CN108025612B - 用于重型车辆的锥形车轴和悬架系统梁 - Google Patents

Abstract

一种用于重型车辆的车轴和悬架系统，其具有均安装在悬挂装置上的一对悬架组件，所述悬挂装置从车辆主要构件的外侧表面向外偏移，所述悬挂装置从所述车辆主要构件悬垂。每个悬架组件均包括梁，所述梁枢转附接到从主要构件的外侧表面向外偏移的悬挂装置。梁具有锥形轮廓，所述锥形轮廓在梁的至少内侧上包括向外外侧锥形部，这在车轴和悬架系统的向上跳动行程或举升期间提供了每根梁和其相应车辆主要构件之间的空隙。

Description

用于重型车辆的锥形车轴和悬架系统梁

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年9月29日提交的美国临时专利申请序列号62/234,227的权益。

技术领域

本发明涉及用于重型车辆的车轴和悬架系统领域。更加特别地，本发明涉及用于重型车辆的车轴和悬架系统中的梁。更加特别地，本发明涉及一种用于重型车辆的车轴和悬架系统的梁，所述梁的特征为多面(facetted)轮廓并且从梁底部至梁顶部渐缩，这使梁在重型车辆运转期间能够发生额外的跳动行程，并且在升降式车轴和悬架系统的情况中当处于举升位置中时产生轮胎离开地面的额外间隙。在因本发明的锥形梁设计而导致的额外梁跳动行程和空隙的情况中，车轴贯穿箱型梁的设计能够与重型牵引车、拖车或卡车一起使用，从而降低了结构复杂性和整体车辆重量、并且增加了车辆的燃油经济性。

背景技术

多年来在重型卡车和牵引拖车行业中已经非常流行使用气垫式(air-ride)前臂和后臂刚性梁型车轴和悬架系统。虽然能够发现这种车轴和悬架系统呈现多种结构形式，但是通常它们的结构相似之处在于：每个系统均通常包括一对悬架组件。在一些重型车辆中，悬架组件直接连接到车辆主车架。在其它重型车辆中，车辆的主车架支承子车架，并且悬架组件直接连接到子车架。对于支承子车架的重型车辆而言，子车架能够固定或可动，可动的子车架通常被称作滑动箱、滑动子车架、滑动底盘或辅助(第二)滑动车架。为了方便和清晰的目的，本文将描述主要构件，应当理解的是这种描述作为示例，并且本发明应用于从主要构件(主车架、可动子车架和固定子车架)悬垂的重型车辆车轴和悬架系统。

通常，车轴和悬架系统的每个悬架组件均包括一对纵向延伸的伸长梁。每根梁均位于形成车辆车架的一对间隔开纵向延伸的主要构件中的相应一个以及一个或多个横向构件附近和下方。更加具体地，每根梁在其一个端部处枢转连接到悬挂装置，所述悬挂装置继而附接到车辆的主要构件中的相应一个并且从所述相应一个主要构件悬垂下来。车轴在一对悬架组件的梁之间延伸，并且在从梁的大约中点到梁的与其枢转连接端部相对的端部之间的选定位置处通过某种手段连接到所述一对悬架组件的梁。每根梁的相对端部均还连接到波纹管式空气弹簧或其等效物，所述波纹管式空气弹簧或其等效物继而又连接到主要构件中的相应一个。制动组件和通常一个或多个减震器还安装在每个梁和/或车轴上。高度控制阀安装在悬挂装置或主要构件上并且操作地连接到梁或车轴，以保持车辆的行驶高度。

梁可以相对于车辆前部从枢转连接部向后或向前延伸，从而限定通常所谓的后臂或前臂车轴和悬架系统。然而，为了描述起见，应当理解的是术语“后臂”将包含相对于车辆前端部向后或向前延伸的梁。安装车轴的梁通常是指底部安装/下悬式梁、顶部安装/上置式梁、或贯穿梁，如本领域中已知的那样，这些梁能够根据车轴和悬架系统的其它部件的位置大体分类为下悬式梁或上置式梁。由于在重型拖车、牵引车或卡车应用场合中在行驶高度下车轴和悬架系统梁和车辆车架主要构件之间距离有限，因此上置式贯穿梁设计一般不能用于这种应用场合。因此，为了描述起见，应当理解的是术语“贯穿梁”是指下悬式贯穿梁设计。

重型车辆的车轴和悬架系统用于缓冲行驶、阻尼振动和稳定车辆。更加特别地，当车辆在道路上行驶时，其车轮遭遇各种路况，所述路况将各种力、负荷和/或应力施加到安装车轮的相应车轴上，并且继而施加到连接到车轴并支撑车轴的悬架组件上。当其中一个附接的车轮遭遇道路危险物(例如，减速带或速度控制带)时，正常车辆运转期间重型车辆能够遭遇的多个力中的一个是施加在车轴和悬架系统上的向上力。在这种情况中，向上力指向车轮，这继而导致其所附接的车轴和梁向上行进。由于力而使车轴和悬架系统向上行进的距离在本领域中已知为悬架跳动。车轴和悬架系统用于在跳动移动期间抵抗向上力，并且使系统恢复到平衡或正常运转行驶高度。在特征为非贯穿上置式梁的车辆/悬架系统中，将车轴和悬架系统能够行进的跳动距离限制为梁的顶部和主要构件的底部之间的距离。在特征为非贯穿下悬式梁的车轴和悬架系统中，将车轴和悬架系统能够行进的跳动距离限制为车轴的顶部和主要构件的底部之间的距离。在特征为贯穿下悬式或上置式梁的车轴和悬架系统中，将车轴和悬架系统能够行进的跳动距离限制为梁的顶部和主要构件的底部之间的距离。

对于重型车辆的车轴和悬架系统而言，通常将升降组件的特征设计为能够升高重型车辆的一根或多根车轴并且将举升的车轴保持在升高位置处，这继而导致附接到升高车轴的车轮和轮胎抬离地面。当拖车没有负载并且车辆少于全部的车轮/轮胎能适当支撑未装载的拖车时、或者当需要更大的车辆机动性时，通常使重型车辆的特定车轮和轮胎不与地面接触。这种举升操作在车辆未装载条件下行驶时减小了举升车轴、车轮和轮胎上的磨损。另外，举升能够节省费用，原因在于决定费用成本的车轴通常仅仅是与地面接触的车轴。

升降式车轴和悬架系统应用场合的示例是特征为6×2推进器构造的重型牵引车。重型牵引车的特征通常在于：位于牵引车前部的一根非从动转向车轴、和位于牵引车后部的两根额外车轴。来自牵引车前部处的发动机的动力被传递到附接的传动装置，所述动力以多个齿轮齿数比中的一个通过纵向向后延伸的驱动车轴被进一步传递到一根或多根后车轴。在6×2推进器构造中，驱动车轴延伸到最后方的车轴，所述最后方的车轴为从动车轴。不驱动位于后车轴正前方并通常称作前串列车轴(tandem axle)的车轴。

为了让驱动车轴延伸到最后方的串列车轴而同时又没有与前串列车轴发生干扰，前串列车轴的特征通常为：允许驱动车轴具有间隙的中凹式前桥设计。这种设计中，车轴的特征为在其纵向中心线处向后延伸的或U状的曲率，这允许驱动车轴延伸到后从动车轴同时又没有与前串列车轴发生干扰，而与此同时保持行驶高度与从动车轴的行驶高度类似。另外，当前串列车轴是升降式车轴时，因为车轴的特征为在其纵向中心线处向后延伸的或U状的曲率，所以驱动车轴存在空隙以延伸到后从动车轴，而同时即使在其处于举升位置处时也不会与车轴发生干扰。

在重型牵引车应用场合中，由于牵引车主要构件下方空隙有限(这通常阻止了使用上置式梁设计)，现有技术的升降式和非升降式车轴和悬架系统通常采用非贯穿下悬式梁设计。在下悬式梁设计中，车轴由集成到梁中的多个托架和多个U状螺栓附接到车轴和悬架系统的每根梁的顶部，所述多个U状螺栓将车轴固定到每根梁的托架。然而，行驶高度下的车架主要构件和车轴之间的距离限制了下悬式梁构造中推进器前串列车轴的车轴跳动。另外，在推进器前串列车轴是具有附接到梁的下悬式附接件的升降式车轴时，车轴处于举升位置中时轮胎和地面之间的空隙类似地受到限制。

在重型拖车应用场合中，对于现有技术车轴和悬架系统而言通常使用上置式或下悬式梁设计，原因在于在多种拖车设计的主要构件下方存在适当的空隙。在贯穿梁中，车轴和悬架系统车轴布置成通过梁的后部分。贯穿梁整体设计更简单、省掉将车轴固定到梁所需的额外车轴放置部件(诸如U状螺栓和托架)，从而较之非贯穿上置式和下悬式梁降低了复杂程度并且减轻了重量。为了确保在车辆颠簸期间车轴和悬架系统充分向上行进，贯穿梁通常需要更高的行驶高度，原因在于与非贯穿下悬式梁中车架主要构件和车轴之间的距离相比，车轴跳动行程受到车架主要构件和梁的顶部之间的距离的限制。由于较之重型拖车的行驶高度，重型牵引车中更低的行驶高度允许跳动行程较小，因此实施以现有技术贯穿梁为特征的升降式/非升降式车轴和悬架系统可能导致：车辆运转过程中可能遭遇的路况使梁发生跳动期间，梁撞击车辆主要构件。这可能导致后从动车轴的牵引损失，并且损坏梁、车辆车架和/或车轴和悬架系统的其它部件。另外，由于梁和车架之间的空隙减小，因此在升降式车轴构造中在举升位置运转时车辆车轮定位成更靠近地面，这可能导致车辆运转期间所遇到的路面杂物损坏车轮。

因此，在重型车轴和悬架系统领域中需要在升降式和非升降式车轴中提供额外的车轴跳动行程、并且在升降式车轴中提供地面与车轮之间的额外空隙，以使得贯穿梁能够与重型牵引车车轴和悬架系统一起使用，从而减轻车辆重量。用于本发明重型车辆的包含改进的梁设计的车轴和悬架系统满足了这些需求，如将在下文描述的那样。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于重型车辆的车轴和悬架梁，所述车轴和悬架梁提供了车辆车架的梁和主要构件之间的额外跳动行程。

本发明的另一个目的是提供一种用于重型车辆的车轴和悬架梁，所述车轴和悬架梁在升降式车轴和悬架系统处于升高位置时提供了轮胎和地面之间的额外空隙。

由本发明的用于重型车辆的车轴和悬架系统实现这些目的和其它目的，所述车轴和悬架系统包括一对悬架组件，所述车轴和悬架系统包括：车轴，所述车轴在悬架组件之间横向延伸并且连接到悬架组件，所述悬架组件中的每一个均包括：悬挂装置，所述悬挂装置附接到车辆的车架的一对纵向延伸的主要构件中的相应一个并且从所述相应一个悬垂和向外偏移；和纵向延伸的梁，所述梁包括第一端部和第二端部，所述梁的第一端部枢转连接到悬挂装置，所述梁的第二端部连接到相应的主要构件，所述梁捕获所述车轴，所述梁具有向上渐缩的截面轮廓，因此在悬架组件跳动或举升期间在梁向上枢转移动过程中在梁和主要构件之间提供了空隙。

附图说明

在以下描述中陈述了本发明的优选实施例并且在权利要求中特别并且明确指出本发明的优选实施例，在所述本发明的优选实施例中本申请人已经设想采用本发明的原理。

图1是重型牵引车的驱动器侧等距视图，示出了具有6×2车轴构造的牵引车，所述6×2车轴构造包括处于向前串列位置中的降低的升降式车轴和悬架；

图2是重型牵引车的现有技术升降式车轴和悬架系统的驱动器侧后透视图，示出了具有非贯穿底部安装/下悬式梁的车轴和悬架系统；

图2A是图2中示出的现有技术升降式车轴和悬架系统的放大驱动器侧等距视图，其中用虚线示出了隐藏部分；

图3是重型拖车的现有技术升降式车轴和悬架系统的驱动器侧后透视图，示出了具有纵向锥形贯穿下悬式梁的车轴和悬架系统；

图3A是图3的现有技术升降式车轴和悬架系统的驱动器侧不完整缩小等距视图，其中用虚线示出了车辆的主要构件，所述视图示出了在行驶高度下梁关于车辆主要构件的位置；

图3B是与图3A类似的视图，示出了在完全跳动或处于举升位置条件下梁关于车辆主要构件的位置；

图3C是现有技术升降式车轴和悬架系统的沿着图3A的线3C-3C获得的前端截面图，示出了梁的横向轮廓和梁关于车辆主要构件的方向；

图4是本发明的重型车辆的第一优选实施例升降式车轴和悬架系统的驱动器侧不完整后透视图，其结合第一改进梁设计，所述视图示出了安装在车辆车架的主要构件上的升降式车轴和悬架系统；

图4A是图4的升降式车轴和悬架系统的驱动器侧不完整缩小等距视图，示出了处于行驶高度下第一实施例梁关于车辆主要构件的位置；

图4B是图4的升降式车轴和悬架系统的不完整缩小等距视图，示出了处于完全跳动或处于举升位置中的第一实施例梁关于车架构件的位置；

图4C是沿着图4A的线4C-4C获得的横向截面图，并且示出了第一实施例改进梁的横向锥形轮廓和偏移梁关于车辆主要构件的方向；

图4D是驱动侧梁的沿着图4A的线4D-4D的方向获得的不完整等距视图，其中移除了空气弹簧、空气弹簧安装板、减震器和悬架组件位于车轴前方的部件，所述视图示出了第一实施例改进梁的横向锥形轮廓、且还以虚线示出了替代直线锥形轮廓；

图5是本发明的重型车辆的第二优选实施例升降式车轴和悬架系统的驱动器侧不完整后透视图，其结合第二改进梁设计，所述视图用虚线示出了重型车辆主要构件；和

图5A是沿着图5的线5A-5A获得的后横向截面图，并且示出了第二实施例改进梁的横向锥形轮廓、和偏移梁关于重型车辆主要构件的方向。

在附图中类似附图标记表示类似零件。

具体实施方案

为了更好地理解本发明的用于重型车辆的改进的车轴和悬架系统和其操作环境，整体用10表示用于重型牵引车的现有技术气垫梁式后臂升降式车轴和悬架系统并且在图2中示出。

参照图1和图2，车轴和悬架系统10安装在重型牵引车5上，所述重型牵引车5的特征为6×2的推进器构造。重型牵引车5包括两个横向间隔开且平行纵向延伸车架主要构件6，车辆部件安装在所述车架主要构件6上。更加具体地，位于牵引车5前部附近的前车轴和悬架系统位置A’通常包括非从动可转向车轴和悬架系统(未示出)，所述非从动可转向车轴和悬架系统用于在运转期间使车辆转向。主要构件6还具有车轴和悬架系统位置B’和车轴和悬架系统位置C’，所述位置B’和位置C’串列定位并且大体在牵引车5的后端部处相互纵向间隔开。从动非升降式车轴和悬架系统(未示出)通常在位置C’处从主要构件6悬垂，并且一般称作后串列车轴。升降式车轴和悬架系统(诸如车轴和悬架系统10)一般在位置B’处从主要构件6悬垂，并且一般称作前串列车轴。应当理解的是，非升降式车轴和悬架系统替代地能够布置在位置B’处。

特别地参照图2，升降式车轴和悬架系统10一般包括一对悬架组件11、车轴17和一对悬挂装置18。每个悬挂装置18均从重型牵引车5的相应主要构件6安装了悬架组件11中的相应一个。每个悬挂装置18均通过任何适当的手段(例如，紧固件、焊接等)牢固安装到主要构件6的位置B’(图1)。由于车轴和悬架系统10包括大体相同的悬架组件11，因此将在此描述悬架组件中的仅仅一个并且在图2和2A中示出。

参照图2和2A，悬架组件11通常包括梁12、衬套组件23、空气弹簧29、升降组件40和减震器77。

梁12包括一对横向间隔开的侧壁66、底板38、第一顶板39、第二顶板36、空气弹簧安装板31和车轴安装托架组件28。底板38通常焊接到侧壁66以形成大体U状构件。第一顶板39和第二顶板36沿着毗邻界面37通过焊接固定在一起以形成刚性梁顶部构件34。顶部构件34继而例如通过焊接沿着侧壁66刚性固定到U状构件的开放顶部部分，并且与底板38竖直间隔开。

车轴安装托架组件28是在美国专利序列号8,292,313中描述和示出的类型，该专利已转让给本发明的申请人Hendrickson U.S.A.,L.L.C.。车轴安装托架组件28一般包括U状螺栓前托架座28F和U状螺栓后托架座28R、以及它们相应的安装硬件(未示出)。U状螺栓前托架座28F嵌入并通过焊接牢固固定在一对横向间隔开且对准的前槽(未示出)中，所述前槽形成在车轴17前方梁12的相对的侧壁66中。U状螺栓后托架座28R嵌入并通过焊接牢固固定在一对横向间隔开且对准的后槽(未示出)中，所述后槽形成在车轴17后方梁12的相对的侧壁66中。拱形部(未示出)整体形成在每个侧壁66的上边缘中位于前槽和后槽(未示出)之间。拱形部(未示出)、第一顶板39、和U状螺栓托架座28F、28R一起形成了车轴安装座(未示出)。车轴17的一个外侧端部搁置在车轴座(未示出)上并且在梁12和车轴悬架系统10相对侧上的对应悬架梁之间延伸。车轴17通过一对U状螺栓27附接到梁12，所述一对U状螺栓27将车轴固定到U状螺栓托架座28F、28R中的每一个。

每一个侧壁66的大体底部部分均从车轴座(未示出)向后延伸，并且形成两个空气弹簧安装点68。空气弹簧安装板31大体为L状，并且通过焊接(未示出)刚性附接到安装点68。空气弹簧29固定安装在安装板31的后端上。安装托架30附接到空气弹簧29的顶部，并且继而用于将空气弹簧附接到重型牵引车5的主要构件6(图1)。

特别地参照图2A，衬套组件23的衬套安装管(未示出)焊接或用其它方式刚性附接到梁12的前端。安装管(未示出)容纳弹性衬套(未示出)，所述弹性衬套将梁12枢转连接到悬挂装置18，并且允许梁12在车辆运行期间相对于悬挂装置向上和向下移动。

特别地参照图2A，升降组件40通常包括弹性波纹管型空气室52和升降臂43。升降臂43焊接或用其它方法刚性附接到安装管(未示出)，并且向上延伸到悬挂装置18中。如图2A充分所示，空气室52的最前端通过紧固件53固定附接到升降臂43。空气室52的最后端通过紧固件(未示出)固定附接到悬挂装置18。由于来自安装在牵引车5上的空气供应源(未示出)的空气被引入到空气室52，并且同时从空气弹簧29释放空气，空气室从附接到悬挂装置18的附接部向前扩张，从而将向前力施加在升降臂43上，这继而致使梁12围绕衬套组件23和悬挂装置18之间的枢转连接部成弓形向上移动。由车轴17和梁顶部表面的附接部限定梁12能够向上行进的距离，如将在下文更加详细描述的那样。另外，还能够通过操纵气垫系统内的压力控制车辆行驶高度。因此，通过增加空气弹簧29中的流体压力或减小空气弹簧中的流体压力，能够增加或减小车辆行驶高度。减震器77附接到梁12，并且在选定位置处在梁和车架构件6之间延伸，以提供车轴和悬架系统的阻尼，如本领域中众所周知的那样。

因为升降式车轴和悬架系统10位于牵引车5的主要构件6上的前串列位置中，所以在前串列车轴和悬架系统处于行驶高度以及位于举升位置中时，车轴悬架系统均必须为驱动车轴(未示出)向后抵达安装在位置C’中(图1)的车轴和悬架系统(未示出)提供空隙。为了容纳驱动车轴的空隙，车轴17的特征为在重型拖车5的大约纵向中心线处呈现液滴状或U状，这在车轴和悬架系统10位于举升和非举升位置处时提供了用于驱动车轴(未示出)的空隙。

如先前讨论的那样，由于针对重型牵引车应用场合中的升降式车轴和悬架系统的行驶高度限制，现有技术中通常采用底部安装/下悬式非贯穿梁设计。相反，由于增加了重型拖车上的车轴和悬架系统和车辆主要构件之间的距离，因这种梁减重的益处，现有技术重型拖车升降式车轴和悬架系统采用了贯穿下悬式或上置式梁设计。非贯穿上置式梁也能够用在这种应用场合中。为了更好地理解本发明，现在将描述通常用在重型拖车应用场合的车轴和悬架系统上的现有技术下悬式贯穿梁。

在图3中示出了以两根现有技术贯穿梁为特征的升降式车轴和悬架系统并且整体用100表示。升降式车轴和悬架系统100整体包括一对悬架组件111、车轴117、一对悬挂装置118、一对空气弹簧129和一对减震器177。

继续参照图3，升降式车轴和悬架系统100的操作和结构与升降式车轴和悬架系统10整体类似，除了升降式车轴和悬架系统100的特征为梁112之外，所述梁112利用转让给Boler Company的美国专利序列号5,366,237中描述和示出类型的下悬式贯穿车轴与梁连接件、以及位于该梁下方的车轴升降组件140。另外，因为车轴和悬架系统100为用在重型拖车上的类型，并且这种拖车通常不使用驱动车轴并且因此不需要前桥来容纳驱动车轴，所以升降式车轴悬架系统100的车轴117通常为直车轴。因此，将在下文仅仅描述升降式车轴和悬架100和升降式车轴和悬架系统10之间的差异。由于车轴和悬架系统100包括大体相同的悬架组件111(其均从悬挂装置118中的相应一个悬挂下来)，因此将在此仅描述其中一个悬架组件中并且在图3、3A和3B中示出。

特别地参照图3、3A和3B，升降式车轴组件140包括托架143、支撑构件158和弹性波纹管式空气室142。空气室142的后端通过紧固件144附接到托架143。托架143继而由任何适当的手段固定地附接到梁112的底板138。空气室142的前端由紧固件145附接到支撑构件158，所述支撑构件158继而由紧固件159附接到悬挂装置118。来自安装在牵引车5上的空气供应源(未示出)的空气被引入到空气室142中，同时从空气弹簧129释放空气，空气室从附接到支持构件158的附接部向后扩张，从而将向后力施加在托架143上，这致使梁112围绕梁和悬挂装置118之间的枢转连接部成弓形向上移动。

悬架组件111的现有技术贯穿梁112由坚固耐用材料(例如，钢)形成，并且一般包括顶壁141、底板138、一对侧壁166和空气弹簧安装板147。侧壁166横向间隔开并且与顶壁141形成为一体的大体倒置U状构件。底板138沿着侧壁166焊接或用其它方式刚性附接到U状构件的开放端部并且因此与顶壁141大体竖直间隔开。空气弹簧安装板147成大体L状，并且焊接或用其它方式刚性附接到侧壁166和顶壁141的最向后端部。空气弹簧129安装在板147上并且继而由任何适当的手段(例如，紧固件)附接到主要构件6。

梁112从空气弹簧129和安装板147之间的连接部大体纵向渐缩至梁和悬挂装置118之间的枢转连接部。每个侧壁166的向后端部均形成具有圆形开口150。每个侧壁166的圆形开口150均与其他侧壁的圆形开口横向对准。车轴117穿过车轴和悬架组件100的每根梁112的圆形开口150。车轴117典型特征为一对套管195，所述一对套管195焊接在车轴上并且相互横向间隔开，使得一对套管中的每一根均布置在车轴和一对梁圆形开口150中的相应一个之间。每个套管195继而焊接到其相应梁112的圆形开口150处，以便向车轴-梁连接部提供支撑，如本领域中已知的那样。轮端组件(未示出)以本领域中的技术人员已知的方式安装在车轴117的每个外侧端部上。

贯穿梁(例如梁112)较之车轴和悬架系统10的非贯穿底部安装/下悬式梁(例如梁12)大致更轻，原因在于该梁不需要任何额外安装部件(例如，U状螺栓27)将车轴117附接到梁。如上文讨论的那样，由于在重型牵引车和卡车应用场合中可获得的有限车轴跳动行程和有限车轴举升距离，因此通常不使用例如梁112的贯穿下悬式梁。更加具体地，参照图3A，在悬架跳动期间车轴和悬架系统100的梁112能够向上行进的距离被限制为顶板141的顶部和主要构件6的底部之间的距离。由于梁112和主要构件6之间的空隙有限，因此梁可能在车轴和悬架系统正常跳动行程期间撞击车架主要构件，如图3B所示。另外，在升降式车轴和悬架应用场合中，处于行驶高度下的梁112的顶壁141和主要构件6的底部之间的空隙限制了车轴117能够举升的距离。由于能够举升车轴117的距离有限，因此附接到车轴的车辆车轮(未示出)在处于举升位置中的升降式车轴和悬架应用场合运转中定位成更加靠近地面，从而在车辆运转期间遭遇到的路面杂物可能损坏车轮。

因此，在重型车轴和悬架系统的领域中需要在升降式或非升降式车轴中提供额外的梁跳动行程和在升降式车轴中额外的地面与车轮之间的空隙，使得悬挂下悬式梁能够与重型牵引车或卡车轴和悬架系统一起使用，从而降低结构复杂性以及减轻车辆重量，继而提高燃油经济性。包含改进梁设计的本发明的用于重型车辆的车轴和悬架系统满足这些要求，如将在下文描述的那样。

整体用200表示并且在图4、4A、4B和4C中示出了包括改进梁设计212的本发明的用于重型车辆的第一优选实施例的气垫升降式车轴和悬架系统。车轴和悬架系统200的结构和功能与先前描述的车轴和悬架系统100的结构和功能类似，除了升降式车轴和悬架系统200包括以下装置之外：一对悬挂装置218，其中，每个悬挂装置均附接到其相应主要构件6并且从其向外偏移；和一对第一优选实施例锥形梁212。因此，将在下文仅描述升降式车轴和悬架200和升降式车轴和悬架系统100之间的差异。

参照图4，升降式车轴和悬架系统200通常包括一对下悬式/贯穿型悬架组件211、车轴217、一对空气弹簧229、一对减震器277和一对车轴升降组件240。由于车轴和悬架系统200包括大体相同的悬架组件211(其均从一对悬挂装置218中的相应一个悬吊下来)，因此将在此仅描述第一优选实施例悬架组件211中的一个。

本发明的第一优选实施例梁212由坚固金属(例如，钢)形成并且整体包括顶壁241、底板238、一对侧壁266和空气弹簧安装板247。侧壁266与顶壁241形成为一体的大体倒置U状构件。底板238焊接或用其它方式沿着侧壁266刚性附接到U状构件的开放端部，并且因此与顶壁241大体竖直间隔开。空气弹簧安装板247成大体L状，并且焊接或用其它方式刚性附接到侧壁266和顶壁241的最后端部，且提供了用于安装空气弹簧229的平台。

衬套组件223焊接或用其它方式刚性附接到梁212的前端。衬套组件223使梁212能够枢转安装到悬挂装置218，如将在下文更加详细讨论的那样。

梁212从空气弹簧229和安装板247之间的连接部大体纵向渐缩至梁和悬挂装置218之间的枢转连接部。侧壁266在侧壁的后端附近具有横向对准的圆形开口250。在转让给本发明的申请人Hendrickson U.S.A.,L.L.C.的美国专利序列号8,454,040中描述和示出类型的车轴外套216附接到车轴217。车轴217通过车轴和悬架组件211的每根梁212的每对圆形开口250并且从所述每对圆形开口250向外延伸，使得每个车轴外套216均布置在车轴和其相应梁212的圆形开口250之间。外套216通常用焊接附接到车轴217和梁212。侧壁266的底部从车轴217连接到梁212的连接部向下向后延伸，以形成两个空气弹簧安装点268。底板238焊接或用其它方式刚性附接到每个弹簧安装点268的底部边缘。空气弹簧安装板247大体成L状，并且焊接或刚性附接到每个安装点268的顶部边缘和顶壁241的后边缘。安装板247形成具有开口232，所述开口提供了进入梁212内部的途径，从而允许车轴外套216按照需要根据外套设计从梁内焊接到圆形开口250和车轴217。另外，减震器277布置为通过开口232并且继而通过紧固件242附接到底板238，所述减震器277在一个端部处附接到主要构件6。减震器277提供了针对车轴和悬架系统200的阻尼，如本领域已知的那样。空气弹簧229固定安装在安装板247的顶部后端部上。安装托架230附接到空气弹簧229的顶部，并且继而附接到重型牵引车5的主要构件6(图1)。

根据本发明的一个主特征并且特别地参照图4A和4B，车轴和悬架系统200的悬挂装置218从主要构件6向外偏移地进行附接。悬挂装置218包括竖直安装板219。安装板219通过紧固件222附接到主要构件6的外侧表面，并且从附接到主要构件的附接部向下延伸。梁壳体壁220焊接或用其它方式刚性附接到板219的外侧表面。梁壳体壁220从附接到板219的附接部向外向下延伸。梁壳体壁220和板219均形成具有相应的横向对准开口(未示出)。升降式支撑构件221焊接或用其它方式刚性附接到梁壳体壁220和安装板219，并且从梁壳体壁和安装板向下延伸，以提供用于附接车轴升降组件240的弹性式空气室225的表面。支撑构件221、安装板219和梁壳体220组合形成从主要构件6向外偏移的大体倒置通道224。梁212布置在通道224中，使得衬套组件223与梁壳体壁220和板219的横向对准的开口(未示出)横向对准。衬套组件223以本领域中众所周知的方式枢转安装在板219和梁壳体壁220上。

车架悬挂装置218从主要构件6向外偏移的距离由附接轮毂(未示出)和从圆形开口250将车轮(未示出)安装在车轴217的外侧延伸部上所需的车轴长度限定。尽管在现有技术锥形梁(例如，梁112)的前端处，在跳动事件或车轴处于举升位置期间在悬挂装置的最大可允许偏移的条件下在梁和主要构件6之间存在足够空隙，但是由于在车轴117贯穿连接到梁的贯穿连接部处梁宽度增加，使得在梁的后端处的空隙不足。

根据本发明的第一优选实施例车轴和悬架系统的另一个重要特征并且如图4C充分所示，梁212包括多面截面轮廓，所述多面截面轮廓的特征为形成在内侧侧壁266上的向上外侧锥形部214。锥形部214从侧壁266的内侧安装点268纵向延伸到衬套安装组件223。因为梁212的内侧部向上向外渐缩，并且梁从主要构件6向外枢转附接到悬挂装置218，所以跳动行程不限于梁的顶部和车辆主要构件之间的距离，而是替代地限定为车轴和主要构件之间的距离。因此，较之现有技术贯穿梁(例如，梁112)，梁212提供了额外的跳动行程空隙。例如，在8.3英寸行驶高度条件下，如图4A所示，本发明的第一优选实施例梁212能够在跳动移动期间向上行进大约5英寸，而同时车轴217没有撞击重型牵引车5的主要构件6。相反，在相同的8.3英寸行驶高度条件下，现有技术贯穿梁112仅仅允许梁向上行驶大约3.8英寸，而同时车轴没有撞击重型牵引车的主要构件，从而跳动行程额外增加1.2英寸。图4A和图4B分别示出了处于行驶高度、以及处于最大跳动行程或车轴和悬架系统举升位置条件下的本发明的第一优选实施例车轴和悬架系统梁的位置之间的差异。

现在参照图4D，第一优选实施例梁212能够替代地包括直线向上的外侧锥形侧壁266’。侧壁266’从内侧点268纵向延伸向衬套安装组件223，并且在衬套安装组件附近的选定位置处从具有直线向上外侧锥形的截面轮廓过渡到便于将梁212的前端附接到衬套安装组件的适当截面轮廓，如本领域中的技术人员理解的那样。因为侧壁266’是直线的并且没有如侧壁266中那样包括弯曲部，所以侧壁266’提高了可制造性。

由于本发明第一实施例的车轴和悬架系统的梁212的锥形部214使得能够进行额外跳动行程，因此在用于重型牵引车的升降式车轴和悬架系统中能够实施更简单和更轻的贯穿梁设计，从而与利用额外结构部件(例如U状螺栓、托架等)的未贯穿梁设计相比减小了车辆复杂程度并且减轻了重量，继而提高了燃油经济性。另外，梁212和主要构件6之间的额外空隙允许附接到车轴和悬架系统的车轮(未示出)被举升到与利用现有技术贯穿梁的升降式车轴和悬架系统相比更高的位置，从而降低了当车轴和悬架系统处于举升位置中时在车辆运转期间路面杂物可能损坏轮胎的可能性。

整体用300表示并且在图5和5A中示出了包含第二改进梁设计312的本发明的用于重型车辆的第二优选实施例的气垫升降式车轴和悬架系统。车轴和悬架系统300的结构和功能与先前描述的车轴和悬架系统200的结构和功能类似，除了升降式车轴和悬架系统300包括采用第二改进设计的一对梁312之外。结果，将在下文详细描述第二优选实施例锥形梁312和第一优选实施例锥形梁212之间的差异。

参照图5，升降式车轴和悬架系统300整体包括一对下悬式/贯穿型悬架组件311、车轴317、一对空气弹簧329、一对减震器377、一对悬挂装置318和一对车轴升降组件340。由于车轴和悬架系统300包括大体相同的悬架组件311(均从一对悬挂装置318中的相应一个悬挂下来)，因此将在此仅描述第二优选实施例悬架组件311中的一个。

本发明的第二优选实施例梁312由坚固金属(例如钢)形成并且通常包括顶壁341、底板338、一对侧壁366和空气弹簧安装板347。侧壁366与顶壁341形成为一体的大体倒置U状构件。底板338焊接或用其它方式沿着侧壁366刚性附接到U状构件的开放端部，并且因此与顶壁341大体竖直间隔开。空气弹簧安装板347成大体L状，并且焊接或用其它方式刚性附接到侧壁366和顶壁341的最后端部，且提供了用于安装空气弹簧329的平台。

衬套组件323焊接或用其它方式刚性附接到梁312的前端。衬套组件323使得梁312能够枢转安装到悬挂装置318。

梁312从空气弹簧329和安装板347之间的连接部大体纵向渐缩至梁和悬挂装置318之间的枢转连接部。侧壁366在侧壁的后端附近具有横向对准的圆形开口350。转让给本发明的申请人Hendrickson U.S.A.,L.L.C.的美国专利序列号8,454,040中描述和示出类型的车轴外套316附接到车轴317。车轴317通过车轴和悬架组件311的每根梁312的每对圆形开口350并且从所述圆形开口向外延伸，使得每个车轴外套316均布置在车轴和其相应梁312的圆形开口350之间。外套316通常用焊接附接到车轴317和梁312。侧壁366的底部从车轴317和梁312之间的连接部向下向后延伸，以形成两个空气弹簧安装点368。底板338焊接或用其它方式刚性附接到每个弹簧安装点368的底部边缘。空气弹簧安装板347大体成L状，并且焊接或刚性附接到每个安装点368的顶部边缘。安装板347形成为具有开口332。在一个端部处附接到主要构件6的减震器377布置为通过开口332并且继而通过紧固件(未示出)附接到底板338。减震器377提供了针对车轴和悬架系统300的阻尼，如本领域已知的那样。空气弹簧329固定安装在安装板347的顶部向后端部上。安装托架330附接到空气弹簧329的顶部，并且继而附接到重型车辆(诸如重型牵引车5)的主要构件6(图1)。

根据本发明的第二优选实施例锥形梁的重要特征并且如图5A充分所示，梁312包括多面截面轮廓，所述多面截面轮廓的特征为形成在顶壁341中的向上外侧锥形部314和向上内侧锥形部315。锥形部314和锥形部315均从侧壁366的内侧安装点368纵向延伸到衬套安装组件323。因为梁312的内侧部在锥形部314处向上向外渐缩，并且梁从主要构件6向外枢转附接到悬挂装置318，所以跳动行程不限于梁的顶部和车辆主要构件之间的距离，而是替代地限定为车轴317和主要构件之间的距离。因此，梁312提供了与参照第一优选实施例梁312描述相同的益处，并且另外减少了形成梁所需的材料，从而减轻重量并且提高了燃油经济性。

应当理解的是，在不影响本发明的整体概念的前提下，本发明的梁212、312能够应用在重型牵引车上以及其它车辆(例如，重型卡车或拖车)上。还理解的是，在不影响本发明的整体概念的前提下，本发明的梁212、312能够用在用于重型车辆的后臂和前臂车轴和悬架系统构造中。还应当理解的是，在不影响本发明的整体概念的前提下，本发明的梁212、312能够应用在可升降和不可升降重型车辆车轴和悬架系统中。还应当理解的是，梁212、312能够应用在具有与本文示出和描述的部件(包括利用不同悬挂装置、空气弹簧、减震器、升降组件、车轴与梁连接件、非气垫车轴和悬架系统等的部件)的结构和布置方案不同的车轴和悬架系统中。还应当理解的是，梁212、312能够由复合材料等形成。还应当理解的是，梁212、312的向上锥形部能够具有除了示出和描述的轮廓之外的其它横向截面锥形轮廓，例如，顶壁241、341或侧壁266、366等的圆轮廓或多面。

因此，本发明的用于重型车辆的改进车轴和悬架系统得到简化，提供了有效、安全、便宜和高效的结构，实现了所有枚举的目的，消除了现有技术车轴和悬架系统遭遇的困难，并且解决了现有技术中的问题且获得了新结果。

在前述描述中，为了简洁、清晰和理解使用特定术语；但是所述特定术语没有给予超过现有技术的要求的不必要的限制，原因在于这种术语用于描述目的并且旨在广泛解释。而且，已经参照具体实施例描述了本发明。应当理解的是该解释是示例而非限制，因为本发明的范围并不局限于示出或描述的准确细节。在阅读并且理解本公开时，将对这些准确细节进行可能的修改和替代，并且应当理解的是本发明包括所有修改方案和替代方案和其等效物。

通过描述本发明的特征、发现和原理，在附属权利要求中陈述了构造、布置和使用本发明的用于重型车辆的改进车轴和悬架系统的方式、构造和布置特征以及获得的优势、新型以及有用的结果；在附属权利要求中陈述了新型和有用结构、装置、元件、布置方案、零件和组合。

Claims (17)

1.一种用于重型车辆的车轴和悬架系统，所述重型车辆包括一对悬架组件，所述车轴和悬架系统包括：

a)车轴，所述车轴在所述悬架组件之间横向延伸并且连接到所述悬架组件，悬架组件中的每一个均包括：

i)悬挂装置，所述悬挂装置附接到所述车辆的车架的一对纵向延伸的主要构件中的相应一个主要构件、并且从所述相应一个主要构件悬垂和向外偏移；和

ii)纵向延伸的梁，所述梁包括第一端部和第二端部，所述梁的第一端部枢转连接到所述悬挂装置，所述梁的第二端部连接到所述相应一个主要构件，梁捕获车轴，所述梁具有向上渐缩的横向截面轮廓，由此在悬架组件跳动或举升期间在所述梁向上枢转移动过程中在梁和主要构件之间提供了空隙。

2.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述梁的侧壁包括向上外侧锥形部。

3.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述梁的顶壁包括向上锥形部。

4.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，还包括安装在所述梁的第二端部上的空气弹簧。

5.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述梁由坚固金属形成。

6.根据权利要求5所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述坚固金属是钢。

7.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，还包括升降组件，所述升降组件使所述梁能够围绕所述梁的第一端部和所述悬挂装置之间的枢转连接部被受控地举升或降低。

8.根据权利要求7所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述升降组件使所述梁能够保持在举升位置中。

9.根据权利要求8所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述梁保持在所述车轴接触所述一对纵向延伸的主要构件的举升位置中。

10.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，还包括附接到所述车轴的外套，所述外套布置在车轴和所述梁之间，外套固定地附接到梁。

11.根据权利要求10所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述外套通过焊接附接到所述车轴。

12.根据权利要求10所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述外套通过至少一对匹配的凹陷部附接到所述车轴，所述至少一对匹配的凹陷部形成在外套和车轴中。

13.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述梁的横向宽度沿着梁的纵向长度从所述梁的第一端部至所述梁的第二端部增加。

14.根据权利要求1所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述车轴在车轴的纵向中心线处包括向下延伸的曲率。

15.根据权利要求2所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述侧壁是所述梁的内侧壁。

16.根据权利要求2所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述侧壁包括弯曲部。

17.根据权利要求2所述的用于重型车辆的车轴和悬架系统，其中，所述侧壁是直线状。

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