CN110126564B

CN110126564B - 臂部件及其制造方法

Info

Publication number: CN110126564B
Application number: CN201910097386.5A
Authority: CN
Inventors: 长谷高明; 小嶋克彦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: US11021028B2; EP3524450A1; JP7102761B2; JP2019137206A; EP3524450B1; CN110126564A; US20190248198A1

Abstract

本发明提供一种臂部件以及臂部件的制造方法。以臂部件的中心轴与臂部件的载荷线一致的方式，在臂部件形成有至少一个以上的缺损部。臂部件的中心轴是将通过与臂部件的轴垂直的面切断臂部件时的各剖面形状的形心在臂部件的轴向上连接起来的线。臂部件的载荷线是在臂部件施加载荷的线。

Description

臂部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及棒状的臂部件及其制造方法。

背景技术

已知有具备棒状的臂部、和形成在臂部端部的筒状的柱环部的悬架臂(参照日本特开2013－032158号公报)。在臂部形成有狭缝，降低扭转刚性。

在上述悬架臂中，应力集中在形成于臂部的狭缝。因此，存在悬架臂的耐久性降低的担忧。因此，迫切期望能够兼顾扭转刚性的降低和耐久性的维持的臂部件。

发明内容

本发明是为了解决这样的问题点而完成的，主要目的在于提供能够兼顾扭转刚性的降低和耐久性的维持的臂部件及其制造方法。

用于实现上述目的的本发明的一方式是臂部件，该臂部件是棒状的臂部件，其特征在于，

以将利用垂直于所述臂部件的轴的面切断所述臂部件时的各剖面形状的形心在所述臂部件的轴向上连接起来的线亦即中心轴、与表示在所述臂部件施加载荷的线的载荷线一致的方式，在所述臂部件形成有至少一个以上的缺损部。

在该一方式中，也可以是：以所述臂部件的扭转刚性为规定值，并且所述臂部件的中心轴与所述载荷线一致的方式，在所述臂部件形成所述缺损部。

在该一方式中，也可以是：在所述臂部件的端部一体地成型有筒状的柱环部，在所述臂部件的端部，沿着所述臂部件的轴向形成有内部为空腔的中空部，在所述柱环部的与所述臂部件的端部连接的连接部分，形成有该柱环部的内部与所述中空部连通的连通孔，所述连通孔以所述臂部件的中心轴为中心形成。

在该一方式中，也可以是：形成有使得所述臂部件的剖面形状为X形的所述缺损部。

用于实现上述目的的本发明的一方式是臂部件的制造方法，该臂部件为棒状，上述臂部件的制造方法的特征在于，

在该一方式中，也可以是上述臂部件通过3D打印机一体成型。

根据本发明，能够提供可兼顾扭转刚性的降低和耐久性的维持的臂部件及其制造方法。

通过参照附图对作为不是用于限定本发明的例子进行详细的说明，本发明的其它的特征、目的、优点变得更加明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的臂部件的概要构成的立体图。

图2是在面A将图1所示的臂部件切断时的剖视图。

图3是表示以臂部件的剖面形状大致成为X形且其剖面的一部分断开的方式形成的缺损部的一个例子的图。

图4是在面A将图3所示的臂部件切断时的剖视图。

图5是表示以臂部件的剖面形状在轴向整体大致成为X形的方式形成的缺损部的一个例子的图。

图6是在面A将图5所示的臂部件切断时的剖视图。

图7是表示以臂部件的剖面形状大致成为圆环形的方式形成的缺损部的一个例子的图。

图8是在面A将图7所示的臂部件切断时的剖视图。

图9是表示以臂部件的剖面形状大致成为四边形的方式形成的缺损部的一个例子的图。

图10是在面A将图9所示的臂部件切断时的剖视图。

图11是本发明的实施方式3所涉及的臂部件的立体图。

图12是在面A将图11所示的臂部件切断时的剖视图。

具体实施方式

实施方式1

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的臂部件的概要构成的立体图。图2是在面A将图1所示的臂部件切断时的剖视图。

本实施方式1所涉及的臂部件1例如是棒状的悬架臂(I臂)。臂部件1形成为近似圆柱状，但并不限定于此，例如，也可以形成为多棱柱状。臂部件1为实心结构，但并不限定于此，例如，也可以是中空结构。臂部件1例如通过3D打印机等一体成型。

悬架臂例如是使用于汽车等的悬架的部件，是对操纵稳定性、乘坐舒适性极其重要的部件。因此，要求适当的扭转刚性的降低，以确保规定的拉伸强度、压缩强度，并且使得即使负载有扭转载荷也能够灵活且良好地产生扭转变形。

在以往的悬架臂例如形成有狭缝，应力集中于该狭缝。因此，存在悬架臂的耐久性降低的担忧。因此，迫切期望能够兼顾扭转刚性的降低和耐久性的维持的臂部件。

与此相对，在本实施方式1中，以臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致的方式，在臂部件1形成有至少一个以上的缺损部11。臂部件1的中心轴O是指在臂部件1的轴向上连接以与臂部件1的轴垂直的面切断臂部件1时的各剖面形状的形心(重心)而成的线。

臂部件1的载荷线Y是指在臂部件1施加了载荷的线，是在臂部件1附加了载荷时力所通过的线。例如，在臂部件1的长边方向上，以直线连接固定有臂部件1的点亦即固定点与对臂部件1附加了载荷的点亦即载荷点的线成为臂部件1的载荷线Y。

通过在臂部件1形成缺损部11，能够实现臂部件1的轻型化，并使扭转刚性以最佳的方式降低。并且，通过使臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致，臂部件1难以被压弯(不向异常的方向弯曲)。因此，能够抑制在臂部件1产生的应力集中。即，能够兼顾臂部件1的扭转刚性的降低和耐久性的维持。

接下来，在本实施方式1中，对用于使扭转刚性以最佳的方式降低的缺损部11的设定方法进行详细说明。如上述那样，将以臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致的方式在臂部件1形成缺损部11作为前提，并进一步考虑以下的情况来设定缺损部11的形状。

例如，在增大缺损部11的剖面形状的面积，而减小臂部件1的剖面形状的面积的情况下，臂部件1的扭转刚性变小。相反，在减小缺损部11的剖面形状的面积，而增大臂部件1的剖面形状的面积的情况下，臂部件1的扭转刚性增大。

在延长臂部件1的轴向上的缺损部11的长度的情况下，臂部件1的扭转刚性变小。相反，在缩短臂部件1的轴向上的缺损部11的长度的情况下，臂部件1的扭转刚性增大。此外，缺损部11的长度成为即使为最大而缺损部11也不到达后述的柱环部的长度。这是因为例如若缺损部11延伸至柱环部，则容易在该柱环部与缺损部11相交的位置产生应力集中。

考虑以上的情况，以臂部件1的扭转刚性成为在臂部件1灵活并且良好地产生扭转变形那样的规定值，并且，臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致的方式，在臂部件1设定缺损部11。

例如，如图2所示那样，也可以在圆柱状的臂部件1的中央部附近形成有剖面形状成为近似X形那样的缺损部11。也可以形成为各缺损部11的剖面形状成为大致对称的形状。例如，将中空结构的臂部件1的扭转刚性设为100％，通过形成图2所示那样的缺损部11能够将臂部件1的扭转刚性大致降低到2％(1/50)。

如图2所示那样，以臂部件1的剖面形状成为近似X形的方式形成缺损部11，在臂部件1确保需要的剖面积。并且，臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致，所以臂部件1成为难以被压弯的结构。由此，能够以确保臂部件1的拉伸强度、压缩强度，并且根据扭转应力灵活并且良好地产生扭转变形的方式，实现最佳的扭转刚性的降低。

接着，对本实施方式1所涉及的臂部件的制造方法进行说明。

例如，臂部件1通过3D打印机一体成型。3D打印机将在计算机上制成的臂部件1的三维数据等作为设计图，使用层叠成型法等，利用附加加工层叠其剖面形状，从而使三维的臂部件1成型。如上述那样，在臂部件1的三维数据中，以臂部件1的扭转刚性成为规定值，并且，臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致的方式，在臂部件1设定缺损部11。

3D打印机基于臂部件1的三维数据，使喷嘴驱动，从喷嘴对与臂部件1的剖面形状对应的部分排出金属、陶瓷、尼龙等粉末，并对缺损部11等臂部件1的剖面形状以外的部分排出支撑材料。然后，3D打印机使激光装置驱动，向与臂部件1的剖面形状对应的部分的粉末照射高功率的激光，从而使各层的剖面形状成型。3D打印机通过反复上述工序，层叠各剖面形状使三维的臂部件1成型。最后，除去臂部件1周边的支撑材料，并且除去臂部件1内的支撑材料。

以上，在本实施方式1所涉及的臂部件1中，以臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致的方式，在臂部件1形成有至少一个以上的缺损部11。通过在臂部件1形成缺损部11，能够实现臂部件1的轻型化，并使扭转刚性以最佳的方式降低。并且，通过使臂部件1的中心轴O与臂部件1的载荷线Y一致，臂部件1不容易被压弯。因此，能够抑制在臂部件1产生的应力集中。即，能够兼顾臂部件1的扭转刚性的减少与耐久性的维持。

实施方式2

在上述实施方式1中，在圆柱状的臂部件1的中央部附近形成有剖面形状成为近似X形那样的缺损部11。在本实施方式2中，对得到所希望的臂部件的扭转刚性，并且，臂部件的中心轴与臂部件的载荷线一致的其它的缺损部的方式进行说明。

图3是表示以臂部件的剖面形状成为近似X形且其剖面的一部分断开的方式形成的缺损部的一个例子的图。图4是在面A将图3所示的臂部件切断时的剖视图。如图3所示，也可以在圆柱状的臂部件2的中央部附近形成有剖面形状成为近似X形，且其剖面的一部分断开那样的缺损部21。

图4所示的臂部件2的剖面积由于上述剖面的断开而比图2所示的臂部件1的剖面积小。因此，图4所示的臂部件2的扭转刚性与图2所示的臂部件1的扭转刚性相比进一步降低。例如，将中空结构的臂部件的扭转刚性设为100％，通过形成图3所示那样的缺损部21，臂部件2的扭转刚性大致降低到1％(1/100)。

图5是表示以臂部件的剖面形状遍及轴向整体而成为近似X形的方式形成的缺损部的一个例子的图。图6是将图5所示的臂部件在面A切断时的剖视图。如图5所示，也可以形成臂部件3的剖面形状遍及轴向整体而成为近似X形那样的缺损部31。

也可以是以臂部件3的轴向中央部的X形的剖面积比轴向两端部的X形的剖面积大的方式形成缺损部31。例如将中空结构的臂部件的扭转刚性设为100％，通过形成图5所示那样的缺损部31，能够使臂部件3的扭转刚性大致降低到10％(1/10)。

图7是表示以臂部件的剖面形状成为近似圆环形的方式形成的缺损部的一个例子的图。图8是将图7所示的臂部件在面A切断时的剖视图。也可以是以臂部件4的剖面形状成为近似圆环的方式形成臂部件4的缺损部41。并且，也可以使圆环形的剖面形状的内圆相对于外圆偏心。例如，将中空结构的臂部件的扭转刚性设为100％，通过形成图7所示那样的缺损部41，能够使臂部件4的扭转刚性大致降低到5％(1/20)。

图9是表示以臂部件的剖面形状成为近似四边形的方式形成的缺损部的一个例子的图。图10是将图9所示的臂部件在面A切断时的剖视图。也可以是以臂部件5的剖面形状成为近似四角形的方式形成臂部件5的缺损部51。并且，也可以以四角形的剖面形状的上下端边的一部分成为凹形的方式形成臂部件5的缺损部51。例如，将中空结构的臂部件的扭转刚性设为100％，通过形成图9所示那样的缺损部51，能够使臂部件5的扭转刚性大致降低到2.5％(1/40)。

实施方式3

图11是本发明的实施方式3所涉及的臂部件的立体图。图12是将图11所示的臂部件在面A切断时的剖视图。例如，如图11所示，在臂部件1的两端分别形成有筒状的柱环部10。臂部件1与各柱环部10例如通过3D打印机一体成型。

在臂部件1的端部沿着臂部件1的轴向形成内部为空腔的中空部12。中空部12形成为沿着臂部件1的轴向，在距离臂部件1端部的规定距离形成为空腔。通过像这样使臂部件1的端部成为空腔，能够实现臂部件1的轻型化，并且降低臂部件1的扭转刚性。

在柱环部10的与臂部件1端部连接的连接部分，形成有柱环部10内部与中空部12连通的连通孔13。使用该连通孔13能够抽出中空部12内的支撑件。

并且，以连接形心的中心轴O为中心形成连通孔13。因此，在连通孔13不容易产生应力集中，能够使其耐久性提高。即，能够提高臂部件1的耐久性并且实现轻型化。此外，臂部件1的端部与柱环部10连接的部分脱离形心，所以能够确保其强度以及可靠性。

在本实施方式3中，对与上述实施方式1相同的部分附加相同的附图标记，并省略详细的说明。

虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子进行提示的实施方式，并不意味着限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、主旨，并且包含于权利要求书所记载的发明及其同等的范围。

在上述实施方式中，臂部件1应用于悬架臂，但并不限定于此。臂部件1例如也可以应用于发动机的扭力杆等，也可以应用于涉及扭矩的任意的棒状的臂。

根据以上的本发明的说明，可知能够对本发明进行各种变形。这样的变形并不视为脱离本发明的思想以及范围的实施方式，另外，对于所有本领域技术人员来说显而易见的那样的改进包含于权利要求书。

Claims

1.一种臂部件的制造方法，所述臂部件为棒状，

所述臂部件的制造方法的特征在于，

以将利用垂直于所述臂部件的轴的面切断所述臂部件时的各剖面形状的形心在所述臂部件的轴向上连接起来的线亦即中心轴、与表示在所述臂部件施加载荷的线的载荷线一致的方式，在所述臂部件形成有至少一个以上的缺损部，

所述缺损部未形成在所述臂部件的两端，

在所述臂部件的端部一体地成型有筒状的柱环部，在所述臂部件的端部，沿着所述臂部件的轴向形成有内部为空腔的中空部，在所述柱环部的与所述臂部件的端部连接的连接部分，形成有该柱环部的内部与所述中空部连通的连通孔，所述连通孔以所述臂部件的中心轴为中心形成，

所述臂部件通过3D打印机一体成型，

使用所述连通孔抽出所述中空部内的支撑件。