CN109664709B - 管式扭转梁 - Google Patents

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Abstract

提供一种管式扭转梁。管式扭转梁是通过弯曲和焊接和耦接板材制造的。板材具有设置在车辆的宽度方向上的多个侧表面上的多个突起。扭转梁通过以下方法制造：通过在宽度方向上弯曲板材并模制板材而将板材模制成管状，以设置多个突起以彼此接触以在板材的多个侧表面之间形成间隙，然后焊接和耦接板材的多个侧表面。

Description

管式扭转梁
技术领域
本发明涉及一种管式扭转梁，并且更具体地涉及一种通过弯曲和耦接板材制造的管式扭转梁(tubular type torsion beam)。
背景技术
通常，车辆的悬架防止车身和货物损坏。在车辆运行期间通过连接车轴和车体来防止从路表面接收的震动或冲击传递到车体而提高车辆行驶的舒适性，并且通常被分为前悬架和后悬架。所耦接的扭转梁轴主要用于轻型和小型车辆的后悬架，其表现出与低单位价格和质量相比的相对高的行驶稳定性。当车辆在车辆的运行期间发生俯仰时，所耦接的扭转梁轴通过构件的扭转弹力吸收俯仰，并且当车辆在车辆的运行期间经历转弯时通过增强侧倾刚度来确保转弯稳定性。
所耦接的扭转梁轴具有这样的结构，其具有分别耦接到所耦接的扭转梁轴的多个端部的纵臂，并且部件(例如，车轮、减震器和螺旋弹簧)通过纵臂连接。因此，当部件耦接在所耦接的扭转梁轴中时，应力集中的两个端部部分具有高刚性和强度，并且多个端部部分之间的中间部分与端部部分相比具有低刚性和强度，以平稳地产生扭转。然而，现有技术中的普通管式扭转梁轴通过将管的中心部分模制成U形或V形并扩展多个端部且将所扩展的多个端部部分耦接到纵臂而制造。当在扩展多个端部部分的同时厚度减小时，耐久性下降，并且当制造具有大厚度的管使得中心部分的扭转变弱时防止下降。
描述为现有技术的内容仅用于辅助理解本公开的背景而提供，而不应被认为是对应于本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本公开提供了一种通过弯曲板材以增强扭转力和耐久性而制造的管式扭转梁。
在本公开的示例性实施例的一个方面中，一种管式扭转梁可以包括通过弯曲并焊接和耦接而形成的板材。板材可以在车辆的宽度方向上的多个侧表面上具有多个突起。扭转梁可以通过以下方式来制造：通过在宽度方向上弯曲板材并模制板材以使多个突起形成为彼此接触从而在板材的多个侧表面之间形成间隙，且然后，焊接和耦接板材的多个侧表面。
在一些示例性实施例中，扭转梁可以被分成：管状中心部分，具有带有凹入下部部分(例如，以倒U形凹入)的横截面；管状耦接部分，设置在中心部分的多个端部部分上并与纵臂耦接且具有没有凹陷部分的横截面；以及管状可变部分，形成在中心部分和耦接部分之间并具有可逐渐改变的横截面形状。扭转梁可以由具有这样的宽度方向长度的板材制造，该宽度方向长度从中心部分朝向耦接部分增大。
在其他示例性实施例中，多个突起可以形成在板材中的中心部分的多个宽度方向侧表面上，并且可以形成为从中心部分的中心在纵向方向上以预定间隙彼此隔开的对称形状。
此外，至少一个突起可以形成在板材中的可变部分的多个宽度方向侧表面上。至少一个突起可以形成在板材中的耦接部分的多个宽度方向侧表面上，并且形成在耦接部分的宽度方向侧表面上的多个突起中的一对突起可以形成在板材的纵向端部部分处并与纵臂表面耦接。形成在耦接部分中的突起的宽度可以等于或大于耦接部分和纵臂彼此表面耦接的宽度。该突起的宽度可以等于或大于形成主体的板材的厚度。
中心部分可以被分成：第一上板材，其形成耦接(例如，焊接等)板材的多个宽度方向侧表面的部分；以及第一下板材，由板材的中心部分形成，第一上板材可以形成为使得第一上板材在向上方向上凸出的圆形形状，并且第一下板材可以模制成在中心部分的内部方向上被挤压插入并可以接触第一上板材的内部表面且可以防止接触第一上板材的中心部分。
在一些示例性实施例中，可变部分可以被分成：第二上板材，由板材的两个宽度方向侧表面耦接在一起(例如，焊接)的部分形成；以及第二下板材，由板材的中心部分形成。第二上板材可以形成为使得第二上板材在向上方向上形成为凸出形状的圆形形状。第二下板材可以模制成在可变部分的内部方向上被挤压插入并可以防止接触第二上板材。
耦接部分可以被分成：第三上板材，由耦接(例如，焊接)板材的多个宽度方向侧表面的部分形成；以及第三下板材，由板材的中心部分形成。第三上板材可以形成为使得第二上板材在向上方向上形成为凸出形状的圆形形状。第三下板材可以形成为圆形形状，其中第三下板材在向下方向上形成为凸出形状，并且形成为第三下板材具有小于第三上板材的曲率的形状。
附图说明
从以下结合附图的详细描述将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：
图1是示出根据本公开的示例性实施例的耦接到纵臂的扭转梁的示例性透视图；
图2是示出根据本公开的示例性实施例的用于制造扭转梁的板材的形状的示例性图示；
图3是根据本公开的示例性实施例的扭转梁的示例性平面图和侧面横截面图；
图4A至图4C是示出根据本公开的示例性实施例的对于图3中所示的扭转梁的每个位置的横截面的示例性图示；以及
图5和图6是示出根据本公开的示例性实施例的扭转梁和纵臂的耦接部分的示例性图示。
具体实施方式
本文所使用的术语仅用于描述具体示例性实施例的目的，而并非意在限制本公开。本文所使用的单数形式也包括复数形式，如果短语不明确地具有相反的含义。在说明书中使用的“包括”意味着包含具体特征、区域，整体、步骤、操作、元件和/或部件，并且不排除其他具体特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或组合的存在或添加。
除非另有定义，否则本文所使用的包括技术和科学术语的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。通常所使用的预定义术语被进一步被解释为具有与相关技术文献和本公开相一致的含义，除非另有定义，否则不应被解释为理想的或非常正式的含义。
将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。例如，为了使本公开的描述清楚，没有示出不相关的部分，并且为了清楚起见放大了层和区域的厚度。进一步地，当声明层在另一层或衬底“上”时，该层可以直接在另一层或衬底上，或者可以在其间设置第三层。
除非特别声明或从上下文中明显看出，否则如本文所使用的，术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％范围内。除非上下文另外明确，否则本文所提供的所有数值均用术语“约”修饰。
应该理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从非石油资源获得的燃料)。
在下文中，将参照附图描述根据本公开的实施例的管式扭转梁。图1示出了根据本公开的扭转梁和纵臂可以耦接成的总体形状。图2示出作为用于制造扭转梁的中间材料的板材的示例性形状。图3和图4示出了扭转梁的示例性具体形状。图5和图6示出了扭转梁和纵臂的耦接部分的示例性形状。具体地，图4A示出了图3的示例性A-A横截面。图4B示出了图3的示例性B-B横截面。图4C示出了图3的示例性C-C横截面。图6示出了图5的示例性D-D横截面。
如图1所示，根据本公开的扭转梁100可以形成为耦接在一对纵臂200之间的一种管状。进一步地，如图2所示，扭转梁100可以通过在宽度方向上弯曲板材101而模制，并且宽度方向上的多个侧表面可以彼此接触，并且之后，管状扭转梁100可以被焊接并挤压成在图3和图4中所示的形状。
在下文中，将参照附图描述扭转梁100和用于制造扭转梁100的板材101的具体形状。多个突起140可以形成在用于制造扭转梁100的板材101的两个侧表面上。当板材101弯曲以使得板材101的多个宽度方向侧表面彼此接触时，每对突起140可以彼此接触。因此，可以在板材101的多个侧表面之间形成预定宽度的间隙。当焊接材料W穿过间隙以耦接板材101的两个侧表面并且间隙的间隔为约0.2mm至2.0mm或约0.5mm至1.0mm时，通过保持焊接穿透深度，间隙可以使焊接部分的刚度和耐久性最大化。
当间隙的间隔小于0.2mm时，焊接穿透深度可能降低并且焊接部分的刚性和耐久性可能变差。当间隙的间隔超过2.0mm时，会发生焊接材料W可能穿过间隙并突出到扭转梁100的内部表面的背面焊道现象(back bead phenomenon)。因此，为了将间隙保持在上述间隔，突起140的高度可以从板材101的多个侧表面突出，长度可以在宽度方向上突出约0.1mm至1.0mm或约0.25mm到0.5mm。
如图3以及图4A至图4C所示，扭转梁100可在纵向方向上被分成中心部分110、可变部分120和耦接部分130。中心部分110可以形成在扭转梁100的中心处。可变部分120可以从中心部分110的多个端部部分，并且耦接部分130延伸可以从可变部分120延伸且可以与纵臂200耦接。
每个部分可以被分成横截面形状。中心部分110可以形成为具有带有凹入成倒U形的下部部分的横截面形状。耦接部分130可以形成为具有没有凹陷部分的横截面形状。可变部分120的横截面形状可以在扭转梁100的纵向方向上从中心部分110的横截面形状逐渐变为耦接部分130的横截面形状。通过基于位置改变扭转梁100的横截面形状，可以增强抵抗中心部分110处的扭转力的力，并且可以增加耦接部分130处的横向刚度。
如图3以及图4A至图4C所示，在扭转梁100的上部部分(可以焊接板材101的多个宽度方向侧表面的部分)中，可以连续地形成第一上板材111、第二上板材121和第三上板材131。在板材101的中心部分中的扭转梁100的下部部分中，可以连续地形成第一下板材112、第二下板材122和第三下板材132。
当更详细地描述每个区域时，如图3和图4A所示，中心部分110可以被分成第一上板材111和第一下板材112。第一上板材111可以由耦接(例如，焊接)板材101的多个宽度方向侧表面的部分形成，并且可以形成为具有在向上方向上凸出的第一上板材111的圆形形状。由板材101的中心部分形成的第一下板材112可形成为从底部在向上方向上挤压插入并接触第一上板材111的内部表面的部分区域。第一上板材111和第一下板材112可以模制成彼此接触，并且可以加强抵抗扭转力的力。
然而，当第一上板材111与第一下板材112彼此紧密接触(例如邻接)时，当扭转力施加于第一上板材111和第一下板材112时，会产生摩擦和噪音，并且耐久性可能变差。因此，第一上板材111的中心部分(例如，焊接材料W的部分)可以模制成防止与第一下板材112接触。
如图3和图4B所示，可变部分120可以被分成第二上板材121，其由与焊接材料W耦接的板材101的多个侧表面形成。第二下板材122可以由板材101的中心部分形成，并且可以形成为具有类似于中心部分110的向上凸出形状的第二上板材121的圆形形状。第二下板材122可以从底部在向上方向上被挤压插入。具体地，第二上板材121和第二下板材122可以形成为防止彼此接触。可变部分120的横截面形状可从中心部分110的横截面形状逐渐变为耦接部分130的横截面形状。通过逐渐改变横截面形状，可以改善中心部分110的扭转力，并且可以改善耦接部分130的耐久性能，并且可以防止由于形状的突然变化引起的应力集中现象。
如图3和图4C所示，耦接部分130可以被分成第三上板材131，其由与焊接材料W耦接的板材101的多个侧表面形成，并且第三下板材132可以由板材101的中心部分形成，并且耦接部分130可以形成为类似于整体没有凹入部分的正方形或椭圆形的形状。具体地，形成在第三上板材131中的圆形的拐角曲率可以形成为大于形成在第三下板材132中的圆形的拐角曲率。换句话说，第三上板材131的拐角可以具有比第三下板材132的拐角更平滑的弯曲表面。
当在扭转梁100的向上方向上流动的空气中产生涡流时，车辆操作阻力可以增加，第三上板材131的拐角可以具有更大的曲率，以减小向上方向上的空气阻力。用于制造扭转梁100的板材101可以形成为使得其在宽度方向上的长度在纵向方向上从中心部分向多个端部部分增加。具体地，无论位置如何，板材101的总厚度可以基本恒定。通过增加多个端部部分的宽度方向长度以使其比中心部分的长度更长，最终扭转梁100的多个端部部分的周向长度可以比中心部分的周向长度更长，从而增强耦接部分130的耐久性。
由于在现有技术中通过模制管制造的扭转梁的厚度通过延伸扭转梁的多个端部部分而减小，因此耐久性变差，根据本公开的扭转梁不经受延伸处理，以保持其耐久性。板材101的宽度形成中心部分110，并且扭转梁100的中心部分110的周向长度可以为约306.2mm，并且可变部分120的周向长度可以为约318.6mm，并且耦接部分130的周向长度可以为约333.1mm，即使宽度可以基于扭转梁100所需的物理性质。具体地，所有的厚度可以在约2.8mm处彼此相同。
可以调整形成在板材101的宽度方向上的多个侧表面上的突起140的位置和数量。具体地，可以在中心部分110中形成四对突起140，并且可以在可变部分120和耦接部分130的每一者中形成一对突起140。换句话说，当一个可变部分120和一个耦接部分130分别形成在中心部分110的多个端部部分上，则突起140的总数可以是八对。板材101和扭转梁100的纵向方向将被称为横向方向，并且板材101和扭转梁100的宽度方向将被称为前后方向。
当更具体地描述突起140的位置时，突起140可形成在板材101的中心部分110中以预定距离与横向中心线隔开的位置处，并且中心线的左侧上的两对和中心线的右侧上的两对可以关于中心线对称地形成。具体地，突起140可以不形成在中心部分110的中心线上，并且形成间隙，以使焊接材料W能够穿透间隙。当在中心线上形成突起140时，由于在突起140彼此接触的情况下焊接材料W的量可能减少，所以当产生扭转力时可能在焊接部分上出现裂缝或裂纹。
形成在板材101的可变部分120中的突起140的位置不受显著限制，而是可以相对于扭转梁100的横向中心线对称。形成在板材101的耦接部分130上的突起140的位置可以形成在板材101的横向端部部分处。当耦接部分130和纵臂200彼此耦接时，耦接部分130的端部部分和纵臂200可以表面耦接，以防止由于在表面耦接部分中出现的背面焊道而引起的干扰。
换句话说，耦接部分130和纵臂200彼此表面耦接的位置可对应于板材101的多个侧表面焊接的位置。当形成背面焊道时，由于耦接部分130和纵臂200不彼此接触，所以它们之间的耦接力可以减小。因此，为了防止出现背面焊道，突起140可形成在耦接部分130的端部部分处，以阻挡焊接材料W的引入，由此减小耦接部分的端部部分处的焊接穿透量。
突起140的横向宽度W0可以大于板材101的厚度，并且突起140可以具有大于耦接部分130和纵臂200在其中表面耦接的宽度W1的横向宽度W2。以下描述的突起140的宽度W0和W2都是指板材的横向尺寸(例如纵向尺寸)。当突起140的宽度W0小于板材101的厚度时，当板材101弯曲使得突起140彼此接触时，可以使允许的误差最小。因此，加工成本可以增加，并且突起140的强度可以降低，并且突起140可能由于负载而变形。因此，可能难以在焊接的同时保持有效间隔的间隙。
进一步地，当形成在耦接部分130中的突起140的宽度W2小于耦接部分130和纵臂200的表面耦接宽度W1时，当耦接部分130和纵臂200耦接时，通过流入耦接部分130的内部表面中的背面焊道可能发生干扰。一般来说，对焊条件下的穿透率为约30％至70％。具体地，可以包括负载集中的中心部分的焊接部分可以在轧辊刚性测试中承受约290MPa至471MPa的应力。然而，由于根据本公开的示例性实施例的管式扭转梁可以通过突起稳定地形成间隙，所以穿透率达到100％。由于在这样的条件下可以对所焊接的焊接部分施加约253MPa的应力，所以(例如，中心部分)应力可以减小，以提高耐久性。
根据本公开的示例性的管式扭转梁，可以获得以下效果。首先，当板材弯曲和焊接以制造扭转梁时，通过突起可以保持合适的间隙。其次，通过在焊接过程中保持间隙，能够适当地调整焊接穿透量。第三，扭转梁的两个端部部分的周向长度可以延长。
因此，应该认识到，上述示例性实施例在所有方面都是说明性的，而不是限制性的。本公开的范围由下面将描述的权利要求而不是详细描述来表示，并且应该被解释为，权利要求的意义和范围以及从其等同物衍生的所有变化或修改形式都落在本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种管式扭转梁，包括：
板材，所述板材被弯曲、焊接和耦接，具有设置在宽度方向上的多个侧表面上的多个突起，
其中，通过在所述宽度方向上弯曲所述板材而将板材模制成管状，
其中，所述多个突起彼此接触以在所述板材的所述多个侧表面之间形成间隙，且然后，焊接和耦接所述板材的所述多个侧表面，
其中，所述扭转梁被分成：管状中心部分，具有带有凹入横截面的下部部分；管状耦接部分，设置在所述中心部分的多个端部部分上并与纵臂耦接且具有没有凹陷部分的横截面；以及管状可变部分，形成在所述中心部分和所述耦接部分之间并具有逐渐改变的横截面形状，
其中，所述扭转梁由具有这样的宽度方向长度的板材制成，所述宽度方向长度从所述中心部分朝向所述耦接部分增大。
2.根据权利要求1所述的管式扭转梁，其中，所述多个突起形成于在所述板材中形成所述中心部分的在所述宽度方向上的所述多个侧表面上，并且形成为从所述中心部分的中心在纵向方向上以预定间隙彼此隔开的对称形状。
3.根据权利要求1所述的管式扭转梁，其中，至少一个突起形成于在所述板材中形成所述可变部分的在所述宽度方向上的所述多个侧表面上。
4.根据权利要求1所述的管式扭转梁，其中，至少一个突起形成于在所述板材中形成所述耦接部分的在所述宽度方向上的所述多个侧表面上，形成在所述耦接部分的在所述宽度方向上的所述多个侧表面上的所述突起中的一对突起形成在所述板材的纵向端部部分处并与所述纵臂表面耦接。
5.根据权利要求4所述的管式扭转梁，其中，形成在所述耦接部分中的所述突起的宽度等于或大于所述耦接部分和所述纵臂彼此表面耦接的宽度。
6.根据权利要求1所述的管式扭转梁，其中，所述突起的宽度等于或大于构成主体的所述板材的厚度。
7.根据权利要求1所述的管式扭转梁，其中，所述中心部分被分成：第一上板材，形成耦接所述板材的在所述宽度方向上的所述多个侧表面的部分；以及第一下板材，由所述板材的所述中心部分形成，所述第一上板材形成为其中所述第一上板材向上凸出的圆形形状，并且所述第一下板材模制成在所述中心部分的内部方向上被挤压插入并接触所述第一上板材的内部表面且防止接触所述第一上板材的所述中心部分。
8.根据权利要求7所述的管式扭转梁，其中，所述可变部分被分成：第二上板材，由耦接所述板材的在所述宽度方向上的所述多个侧表面的部分形成，以及第二下板材，由所述板材的所述中心部分形成，所述第二上板材形成为其中所述第二上板材为向上凸出形状的圆形形状，并且所述第二下板材模制成在所述可变部分的内部方向上被挤压插入且防止接触所述第二上板材。
9.根据权利要求8所述的管式扭转梁，其中，所述耦接部分被分成：第三上板材，由耦接所述板材的在所述宽度方向上的所述多个侧表面的部分形成；以及第三下板材，由所述板材的所述中心部分形成，所述第三上板材形成为其中所述第三上板材为向上凸出形状的圆形形状，并且所述第三下板材形成为其中所述第三下板材为向下凸出形状的圆形形状，并且所述第三下板材形成为其中所述第三下板材具有小于所述第三上板材的曲率的形状。
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