CN104822848A - 用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件 - Google Patents

用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其包括焊接部分，该焊接部分布置在轴/悬挂系统的轴和制动器系统部件上和二者之间。焊接部分将制动器系统部件固定在轴/悬挂系统的轴上，以便形成托架-轴连接件。连接件包括被敲击的部分，该被敲击的部分通过利用机械方式加工连接件的表面来形成。连接件的被敲击的部分有残余压缩应力，该残余压缩应力增加了制动器托架-轴连接件的耐久性以及轴本身的耐久性。

Description

用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件
相关申请的交叉引用
本申请要求美国临时专利申请No.61/730125的优先权，该美国临时专利申请No.61/730125的申请日为2012年11月27日。
技术领域
本发明通常涉及用于有轮车辆的制动器系统。更特别是，本发明涉及与车辆的轴连接的制动器部件安装托架。更具体地说，本发明涉及一种用于卡车和牵引车-挂车的重载车辆制动器系统部件轴安装件，其中，用于制动器系统部件的安装托架通过敲击(peened)连接件而与轴牢固和高效地连接。敲击连接件给予安装托架-轴连接件的关键高应力区域合适的压缩应力，从而增加托架-轴连接件的耐久性以及轴的耐久性。托架-轴连接件提高的耐久性和轴提高的耐久性提供了在需要时使用较薄和因此较轻的轴的可能性，这又能够使得轴/悬挂系统可能节省成本和重量。
背景技术
多年来，在重载卡车和牵引车-挂车行业中非常流行使用空气承载(air-ride)的后臂和前臂刚性梁类型轴/悬挂系统。空气承载的后臂和前臂弹簧梁类型轴/悬挂系统也通常用于该行业中。为了方便和清楚，本文章将介绍梁，应当知道，这种介绍是示例，本发明可用于使用刚性类型梁或弹簧类型梁的重载车辆空气承载的轴/悬挂系统，也可用于重载车辆机械轴/悬挂系统，例如非空气承载的片簧系统。尽管这种轴/悬挂系统能够找到广泛变化的结构形式，但是通常它们的结构的类似之处在于各系统通常包括一对悬挂组件。在一些重载车辆中，悬挂组件直接与车辆的主框架连接。在其它重载车辆中，车辆的主框架支承子框架，且悬挂组件直接与子框架连接。对于支承子框架的这些重载车辆，子框架能够是不可运动或可运动，子框架通常称为滑动器箱、滑动器子框架、滑动器底架或辅助滑动器框架。为了方便和清楚，这里将介绍主部件，应当知道，这种介绍是示例，本发明可用于由主部件来悬挂的重载车辆轴/悬挂系统，该主部件为：主框架、可运动子框架和不可运动子框架。
具体地说，轴/悬挂系统的各悬挂组件包括纵向延伸的细长梁。各梁通常布置在一对间隔开的纵向延伸主部件和一个或多个横向部件(它们形成车辆的框架)中的相应一个的附近和下面。更具体地说，各梁在其一端处与吊架可枢转地连接，该吊架再附接和悬挂在车辆的相应一个主部件上。轴/悬挂系统的梁能够是向上吊挂/顶部安装件结构或者向下吊挂/底部安装件结构。为了方便和清楚，下文中，具有向上吊挂/顶部安装件结构的梁将称为向上吊挂梁，应当知道这种介绍是示例，本发明可用于向上吊挂/顶部安装件结构和向下吊挂/底部安装件结构。轴在一对悬挂组件的梁之间横向延伸，并通常通过一些装置而在选定位置与该对悬挂组件的梁连接，该选定位置为从各梁的大约中点至该梁的、与它的枢转连接端相对的端部。各梁的相对端也与囊式空气弹簧或它的等效物连接，该囊式空气弹簧或它的等效物再与相应一个主部件连接。高度控制阀安装在框架上，并与梁操作连接，以便保持车辆的装载高度。梁可以相对于车辆的前部从枢转连接处向后或向前延伸，因此分别确定了通常称为后臂或前臂轴/悬挂系统的部件。不过，为了本文的说明目的，应当知道，术语“后臂”将包含相对于车辆的前端向后或向前延伸的梁。一个或多个减震器和制动器组件也安装在该轴/悬挂系统上。
普通的重载车辆制动器系统通常包括用于各悬挂组件和它的相连车轮的制动器组件。制动器组件部件通常包括制动器腔室、活塞、松弛调节器和S形凸轮组件。S形凸轮组件包括凸轮轴和S形凸轮，该S形凸轮用于使得闸瓦对着车轮的制动鼓运动，以便减速车辆。凸轮轴通常在它的各端处支承。更特别是，凸轮轴的外侧端由制动器支架(spider)来支承，该制动器支架再安装在轴上。凸轮轴的内侧端由凸轮轴托架来支承。制动器支架和凸轮轴托架各自支承轴承，以便使得凸轮轴能够在车辆的操作过程中旋转。在特定用途中，凸轮轴托架直接焊接在轴上，这对于凸轮轴的内侧端和它的轴承提供了稳定性，再对于整个制动器组件提供了稳定性。制动器腔室也通过制动器腔室托架而安装在轴上，在某些应用中，该制动器腔室托架也直接焊接在轴上。
更具体地说，制动器腔室托架和凸轮轴托架直接焊接在轴上可能潜在地产生在轴中的明显应力梯级(stress riser)和局部机械特性变化，如本领域中公知。轴中的这些应力梯级和局部机械特性变化再可能潜在地降低轴和托架-轴连接件的耐久性/寿命预期。这样降低耐久性/寿命预期能够通过提供较厚壁的轴来抵消，但是这增加了轴的重量和成本。
本发明的制动器系统部件轴安装件通过在各托架和轴之间提供被敲击的连接件而克服了与利用现有技术制动器腔室托架和凸轮轴托架的轴/悬挂系统相关联的前述潜在问题，该被敲击的连接件给予安装托架-轴连接件的关键高应力区域合适的压缩应力，从而增加了托架-轴连接件的耐久性以及轴的耐久性。所产生的托架-轴连接件和轴的提高耐久性提供了将在需要时使用较薄和因此较轻的轴的可能性，这又能够使得轴/悬挂系统可能节省成本和重量。
发明内容
本发明的目的包括提供用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件，它给予安装托架-轴连接件的关键高应力区域合适的压缩应力。
本发明的还一目的是提供一种用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件，它增加了托架-轴连接件的耐久性。
本发明的还一目的是提供一种用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件，它增加了轴的耐久性。
本发明的还一目的是提供一种用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件，它提供了利用较薄和因此较轻的轴的可能性。
本发明的另一目的是提供一种用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件，它使得轴/悬挂系统能够节省成本和重量。
这些目的和优点通过用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件来实现，该轴安装件包括：焊接部分，该焊接部分布置在轴/悬挂系统的轴和制动器系统部件上和二者之间，该焊接部分将制动器系统部件固定在轴上，以便形成托架-轴连接件，该连接件包括被敲击的部分。
附图说明
本发明的优选实施例将在下面的说明书中提出和在附图中表示，并特别和清楚地在附加权利要求中指出和提出，该优选实施例表示了申请人认为应用本发明原理的最佳模式。
图1是利用现有技术制动器腔室托架和凸轮轴托架的轴/悬挂系统的驱动器侧后视透视图，该现有技术制动器腔室托架和凸轮轴托架利用未处理的焊接部分直接焊接在轴上，且遮蔽的部分由虚线表示；
图2是路缘(curb)侧向上吊挂悬挂组件的正视透视图，表示了在轴上的、在利用未处理焊接部分的现有技术凸轮轴托架-轴连接件的附近和上面的应力集中；以及
图3是本发明的、用于制动器系统部件的轴安装件的放大正视透视图，表示凸轮轴托架与轴/悬挂系统的轴的被敲击的连接件。
在全部附图中，类似标号表示类似部件。
具体实施方式
为了更好地理解使用改进的、用于制动器系统部件的轴安装件的操作环境，用于重载车辆的现有技术后臂向上吊挂梁类型空气承载轴/悬挂系统总体表示为10，在图1中表示，并将在下面介绍。
因为轴/悬挂系统10包括一对悬挂组件14，该对悬挂组件14大致彼此镜像，因此为了清楚，下面将只介绍一个悬挂组件。
悬挂组件14通过后臂向上吊挂梁42而与吊架41可枢转地连接。更具体地说，后臂梁42包括前端20，该前端20有衬套组件46，该衬套组件46包括衬套、枢转螺栓和垫片，如本领域中公知，以方便梁的前端与吊架41可枢转地连接。梁42还包括后端26，该后端26通过一对U形螺栓39(只表示了一个)而刚性附接在横向延伸轴7上，该横向延伸轴7具有大约0.50英寸至大约1.0英寸的标准壁厚，该对U形螺栓39环绕轴布置，并通过螺母50而紧固在U形螺栓托架44上，该U形螺栓托架44再安装在梁42上。
悬挂组件14还包括空气弹簧43，该空气弹簧43安装在梁42的后端26和车辆的主部件(未示出)上以及在它们之间延伸。减震器6以本领域公知的方式安装在梁42和主部件(未示出)上以及在它们之间延伸。为了相对完整的目的，制动器组件28表示为安装在现有技术的悬挂组件14上。
更特别是，制动器组件28包括制动器腔室27、活塞29、松弛调节器45和S形凸轮组件37。S形凸轮组件37包括S形凸轮36，该S形凸轮36附接在横向延伸凸轮轴38的外侧端上。凸轮轴38在其各端处被支承。更特别是，凸轮轴38的外侧端由制动器支架和轴承(未示出)来支承。凸轮轴38的内侧端由凸轮轴托架47来支承，该凸轮轴托架47有安装于其上的轴承37A。凸轮轴38因此可旋转地安装在制动器支架轴承和凸轮轴托架轴承37A中，用于使得闸瓦(未示出)对着相应车轮(未示出)的制动鼓运动，以便在操作过程中使车辆减速。凸轮轴托架47通过未处理的焊接部分49而直接附接在轴7上，并向S形凸轮组件37的内侧端提供稳定性，这再向制动器组件28提供稳定性。制动器腔室27通过制动器腔室托架51而安装在轴7上，该制动器腔室托架51类似地通过未处理的焊接部分53而直接焊接在轴上。
制动器腔室托架51和凸轮轴托架47利用未处理的焊接部分而直接焊接在轴7上可能潜在地在轴中产生明显的应力梯级和局部机械特性变化，如本领域公知。在轴7中的这些应力梯级和局部机械特性变化再可能潜在地降低轴的寿命预期和耐久性，因此需要使用较厚壁的轴，以便抵消应力集中的影响。
下面参考图2，图中表示了向上吊挂的路缘侧悬挂组件114，其中吊架、空气弹簧、减震器和制动器腔室已经除去。向上吊挂的悬挂组件114在很多方面与上述向上吊挂的悬挂组件14类似，但是在其它方面不同。更特别是，悬挂组件114包括后臂向上吊挂梁142。后臂梁142包括前端120，该前端120有衬套组件146，该衬套组件146包括衬套、枢转螺栓和垫片，如本领域中公知，以方便梁的前端与吊架(未示出)可枢转地连接。梁142还包括后端(未示出)，该后端通过一对U形螺栓139而刚性地附接在横向延伸轴107上，该横向延伸轴107有标准壁厚，该对U形螺栓139环绕轴布置，并通过螺母(未示出)而紧固在U形螺栓托架144上，该U形螺栓托架144再安装在梁142上。
悬挂组件114还包括空气弹簧(未示出)，该空气弹簧安装在梁142的后端和车辆的主部件(未示出)上并在它们之间延伸。制动器组件128的部分表示为安装在现有技术的悬挂组件114上。
更特别是，制动器组件128的选定部件包括松弛调节器145和凸轮轴组件137。凸轮轴组件137包括S形凸轮136，该S形凸轮136附接在横向延伸凸轮轴138的外侧端上。凸轮轴138在它的各端处被支承。更特别是，凸轮轴138的外侧端由制动器支架190和轴承191来支承。凸轮轴138的内侧端由凸轮轴托架147来支承，该凸轮轴托架147有安装于其上的轴承137A。凸轮轴138因此可旋转地安装在制动器支架轴承191和凸轮轴托架轴承137A中，用于使得闸瓦(未示出)对着相应车轮(未示出)的制动鼓运动，以便在操作过程中使车辆减速。凸轮轴托架147通过未处理的焊接部分149而直接附接在轴107上，并向S形凸轮组件137的内侧端提供稳定性，这再向制动器组件128提供稳定性。制动器腔室(未示出)通过制动器腔室托架(未示出)而安装在轴107上，该制动器腔室托架类似地通过未处理的焊接部分(未示出)而直接焊接在轴上。
制动器腔室托架和凸轮轴托架147利用未处理的焊接部分而直接焊接在轴107上可能潜在地在轴和托架-轴连接件的焊接部分中产生明显的应力梯级和局部机械特性变化，如在图2中的应力集中A处所示，它通常表现为在焊接部分中的裂纹，该裂纹可能潜在地传播至轴内。在未处理的焊接部分和轴107中的这些应力集中再可能潜在地降低轴和托架-轴连接件的寿命预期和耐久性。这些潜在问题通过本发明的、用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件来解决，该轴安装件将在后面详细介绍。
本发明的、用于制动器系统部件的轴安装件优选实施例在图3中总体以205表示，该轴安装件结合在具有标准壁厚的轴207上，用于在重载车辆后臂空气承载向上吊挂/向下吊挂梁类型轴/悬挂系统中使用，如上面详细所述，且该轴安装件包括一对制动器组件(只表示一个的一部分)，且区别点介绍如下。应当知道用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例还可以用于具有小于大约0.50英寸厚度的轴，而并不改变本发明的总体概念或操作。本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件的优选实施例将结合制动器组件(只表示了选定部件)来介绍，该制动器组件包括凸轮轴组件237，该凸轮轴组件237利用凸轮衬套托架237A。应当知道，用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例也可以用于其它类型的制动器组件，例如，利用在美国专利No.6240806中所示和所述的凸轮轴支承/包围组件或者在美国专利No.7537224中所示和所述的凸轮管托架的制动器组件，两个专利都由本申请的受让人所有，或者通常利用焊接部分来将制动器系统部件安装在轴上的其它制动器组件等，而并不改变本发明的总体概念或操作。
凸轮轴(未示出)的内侧端布置成穿过凸轮衬套托架237A，该凸轮衬套托架237A通过本发明的、用于制动器部件205的轴安装件第一优选实施例而不可运动地安装在轴207上，如后面详细所述。凸轮衬套托架237A与用于制动器部件205的轴安装件优选实施例结合来稳定凸轮轴(未示出)的内侧端。
根据本发明的一个主要特征，本发明的、用于制动器部件205的轴安装件的优选实施例包括被敲击的托架-轴连接件，该被敲击的托架-轴连接件包括被敲击的焊接部分295，该被敲击的焊接部分295沿凸轮衬套托架237A的各内侧和外侧表面延伸，并在托架表面和轴的交接面处大致邻近轴207的前部四分之一。被敲击的焊接部分295沿它的整个长度被敲击。另外，托架-轴连接件被敲击超过焊接部分与轴的交接面以及焊接部分与托架的交接面、超过存在应力集中的边界足够距离，以便增加合适的压缩应力。托架-轴连接件的敲击通过利用机械装置(例如锤打击)或利用喷丸来加工焊接部分295、托架237A和轴207的表面而完成，并执行为冷加工处理，从而使得冷金属的表面膨胀，并因此引起压缩应力，或者释放已经存在于焊接部分、托架和/或轴中的拉伸应力。更特别是，被敲击的托架-轴连接件的塑性变形引起在被敲击的焊接部分表面以及托架237A和轴207的周围表面中的残余压缩应力状态。这些表面压缩应力抵抗在被敲击的连接件中的金属疲劳，因为裂纹通常并不传播通过在焊接部分或相邻托架和/或轴上的压缩应力环境。被敲击的托架-轴连接件已经结合凸轮衬套托架237A来介绍，但是也可以结合制动器腔室托架或其它制动器部件或托架(它们直接焊接在轴上)来使用，而并不改变本发明的总体概念或操作。
用于本发明的制动器系统部件205的轴安装件克服了与现有技术制动器安装件相关联的潜在问题，因为现有技术制动器安装件利用直接施加在轴7、107上的未处理焊接部分49、149，可能产生在托架-轴连接件和轴中的明显应力梯级和局部机械特性变化。这些应力梯级和局部机械特性变化再可能潜在地降低焊接部分49、149和轴7、107的耐久性和寿命预期。
本发明的、用于制动器部件205的改进轴安装件给予托架-轴连接件的关键高应力区域合适的压缩应力，从而增加托架-轴连接件的耐久性以及轴207的耐久性。托架-轴连接件和轴207的提高耐久性提供了在需要时使用较薄和因此较轻轴的可能性，这又使得轴/悬挂系统节省成本和重量。
还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以用于具有一个或多个轴(例如两个或更多轴)的卡车、牵引车-挂车或其它重载车辆上，而并不改变本发明的总体概念和操作。还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以与具有可运动或不可运动的框架或子框架的车辆结合使用，而并不改变本发明的总体概念。甚至还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以在本领域技术人员已知的全部类型空气承载前臂和/或后臂梁类型轴/悬挂系统设计上使用，而并不改变本发明的总体概念或操作。例如，本发明发现结合具有由除了钢以外的材料来制造的梁或臂的轴/悬挂系统的应用，该材料例如铝、其它金属、金属合金、复合材料和/或它们的组合。还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以结合具有向上吊挂/顶部安装件结构或向下吊挂/底部安装件结构的轴/悬挂系统来使用，而并不改变本发明的总体概念。本发明还发现结合具有与这里所示和所述不同的设计和/或结构的梁或臂的轴/悬挂系统的应用，例如实心梁、壳类型梁、桁架结构、交叉板、弹性梁和平行板。甚至还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以结合具有变化的壁厚、不同形状和由不同材料形成或构成的轴来使用，而并不改变本发明的总体概念或操作。还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以结合多种类型的空气承载刚性梁类型轴/悬挂系统来使用，包括使用U形螺栓、U形螺栓托架/轴座等的轴/悬挂系统，而并不改变本发明的总体概念或操作。甚至还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以结合其它类型的轴/悬挂系统来使用，例如中间升高、拖车四弹簧或串联轴/悬挂系统或者利用片簧的轴/悬挂系统，而并不改变本发明的总体概念和操作。还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以结合所有类型的制动器系统来使用，而并不改变本发明的总体概念或操作。还考虑本发明的、用于制动器系统部件205的轴安装件优选实施例可以结合具有不同形状和尺寸的其它类型托架来使用，而并不改变本发明的总体概念或操作。
因此，用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件进行简化，提供了有效、安全、便宜和高效的结构和方法，它实现了全部列举目的，提供为用于消除现有技术的、用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件遇到的困难，并解决了问题和在本领域中获得新结果。
在前面的说明书中，为了简明、清楚和理解而使用了特定术语，但是并不意味着超过现有技术所需来进行不必要的限制，因为这些术语用于说明目的，并将广义地解释。
而且，本发明的介绍和说明是示例，本发明的范围并不限制于所示或所述的确切细节。
已经介绍了本发明的特征、发现和原理、使用和安装用于重载车辆制动器系统部件的轴安装件的方式、结构、布置和方法步骤的特征以及获得的有利、新颖和有用的结果，新颖和有利的结构、装置、元件、布置、方法、部件和组合在附加权利要求中提出。

Claims (10)

1.一种用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其包括：
焊接部分，所述焊接部分布置在所述轴/悬挂系统的轴和制动器系统部件上且位于二者之间，所述焊接部分将所述制动器系统部件固定在所述轴上，以便形成托架-轴连接件，所述连接件包括被敲击的部分。
2.根据权利要求1所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述连接件的所述被敲击的部分延伸所述焊接部分的整个长度并延伸至所述轴或所述托架的相邻表面上。
3.根据权利要求1所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述连接件的所述被敲击的部分延伸所述焊接部分的整个宽度并延伸至所述轴或所述托架的相邻表面上。
4.根据权利要求1所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述轴包括小于0.50英寸的厚度。
5.根据权利要求1所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述轴包括0.50英寸或更大的厚度。
6.根据权利要求1所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述制动器系统部件从包括制动器腔室托架和凸轮衬套托架的组中选择。
7.根据权利要求1所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述连接件的所述被敲击的部分通过利用机械方式加工所述连接件的表面而实现。
8.根据权利要求7所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述机械方式从包括锤击和喷丸的组中选择。
9.根据权利要求7所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述机械方式被执行为冷加工处理。
10.根据权利要求1所述的用于轴/悬挂系统的制动器系统部件的轴安装件，其中：所述连接件的所述被敲击的部分具有压缩应力状态。
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