CN106687310B - 轴单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括轴管(2)和连杆元件(4)的轴单元。所述轴管(2)基本上沿着管的轴线(R)延伸，并且所述连杆元件(4)包括设计成凹部的第一接合部(5)。所述连杆元件(4)配置成基本上横向于所述管的轴线(R)延伸并且使得第一接合部(5)邻近所述轴管(2)。所述连杆元件(4)和所述轴管(2)之间的焊接部(54)能够在第一接合部(5)中形成。

Description

轴单元
技术领域
本发明涉及一种特别是用于卡车的轴单元。
背景技术
迄今为止现有技术中已知的轴单元为轴管，其通常为刚性轴、安装或固定到卡车的框架上以便经由悬挂臂装置而被弹起或阻尼，其中一个或多个车辆车轮可旋转地安装在轴管上。这里，轴管和纵向悬挂臂之间的连接区域是卡车底盘悬架的受到特别重的负荷的一部分并且特别地承受周期性的负荷变化。在过去，为了使纵向悬挂臂和轴管之间的连接区域适应这些高负荷进行了许多尝试。在现有技术中已知的许多轴单元由于设计成具有较高的安全性以防止轴单元和悬挂臂元件之间的连接区域疲劳断裂或产生类似损坏而不得不制成过大尺寸并因此造成轴单元的重量非常大。因此，需要提高卡车车轮悬架的纵向悬挂臂和轴管之间的连接面积，以特别减轻轴单元的重量并且同时实现足够的强度值，并允许简单的制造。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴单元，其可以容易地制造，同时在轴管和悬挂臂元件之间的连接区域具有特别高的强度值并且部件重量也很低。
这个目的通过根据下文所述的轴单元来实现。在下文中限定了本发明的进一步优点和特征。
根据本发明，所述轴单元包括轴管和悬挂臂元件，其中所述轴管基本上沿着管的轴线延伸，其中所述悬挂臂元件具有构造成凹部的第一接合区域，其中所述悬挂臂元件配置成使得第一接合区域邻近所述轴管并且基本上横向于所述管的轴线，以及其中所述悬挂臂元件和所述轴管之间的焊接部能够在第一接合区域中形成。轴管优选为卡车的刚性轴，卡车的车轮可旋转地安装在其远端。悬挂臂元件优选为卡车的纵向悬挂臂或这种纵向悬挂臂的一部分，其中悬挂臂元件优选在第一端枢转地安装在卡车的框架上。优选地，悬挂臂元件在其与第一端相对的端部连接到轴管上。为了与轴管进行连接，悬挂臂元件具有构造成凹部的接合区域。在这种情况下的凹部优选为悬挂臂元件中的开口，悬挂臂元件和轴管之间的焊缝可以沿着该开口的内边缘产生。换句话说，接合区域构造成"眼状物"。由于优选在第一接合区域的区域中将悬挂臂元件固定到轴管，所以特别优选地可以将悬挂臂元件和轴管之间的连接区域中的材料应力最小化，原因是构造成凹部的第一接合区域允许轴管和悬挂臂元件之间力和力矩的特别良好的传递。可以在接合区域中产生的焊缝优选是部分地由轴管的材料构成、部分地由悬挂臂元件的材料构成以及部分地由在焊接过程中添加的额外焊接材料构成的焊缝。因此，焊接部优选是在轴管和悬挂臂元件之间的材料区域，经由它在轴管和悬挂臂元件之间传递力和力矩。
优选地，所述轴管和所述悬挂臂元件仅在第一接合区域中彼此固定。换句话说，这意味着优选在第一接合区域之外没有设置轴管和悬挂臂元件之间的物质粘结和/或压配合和/或形状配合的连接。本实施方案的优点在于轴单元的制造特别简单，原因是轴管和悬挂臂元件之间的焊接连接仅需要在第一接合区域中产生并且满足轴管和悬挂臂元件之间的连接强度的所有要求。
特别优选地，所述轴管具有压力半部和张力半部，其中所述焊接部仅设置在所述轴管的压力半部中。轴管的压力半部优选为轴管的在轴单元的操作中在弯曲负荷下主要受到压缩应力的负荷的区域。特别地，优选的是，相对于轴管装配在轴单元上的状态下的空间配置，轴管的压力半部为基本上位于轴管的上侧的半部。轴管的张力半部优选为与压力半部相对的轴管的半部。在张力半部中，轴管优选主要受到张应力的负荷。在本发明的上下文中，已经证明了有利的是在轴管的压力半部上配置悬挂臂元件和轴管之间的焊接连接。以这种方式，可以显著提高悬挂臂元件和轴管之间的连接部的使用寿命，原因是在悬挂臂元件和轴管之间的焊接连接的区域中的轴单元基本上仅受到压缩应力的作用。在轴管上产生压力半部和张力半部的使轴管变形的力优选是作用在轴管的外侧或远端的卡车车轮的支撑力和通过悬挂臂元件传递到轴管上的卡车的重量的力。优选地，轴管的压力半部配置在轴管的与重力取向相反的一侧。特别优选地，焊接部基本上配置在轴管的压力半部的面向悬挂臂元件的枢转轴的半部分中。优选地，焊接部的延伸的至少80％配置在悬挂臂元件上，特别优选地全部配置在轴管的指向枢转轴的半部分中。以这种方式，通过压力半部中的焊接，轴管和悬挂臂元件之间的连接部的高疲劳强度可以与轴单元的简易组装相结合。特别地，通过将焊接部配置在面向枢转轴的一侧，悬挂臂元件的区域仍然有空地，诸如承载元件等轴单元的其他元件可以固定到其上。
特别优选地，在所述轴管的张力半部中未设置在所述轴管和所述悬挂臂元件之间的焊接连接。优选地，轴单元仅在轴管的压力半部中设置有轴管和悬挂臂元件之间的焊接连接。这防止了由于在轴管和悬挂臂元件之间的焊接连接的区域中或者焊接部的区域中出现的张应力而导致的局部裂纹形成引起的材料损坏，并因此防止缩短悬挂臂元件和轴管之间的连接部的使用寿命。有利地，悬挂臂元件的焊接部定制和配置成使得其未突出到轴管的牵引半部中。
在特别优选的实施方案中，所述焊接部相对于所述管的轴线最大以焊接弧度角延伸，其中所述焊接弧度角小于120°，优选小于100°，特别优选小于90°。焊接弧度角优选是指在垂直于管的轴线延伸的断面中，在管的轴线上的点与分别从管的轴线延伸到焊接部的各端部的两条直线之间的角度。断面优选延伸穿过焊接部的区域，其中该区域跨过最大弧度角。焊接部优选构造成椭圆形。在替代的实施方案中，焊接部也可以构造成基本矩形，其中优选地设置矩形的圆形边缘。在本发明的上下文中，已经发现，通过小于120°的焊接弧度角始终可以实现悬挂臂元件和轴管之间的连接部的足够强度。为了在焊接部中获得焊缝的足够长度，焊接部沿着或平行于管的轴线的延伸可以大于平行于围绕管的轴线的圆周或轨道的延伸。在焊接弧度角小于100°的优选情况下，特别优选地焊接部可以最佳地配置在轴管的压力半部中。小于90°的焊接弧度角的优点为其中轴管的由产生焊接连接而弱化的区域尽可能小，但是通过第一焊接部的足够长度的焊缝仍然可以实现足够的强度。
特别优选地，所述悬挂臂元件相对于所述管的轴线以悬挂臂弧度角包围所述轴管，其中所述悬挂臂弧度角小于180°。换句话说，悬挂臂弧度角是悬挂臂元件通过优选包括接合区域和与其相邻的区域的接收区域包围轴管的角度。这里，悬挂臂元件优选不在轴管的全部包围区域焊接到轴管上。因此，优选地，焊接弧度角小于悬挂臂弧度角。在悬挂臂弧度角小于180°或者恰好为180°的优选情况下，轴管可以侧向(换句话说横向于管的轴线)插入也包围接合区域的接收区域中。以这种方式，有利地在形成到悬挂臂元件的连接之前，可以将其他附接系统固定到轴管上，其中不必推动轴管穿过接收区域。
有利地，所述悬挂臂弧度角为所述焊接弧度角的1.05～2.5倍，优选1.2～2倍，特别优选1.6～1.8倍。悬挂臂弧度角和焊接弧度角之间的大小比表示悬挂臂元件在焊接部中的焊接连接外侧包住轴管的数量级。特别地，第一焊接部外侧的区域优选用于将卡车的重量的力传递到轴管。在本发明的上下文中，特别优选的是，悬挂臂元件不在力传递的全部区域中焊接到轴管上，而是仅在悬挂臂元件和轴管之间的接触区域的特定部分中产生焊接连接。以这种方式，轴管和悬挂臂元件之间的接触区域中的材料损坏和材料弱化可以最小化。因此，在本发明的上下文中优选的是，悬挂臂弧度角与焊接弧度角的比值不降至低于值1.05。值范围2.5的上限优选用于其中预期在悬挂臂元件和轴管之间的连接部上基本上作用有压力的悬挂系统，其中也可以将压力传递到焊接部外侧。已经证明，1.6～1.8的特别优选的范围特别适于重载卡车，其中由于焊接连接的产生而引起的相对较低的材料弱化的原因，在传递高的最大力和弯矩的可能性与轴管和悬挂臂元件之间的连接部的足够使用寿命之间发现了最好的折衷。
优选地，第一接合区域适于构造成在所述悬挂臂元件上的周向封闭的凹部，其中所述焊接部在第一接合区域处具有周面。换句话说，第一接合区域因此优选构造成通过其可以接近悬挂臂元件和轴管之间的接触区域的凹部，从而使得可以在第一焊接部中产生焊缝。这里，焊接部优选具有周面。周面优选限定为构造成凹部的接合区域的向内的表面。特别优选地，周面构造成环形和弯曲的，其中弯曲部分横向于环形轨道延伸。
特别优选地，在第一接合区域的区域中，所述周面的平均长度与所述轴管的圆周的比值为0.4～1.3，优选为0.6～1，特别优选为约0.85～0.95。焊接部的周面的平均长度的变化是影响实际连接长度(换句话说，在轴管和悬挂臂元件之间的焊缝沿着其产生的长度)的可能因素。本文中的平均长度限定为在轴管和悬挂臂元件之间的中间部测量的周面的延伸。已经发现，在比值为0.4～1.3的限度内，可以实现焊接部外侧的悬挂臂元件的其余剩余壁厚度与悬挂臂元件和轴管之间足够大的连接长度或焊缝长度之间的有利折衷。这里，0.6～1的优选比值通过优选略呈椭圆形构造的焊接部而允许周面的平均长度达到基本上大于或等于轴管的周长，由此在轴单元的设计中，优选地仅需要进行比例缩放并且在焊接部的边缘长度和轴管的厚度或周长之间始终可以选择相应有利的比值。
进一步优选地，第一接合区域设置在所述悬挂臂元件上从而使得形成邻近第一接合区域并且基本上彼此相对的两个悬挂臂腹板，其中所述各悬挂臂腹板优选地具有最小腹板宽度，其中第一接合区域优选地具有平行于所述管的轴线的最大切口延伸，其中优选地所述最小腹板宽度之和与所述切口延伸的比值为0.1～1，优选为0.2～0.8，特别优选为约0.3～0.5。邻近接合区域的腹板区域横向于悬挂臂的轴线或管的轴线的延伸优选大于其腹板宽度。以这种方式，悬挂臂腹板在接合区域的区域中形成悬挂臂元件的优选的材料增强部，这补偿了由接合区域的凹部导致的材料弱化。为了实现悬挂臂元件的足够的材料厚度以及同时还有接合区域可以沿其固定到轴管上的充足的边缘长度之间的良好折衷，切口延伸优选与腹板宽度的延伸具有特定比值。优选地，控制臂腹板具有其最小值小于焊接部沿着或平行于悬挂臂的轴线或管的轴线的延伸的腹板宽度。最小腹板宽度优选为在第一接合区域的凹部的区域中的悬挂臂元件的材料厚度的最小量。优选地，最小腹板宽度是在悬挂臂元件的外侧和凹部的边缘之间测量的。因此在最小腹板宽度的区域中，悬挂臂元件具有材料弱化部，如果最小腹板宽度之和与凹部延伸的比值不降至低于值0.1，那么可以将该材料弱化部对悬挂臂元件的强度的负面影响保持为较低。最小腹板宽度之和与切口延伸的比值为0.1～1的优选比值范围确保了用于将悬挂臂元件焊接到轴管上的足够边缘长度与悬挂臂元件抵抗变形的足够强度之间的特别良好的折衷。以这种方式，可以实现在悬挂臂元件和轴管之间的焊接连接的强度与悬挂臂元件本身的强度之间的特别良好的折衷。已经证明，0.2～0.8的特别优选范围特别适于其中需要悬挂臂元件和轴管之间的连接部的特别紧凑的结构的轴系统。根据申请人的实验，0.3～0.4的特别优选比值范围首先实现了悬挂臂元件的强度的最佳值，其次实现了悬挂臂元件和轴管之间的焊接连接的强度。
在特别优选的实施方案中，所述悬挂臂元件形成为一体铸件。通过以铸造工艺制造悬挂臂元件，特别地可以减少制造所必需的制造持续时间和工艺步骤的数量。另外，铸造实现了悬挂臂元件的特别均匀的材料结构，这实现了特别高的强度值。
特别优选地，设置有用于将弹簧元件固定到所述轴单元上的承载元件，其中所述承载元件优选地能够经由第二接合区域固定到所述轴管上，以及其中第二接合区域优选地构造成在所述承载元件上的凹部。特别优选地，像第一接合区域那样，第二接合区域构造成凹部，由此可以容易地制造承载元件和轴管之间的周向焊缝。特别优选地，承载元件也可以具有接合区域，在该处可以产生连接到悬挂臂元件的物质粘结。
特别优选地，所述承载元件仅在第二接合区域中固定到所述轴管上。为了将轴管上的材料弱化保持为尽可能低，优选将承载元件和轴管之间的固定区域或者换句话说焊接区域限制到第二接合区域。特别优选地，悬挂臂元件和承载元件因此都经由构造成凹部的接合区域固定到轴管上。此外，为了支撑轴单元的强度，还可以产生承载元件和悬挂臂元件之间的焊接连接。
附图说明
图1示出了根据本发明的轴单元的优选实施方案的局部断面侧视图，
图2示出了根据本发明的轴单元的实施方案的详细视图，和
图3示出了根据本发明的轴单元的优选实施方案的俯视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的轴单元的优选实施方案的局部断面侧视图。特别地，示出了第一接合区域5、轴管2和承载元件7(优选设置的)的断面。悬挂臂元件4经由第一接合区域5通过焊接连接固定到轴管2上。设置在第一接合区域5中的焊接部54优选相对于管的轴线R以焊接弧度角α延伸。此外，优选地，焊接部54仅在轴管2的压力半部22中延伸，而在轴管2的张力半部24中不存在悬挂臂元件4和轴管2之间的焊接连接。承载元件7优选具有其中将该承载元件固定到轴管2上的第二接合区域72。
图2示出了图1中示出的第一接合区域5的详细视图，其中焊接部54优选相对于管的轴线R以焊接弧度角α延伸。优选地，悬挂臂元件4以悬挂臂弧度角
Figure GDA0001800505450000071
包围轴管2，该悬挂臂弧度角优选地小于180°。此外，优选地，悬挂臂弧度角
Figure GDA0001800505450000072
显著大于焊接弧度角α。因为悬挂臂元件4以显著大于焊接弧度角α的悬挂臂弧度角
Figure GDA0001800505450000073
包围轴管2，所以优选非常大的力传递面可用于将重量和保持力传递到轴管2。此外，由于优选将焊缝或焊接部54的扩展限制到轴管2的压力半部22，所以避免了在悬挂臂元件4和轴管2之间的焊接连接的区域中出现张应力，由此可以显著延长使用寿命。优选地，焊接弧度角α的角度为约105°。
图3示出了根据本发明的悬挂臂元件4的优选实施方案的俯视图。其示出了优选基本上椭圆形几何形状的第一接合区域5(优选地至少在部分区域中偏离圆形)。优选地，悬挂臂元件4的枢转悬挂在卡车的框架上的区域设置在悬挂臂元件4的左侧。在这个区域中，悬挂臂元件4优选相对于悬挂臂中心轴线L面对称地延伸。此外，还示出了保持部6相对于悬挂臂中心面偏心配置以简化承载元件7(未示出，参见图1)的安装。此外，图3示出了悬挂臂元件4的焊接部54，其优选构造成凹部并且沿着其内表面可以产生与轴管2(未示出)的焊接连接。焊接部54的周面55优选具有与轴管的圆周呈一定比值的平均长度K。此外，图3示出了轴单元的优选特征，其中悬挂臂元件4在接合部5中具有第一悬挂臂腹板45和第二悬挂臂腹板45。悬挂臂腹板45具有最小腹板宽度B，其中焊接部54具有平行于管的轴线R的与腹板宽度B之和呈特定比值的切口延伸A。腹板宽度B优选在图3所示的悬挂臂元件4的俯视图中测量。优选地，腹板宽度B小于切口延伸A。在这个例子中，两个腹板宽度B之和为切口延伸A的约0.3～0.5倍。
附图标记列表
2 轴管
4 悬挂臂元件
45 悬挂臂腹板
5 第一接合区域
54 焊接部
55 周面
6 保持部
7 承载元件
72 第二接合区域
A 切口延伸
B 腹板宽度
K 平均长度
L 悬挂臂中心轴线
R 管的轴线
α 焊接弧度角
Figure GDA0001800505450000081
悬挂臂弧度角

Claims (18)

1.一种包括轴管(2)和悬挂臂元件(4)的轴单元，
其中所述轴管(2)沿着管的轴线(R)延伸，
其中所述悬挂臂元件(4)具有构造成凹部的第一接合区域(5)，
其中所述悬挂臂元件(4)配置成使得第一接合区域(5)邻近所述轴管(2)并且横向于所述管的轴线(R)，
其中所述悬挂臂元件(4)和所述轴管(2)之间的焊接部(54)能够在第一接合区域(5)中形成，
其中所述悬挂臂元件(4)相对于所述管的轴线(R)以悬挂臂弧度角
Figure FDA0001800505440000011
包围所述轴管(2)，
其中所述悬挂臂弧度角
Figure FDA0001800505440000012
小于180°，
其中所述轴管(2)和所述悬挂臂元件(4)仅在第一接合区域(5)中彼此固定，
其中所述轴管(2)具有压力半部(22)和张力半部(24)，以及
其中所述焊接部(54)仅设置在所述轴管(2)的压力半部(22)中。
2.如权利要求1所述的轴单元，其中在所述轴管(2)的张力半部(24)中不存在所述轴管(2)和所述悬挂臂元件(4)之间的焊接连接。
3.如前述权利要求中任一项所述的轴单元，其中所述焊接部(54)相对于所述管的轴线(R)最大以焊接弧度角(α)延伸，以及
其中所述焊接弧度角(α)小于120°。
4.如权利要求3所述的轴单元，其中所述焊接弧度角(α)小于100°。
5.如权利要求3所述的轴单元，其中所述焊接弧度角(α)小于90°。
6.如权利要求3所述的轴单元，其中所述悬挂臂弧度角
Figure FDA0001800505440000013
为所述焊接弧度角(α)的1.05～2.5倍。
7.如权利要求3所述的轴单元，其中所述悬挂臂弧度角
Figure FDA0001800505440000021
为所述焊接弧度角(α)的1.2～2倍。
8.如权利要求3所述的轴单元，其中所述悬挂臂弧度角
Figure FDA0001800505440000022
为所述焊接弧度角(α)的1.6～1.8倍。
9.如权利要求1或2所述的轴单元，其中第一接合区域(5)构造成在所述悬挂臂元件(4)上的凹部，以及
其中所述焊接部(54)在第一接合区域(5)上具有周面(55)。
10.如权利要求9所述的轴单元，其中在第一接合区域(5)的区域中，所述周面(55)的平均长度(K)与所述轴管(2)的圆周(U)的比值为0.4～1.3。
11.如权利要求9所述的轴单元，其中在第一接合区域(5)的区域中，所述周面(55)的平均长度(K)与所述轴管(2)的圆周(U)的比值为0.6～1。
12.如权利要求9所述的轴单元，其中在第一接合区域(5)的区域中，所述周面(55)的平均长度(K)与所述轴管(2)的圆周(U)的比值为0.85～0.95。
13.如权利要求1或2所述的轴单元，其中所述悬挂臂元件(4)具有邻近第一接合区域(5)的彼此相对的两个悬挂臂腹板(45)，
其中所述各悬挂臂腹板(45)具有最小腹板宽度(B)，
其中第一接合区域(5)具有平行于所述管的轴线(R)的最大切口延伸(A)，以及
其中所述最小腹板宽度(B)之和与所述切口延伸(A)的比值为0.1～1。
14.如权利要求13所述的轴单元，其中所述最小腹板宽度(B)之和与所述切口延伸(A)的比值为0.2～0.8。
15.如权利要求13所述的轴单元，其中所述最小腹板宽度(B)之和与所述切口延伸(A)的比值为0.3～0.5。
16.如权利要求1或2所述的轴单元，其中所述悬挂臂元件(4)形成为一体铸件。
17.如权利要求1或2所述的轴单元，其中设置有用于将弹簧元件固定到所述轴单元上的承载元件(7)，
其中所述承载元件(7)能够经由第二接合区域(72)固定到所述轴管(2)上，以及
其中第二接合区域(72)构造成在所述承载元件(7)上的凹部。
18.如权利要求17所述的轴单元，其中所述承载元件(7)仅在第二接合区域(72)中固定到所述轴管(2)上。
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