“向下倾斜”(分支51也焊接到横梁的侧面上)。
需要指出，根据另一可想到的实施例，特别地，当不存在如上所述的刚度调节元件时，横梁的边缘可以是圆弧形状。
参照图7a和7b，横梁另外还具有渐变的横截面，该横截面在横梁的中部(图7a)具有V形形状，所述V形形状向横梁的端部(图7b)渐变为梯形形状。
这意味着在横梁的顶部具有平坦部3，该平坦部3向横梁的端部变宽。
参照图9，平坦部3在横梁的每个端部伸出以形成突出部31。该突出部构成用于将横梁固定到纵向臂上的部分。
根据图9所示的实施例，横梁在每个端部都具有对接区域4，根据本发明，所述对接区域4由形成在侧面中以与臂的形状相配合的切割部形成。
对于以使横梁的截面向下开口的方式安装在臂上的横梁，将臂安装在切割部4内，然后在侧面的切割部4与相应的臂20之间的接合处形成焊接接缝。
另外，突出部31与臂20的上部相接触，在突出部31与臂20之间的接合处也形成焊接接缝。

Claims (12)

1.一种用于机动车的挠性轴，包括由具有开口截面的横梁(10)连接的两个纵向臂(20)，该横梁(10)的每个侧面(11、21)均具有在对接区域(4)之间延伸的边缘(1、2)，所述对接区域位于所述横梁(10)的两端，其特征在于，所述边缘(1、2)具有促使该边缘在所述横梁(10)扭转时张紧的非直线形状，所述张紧用于减少所述对接区域(4)的由所述扭转引起的应力，其中，所述横梁(10)至少在部分长度上具有连接所述侧面(11、21)的水平的平坦部(3)，所述横梁(10)在该横梁的中间的区域具有V形横截面，该V形横截面以使所述横梁在每端具有梯形的横截面的方式渐变。
2.如权利要求1所述的挠性轴，其特征在于，从所述横梁(10)的所述中间的区域开始到所述对接区域(4)，所述边缘(1、2)彼此逐渐远离。
3.如权利要求2所述的挠性轴，其特征在于，从所述中间的区域到所述对接区域(4)，所述逐渐远离增加。
4.如权利要求1到3中任一项所述的挠性轴，其特征在于，每个所述边缘(1、2)都具有弯曲形状，从所述中间的区域到所述对接区域(4)，所述弯曲形状的曲率半径增加。
5.如权利要求1到3中任一项所述的挠性轴，其特征在于，每个所述边缘(1、2)都为圆弧的形状。
6.如权利要求1到3中任一项所述的挠性轴，其特征在于，以使所述开口截面的开口向下的方式将所述横梁(10)固定到所述臂(20)上。
7.如权利要求1到3中任一项所述的挠性轴，其特征在于，所述平坦部(3)在所述横梁的每个所述端部处伸出，以形成用于固定到所述纵向臂(20)上的固定部分(31)。
8.如权利要求7所述的挠性轴，其特征在于，所述平坦部(3)在所述横梁(10)的每个所述端部处焊接到相应的纵向臂(20)上。
9.如权利要求7所述的挠性轴，其特征在于，所述挠性轴包括至少一个刚度调节件(5)，所述刚度调节件(5)在所述横梁(10)的每个端部附近连接在所述侧面(11、21)之间。
10.如权利要求9所述的挠性轴，其特征在于，所述边缘(1、2)在所述横梁的每个所述端部附近具有平直的部分(110、210)，在所述边缘的所述平直的部分(110、210)处，所述刚度调节件(5)连接在所述侧面(11、21)之间。
11.一种用于机动车的挠性车轴横梁，所述横梁用于连接两个纵向臂(20)，所述横梁具有开口截面，所述横梁的每个侧面(11、21)均具有在对接区域(4)之间延伸的边缘(1、2)，所述对接区域位于所述横梁(10)的两端，其特征在于，所述边缘(1、2)具有促使该边缘在所述横梁扭转时张紧的非直线形状，所述张紧用于减小所述对接区域(4)的由所述扭转引起的应力，其中，所述横梁(10)至少在部分长度上具有连接所述侧面(11、21)的水平的平坦部(3)，所述横梁(10)在该横梁的中间的区域具有V形横截面，该V形横截面以使所述横梁在每端具有梯形的横截面的方式渐变。
12.一种配备有挠性轴的机动车，所述挠性轴包括由具有开口截面的横梁(10)连接的两个纵向臂(20)，所述横梁(10)的每个侧面(11、21)均具有在对接区域(4)之间延伸的边缘，所述对接区域位于所述横梁(10)的两端，其特征在于，所述边缘(1、2)具有促使该边缘在所述横梁扭转时张紧的非直线形状，所述张紧用于减小所述对接区域(4)的由所述扭转引起的应力，其中，所述横梁(10)至少在部分长度上具有连接所述侧面(11、21)的水平的平坦部(3)，所述横梁(10)在该横梁的中间的区域具有V形横截面，该V形横截面以使所述横梁在每端具有梯形的横截面的方式渐变。
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