CN101668650B - 用于扭转梁的应力减小内部套筒及相关的方法 - Google Patents

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Abstract

一种扭转梁车轴组件，包括扭转管和管状套筒。扭转管具有非圆形截面的变形部分，该变形部分与具有基本圆形截面的未变形部分相邻地定位。管状套筒定位在扭转梁内并且连接到扭转梁，以与相邻的变形部分和未变形部分叠合。套筒的外表面接合扭转管的内表面。

Description

用于扭转梁的应力减小内部套筒及相关的方法
技术领域
本公开总的涉及车辆车轴。更具体地说，本公开涉及具有用来改善扭转梁内的应力梯度的加强套筒的扭转梁车轴组件。
背景技术
扭转梁车轴组件一般用于通过可旋转的车轮传递车辆负载。扭转梁车轴一般将两个悬架部件相互连接，例如不仅以可旋转的方式支撑车轮而且还用来将车辆的一个车轮与相对的车轮隔开的后臂。悬架部件可以包括车身支座、车轮心轴、扭杆、减震器以及弹簧。扭转梁车轴可以包括后臂、弹簧座、减震器支座以及心轴法兰等等，以将各种悬架部件相互连接。
扭转梁车轴组件不仅仅用来通过可旋转车轮将车辆负载传递到地面，而且还提供了理想的行驶和操控性能以及适当的车轮牵引和外倾角。以前已知的扭转梁车轴一般包括U形或V形梁，这些梁定位成在弯曲时相对刚性但是在扭转时相对柔性。这些扭转梁车轴一般在梁的每端包括很多支架，以将梁连接到后臂或者其它悬架部件。另外，典型的扭转梁提供大约350牛-米/度的抗扭刚度。虽然具有这样的抗扭刚度的梁能够起作用，但是理想的是提供大约800-900牛-米/度的增大的抗扭刚度。由于在扭转梁和后臂的相互连接处产生的局部应力，提供具有相对较高抗扭刚度的扭转梁车轴可能带来挑战。因此，提供具有加强套筒以减小梁和后臂的相互连接处附近的局部应力的幅度的扭转梁车轴组件是有利的。
发明内容
本公开涉及一种包括扭转管和管状套筒的扭转梁车轴组件。该扭转梁车轴组件包括：扭转管，该扭转管具有非圆形截面的变形部分、基本圆形截面的未变形部分、以及位于变形部分和未变形部分之间的过渡区域；和管状套筒，该管状套筒在过渡区域处定位在扭转管内并且连接到该扭转管，以便与相邻的所述变形部分和未变形部分叠合，所述套筒的外表面接合扭转管的内表面，其中所述管状套筒与所述扭转管的变形部分和过渡区域一起成形，以使所述管状套管具有与所述过渡区域一致的截面，所述变形部分的非圆形截面为封闭的大致U形，该U形具有截面为基本半圆形的第一段、连接到第一段的相对端的成形为凸出部的第二段和第三段、以及将第二段和第三段相互连接的成形为凹部的第四段。
还提供了一种一种制造扭转梁车轴组件的方法，该方法包括：将管状套筒插入到扭转管中；利用具有冲模表面的压头使套筒和扭转管的一部分变形，以使所述扭转管具有非圆形截面的变形部分、基本圆形截面的未变形部分、以及位于变形部分和未变形部分之间的过渡区域，并使所述套筒的外表面沿着过渡区域接合扭转管的内表面，其中，所述冲模表面具有大致U形的截面，使得所述变形部分的非圆形截面为封闭的大致U形，该U形具有截面为基本半圆形的第一段、连接到第一段的相对端的成形为凸出部的第二段和第三段、以及将第二段和第三段相互连接的成形为凹部的第四段；以及将套筒紧固到扭转管。
进一步的应用领域将从这里提供的描述中变得明显。应当理解该描述和特定的示例仅仅用于说明的目的，并不意在限制本公开的范围。
附图说明
这里描述的附图仅仅用于说明的目的，并不意在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开的教导的扭转梁车轴组件的透视图；
图2是图1中示出的扭转梁车轴组件的局部透视图；
图3是穿过扭转梁车轴组件的变形部分截取的截面图；
图4A是扭转梁车轴组件的部件在变形之前的透视图；
图4B是示出了变形过程的局部透视图；
图5是示出了加强构件和梁之间的焊接连接的局部透视图；
图6是穿过激光焊接截取的截面图；
图7是示出了另一个扭转梁车轴组件的一部分的局部透视图；
图8是用于与扭转梁车轴组件一起使用的另一个加强构件的透视图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的并且不用于限制本公开、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或者相应的部分和特征。
图1和2绘出了扭转梁车轴组件10，该扭转梁车轴组件具有第一后臂12、第二后臂14和将后臂12、14相互连接的扭转管或者梁16。后臂12、14可以由铸铁材料构造。梁16可以由高强度钢例如22MnB5构造。梁16也可以由包括铁素体、贝氏体或者马氏体的高强度钢构造。
后臂12基本是后臂14的镜像。因此，将仅对后臂12进行详细描述。后臂12包括圆筒形中央轴套20、端部轴套22、第一法兰24和第二法兰26。中央轴套20和端部轴套22通过第一肋28、与第一肋28隔开并且基本平行的第二肋30、以及第三肋32相互连接。第三肋32将第一肋28和第二肋30相互连接。孔34延伸穿过第三肋32，以减小后臂12的重量。中央轴套20终止在基本上为平面的面35处。
在后臂12的相对端，第一法兰24和第二法兰26基本相互垂直地延伸。支架36支撑第一法兰24和第二法兰26。更具体地说，支架36包括在第一法兰24和第二法兰26之间延伸的第一和第二侧壁38、40。中间板42将第一侧壁38和第二侧壁40相互连接。
轨道部分44将第一侧壁38和中央轴套20相互连接。由于后臂12相对复杂的几何形状，利用铸造工艺经济地形成该悬架部件是有利的。虽然在图中没有明确示出，应当理解后臂12构造成在端部轴套22、第一法兰24以及第二法兰26处连接到其它的车辆部件(未示出)。
梁16由长管形成，该长管具有在中央轴套20处固定到后臂12的第一端50。梁16包括固定到后臂14的相对端52。梁16在端部50、52具有基本为圆形的截面形状。变形部分54在端部50、52之间延伸。图3是穿过变形部分54截取的截面图。梁16由具有基本恒定厚度的壁56构造。在变形部分54内，壁56遵循回旋的路径，其中壁56的第一段58的截面具有基本半圆形的形状。第二段60和第三段62均成形为连接到第一段58的相对端的凸出部。第四段64成形为将第二段60和第三段62相互连接的凹部。变形部分54的总体截面形状的特点可以为“U形”或可能是“V形”。该截面形状提供了相对较高的弯曲强度，同时在扭转时相对柔性。
图4描绘了过渡区域70，在该过渡区域，变形部分54过渡到基本为圆筒形的未变形端部50。端部50包括与过渡区域70隔开的端面72。端部50固定到相对刚性的后臂12。在过渡区域70内，相对较硬的变形部分54过渡到在弯曲时柔性得多的圆筒形。因此，在过渡区域70中可能产生应力集中。为了在整个梁60中分配应力，将加强套筒74定位在梁16内并且在过渡区域70处连接到梁16。
现在将描述制造扭转梁车轴组件10的方法。梁16初始形成为沿着整个长度具有基本圆形截面的管。加强套筒74也形成为沿着整个长度具有基本圆筒形截面的管。在当前描述的实施方式中，套筒74具有敞开的第一端76和敞开的第二端78。可以构造成使扭转梁车轴组件10包括定位在后臂14附近的第二加强套筒(未示出)。由于第二加强套筒以基本类似于加强套筒74的方式形成和定位，因此将仅对一个加强套筒和梁的相互连接进行详细描述。
加强套筒74包括外圆筒表面80，该表面限定比由梁16的内表面82限定的内径略小的外径。加强套筒74的第二端78包括定位在梁16内的端面84，端面84基本平行于端面72并与端面72沿轴向偏离。工具85保持加强套筒74相对于梁16的轴向位置。在加强套筒74的轴向运动被限制的同时，迫使压头86沿轴向与梁16的外表面88接触。压头86包括成形为限定变形部分54的冲模表面90。在压头86的平移过程中，梁16变形为具有上面关于图3描述的截面形状。
压头86不仅限定过渡区域70的形状，还使加强套筒74的一部分92变形。在产生变形部分54的过程中，迫使梁16的内表面82与加强套筒74的外表面80接触。压头86继续延伸预定距离以限定形成在第四段64的凹部的最大深度。随后，将压头86从与梁16的接合中撤回。这时，加强套筒74包括位于第二端78的具有基本圆筒形截面的未变形部分100和定位在第一端76的变形部分92。
在压头86被撤回之后，限制加强套筒74的轴向运动的工具85也可以撤回。在该过程中，变形的梁16和加强套筒74此时相互连接。然而，可以设想另外的紧固过程。在一个预期的操作顺序中，梁16和加强套筒74作为子组件被转移到紧固站。可替代地，加强套筒74可以在执行变形处理的相同地点紧固到梁16。
加强套筒74可以通过包括铆接、粘接、螺纹连接以及焊接在内的多种处理固定到梁16。如果利用粘接，则粘合剂在变形步骤之前设置在外表面80和内表面82之间的界面。其它类型的固定将最可能在变形步骤完成之后执行。
图5描绘了加强套筒74利用多个激光焊接固定到梁16。第一激光焊接106基本沿着过渡区域70中的外表面纵向延伸。第二和第三激光焊接108、110沿着外表面88周向延伸。焊接106、108和110设置在加强套筒74的外表面80接合梁16的内表面82的应力相对较低位置。图6描绘了梁16和加强套筒74之间的激光焊接连接的截面。如图所示，激光焊接穿过梁16和加强套筒74。
图7描绘了另一种扭转梁车轴组件200的一部分。扭转梁车轴组件200基本类似于扭转梁车轴组件10。因此，相同的部件将保留前面引入的附图标记。扭转梁车轴组件200包括连接到梁16的加强杯202。加强杯202基本类似于加强套筒74，不同之处在于加强杯202包括基本为平面的壁204，该壁封闭加强杯202的第一端206。与加强套筒74类似，在变形之后，加强杯202包括变形部分208和未变形部分210。未变形部分210包括基本为圆形的截面。在变形之后，加强杯202可以利用上面关于连接加强套筒74与梁16所描述的任何技术固定到梁16。
图8描绘了另一个加强构件230。加强构件230可以具有或者不具有端壁。因此，加强构件230可以两端打开，或者在一端封闭而在相对端打开。加强构件230包括内表面232。加强构件230比加强套筒74或者加强杯202更深地延伸到梁16的变形部分54中。基于加强构件230增大的长度，变形部分234可以包括图8中所示的截面形状。特别地，迫使内表面232的第一部分236与内表面232的第二部分238接合。与变形部分234相对的端部240延伸到梁16的端部50中，使得加强构件230的端部240具有基本为圆形的截面。
已经描述了多种梁和加强构件的结合。应当理解，除了那些明确描述的之外，加强构件和梁装置的其它变换也被认为在本公开的范围内。另外，虽然描述了将相对的后臂相互连接的后轴扭转梁，本公开还可以涉及多种其它车辆部件，包括前轴、扭杆和其它悬架部件。类似地，连接到扭转梁的端部的部件可以由任何数量的工艺形成，包括钣金成型、锻造、铸造，并且可以包括诸如铝、钢及其合金的材料。

Claims (20)

1.一种扭转梁车轴组件，包括：
扭转管，该扭转管具有：非圆形截面的变形部分；基本圆形截面的未变形部分；以及位于变形部分和未变形部分之间的过渡区域；和
管状套筒，该管状套筒在过渡区域处定位在扭转管内并且连接到该扭转管，以便与相邻的所述变形部分和未变形部分叠合，所述套筒的外表面接合扭转管的内表面，
其特征在于，所述管状套筒与所述扭转管的变形部分和过渡区域一起成形，以使所述管状套管具有与所述过渡区域一致的截面，所述变形部分的非圆形截面为封闭的大致U形，该U形具有截面为基本半圆形的第一段、连接到第一段的相对端的成形为凸出部的第二段和第三段、以及将第二段和第三段相互连接的成形为凹部的第四段。
2.如权利要求1所述的扭转梁车轴组件，其中，所述套筒包括封闭端，以限定出具有开口端的杯。
3.如权利要求2所述的扭转梁车轴组件，其中，所述杯的开口端定位成面对所述未变形部分的开口端。
4.如权利要求3所述的扭转梁车轴组件，其中，所述封闭端的一部分变形为具有与所述扭转管的变形部分的内表面一致的形状。
5.如权利要求1所述的扭转梁车轴组件，其中，所述管状套筒的一端变形为使得所述套筒的内表面的第一部分与所述套筒的内表面的另一部分接触。
6.如权利要求5所述的扭转梁车轴组件，其中，与套筒的所述一端相对的端部具有圆形截面。
7.如权利要求1所述的扭转梁车轴组件，其中，所述套筒通过激光焊接、铆接、螺纹紧固以及粘接中的一种连接到所述扭转管。
8.一种制造扭转梁车轴组件的方法，包括：
将管状套筒插入到扭转管中；
利用具有冲模表面的压头使套筒和扭转管的一部分变形，以使所述扭转管具有非圆形截面的变形部分、基本圆形截面的未变形部分、以及位于变形部分和未变形部分之间的过渡区域，并使所述套筒的外表面沿着过渡区域接合扭转管的内表面，其中，所述冲模表面具有大致U形的截面，使得所述变形部分的非圆形截面为封闭的大致U形，该U形具有截面为基本半圆形的第一段、连接到第一段的相对端的成形为凸出部的第二段和第三段、以及将第二段和第三段相互连接的成形为凹部的第四段；以及
将套筒紧固到扭转管。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述紧固包括通过激光焊接、铆接、粘接以及螺纹连接中的至少一种将所述套筒紧固到所述扭转管。
10.如权利要求8所述的方法，还包括将所述套筒形成为包括封闭端，从而限定出具有底部的杯。
11.如权利要求10所述的方法，还包括将所述杯的开口端定位成接近所述扭转管的远端。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述变形包括使所述杯的底部的形状变形。
13.如权利要求8所述的方法，还包括将所述套筒设置在心轴上并且在变形过程中利用所述心轴固定所述套筒相对于所述扭转管的位置。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在变形完成后将所述心轴从所述套筒和扭转管移除。
15.如权利要求8所述的方法，其中，所述变形包括迫使所述套筒的内表面的一部分与该套筒的内表面的另一部分接触。
16.如权利要求8所述的方法，其中，所述套筒和扭转管在变形前具有圆形的截面形状。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在变形后所述套筒的一部分和扭转管的一部分保持圆形截面形状。
18.如权利要求8所述的方法，还包括在变形前使所述套筒的端部向内偏离所述扭转管的端部。
19.如权利要求8所述的方法，还包括将第一后臂和第二后臂中的一个固定到所述扭转管的各端。
20.如权利要求19所述的方法，还包括在固定之前将第一后臂的一部分插入到所述扭转管内。
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