CN1102113C - 包括一种横梁和后臂的挠性轴 - Google Patents

Abstract

一根轴(1)具有连接二个臂(4)的一个横梁(3)，每一个臂(4)带有可安装一个车轮的一个短柱状轴(5)，所述横梁(3)基本上由二个同轴的、可以部分地彼此相互插入的半段横梁构成。两个弹性圈不可滑动地与每一个半段横梁(60，61)成一整体，并且在轴向彼此隔开一段距离，这可保证相对的扭转应力在所述半段横梁之间传递。该横梁(3)不与在车体上的该臂的枢轴轴线在一直线上。

Description

包括一个横梁和后臂的挠性轴

本申请是1997年6月6日提出的PCT/EP97/02945的继续申请。

本发明涉及机动车的悬挂系统。具体地说，本发明涉及连接二个车轮的一根轴，同时该轴还具有抗横摇(antiroll)的功能。更具体地说，本发明涉及这样一类型的轴，它具有二个以后臂形式呈现的悬挂臂，该臂的一端支承着装有一个车轮的一个短柱状的轴，同时另一端安装在车体上，可绕支轴转动；该轴还具有一个连接该二个后悬的横梁。

已知这些轴有几种变型，它们根据该横梁相对于该二个臂的精确位置不同而有所不同。由于与可用的空间相关联的应力或其他标准，这个横梁有时安装在车体上，另一些时候可能安装在该短柱状轴的轴线和该车体上的后臂枢轴轴线之间的一个中间位置上(参见例如专利申请EP 0,114,790)，还有时安装在该短柱状轴的轴线上，或安装在稍微超出该短柱状轴之外的地方；它可以穿过或不穿过与该短柱状轴的轴线和该枢轴轴线相交的线。这种形式的轴通常可在客车的后部看到。

这里不考虑独立的车轮悬挂系统，这种系统有时在其后臂的各种变型中，具有一种刚性非常好的横梁，即在工作应力作用下不会产生变形的横梁。这种横梁一般放置在车体上的后臂枢轴轴线上，并且该臂可以在该横梁上转动。专利申请FR2,393,690表示了一种这种形式的独立的车轮轴。这种轴的该横梁不能使该悬挂系统具有抗横摇的特性，因为，所讨论的这种轴不能认为是挠性的。

本发明涉及挠性的轴，即可以弹性变形的轴；其中，变形(或者，一般地说，该横梁的应力)影响所涉及的车轮部件的抗横摇的刚度特性。在这种情况下，整个来说，该横梁的轴向末端，可在一个横轴线上作相对转动。专利FR1,591,438表示了这样的一种轴。

这种横梁的尺寸作得使它对挠曲的刚性非常好。这可以使得当该后臂在包含该车轮臂和该横梁的平面内受到弯曲应力时，有助于保持该车轮坚固。这种应力是由于轮胎在横向与道路卡紧产生的，并且在高速转弯时可能变得非常大。换言之，该横梁有助于使车轮的操纵困难减至最小，或者至少该横梁有助于控制车轮的操纵，使该车轮保持在可以接受的范围内，或使该车轮能够被控制，在这种情况下，该横梁一般具有非常高的扭转刚度特性。

这就是为什么以前建议这种横梁的扭转刚度要小，而保持其抗挠强度较高。在这方面可参考美国专利4,787,680号。遗憾的是，只有当该横梁的长度足够长，使得能建立一个截面的扭转刚度降低的特定区域时，才能使该横梁具有足够的扭转挠性。实践中，除了非常重的车辆外，这点似乎是较难做到的。实际上，其枢轴在车体上的后臂的安装需要一个实际上与车辆尺寸无关的横向空间。因此，当车辆的车轮轮距比按比例应有的轮距大得多时，该横梁的所述特定区域可能具有的空间将减小。在其他一些非常普通的应用场合，该横梁作成是轮廓开放的，因此其扭转刚度大大削弱。然而，将这种横梁与后臂连接会带来许多耐久性的问题。连接的区域一般是应力集中严重的地方，而这导致需要(例如)通过焊接附加的连接板来加强。

这就是为什么将车轮的操纵(几何方面)和车体运动的控制(挠性方面，车轮的间距是随传递的负载而变的)分开来处理。除了由车辆负载通过其传递给该车辆的悬挂弹簧引起的阻力以外，与该车轮或多个车轮的操纵零件分开的车体角位移横向平衡杆通常还给于上述的轴一种横摇阻力。

在目前的技术水平下，人们发现在独立的车轮和挠性轴之间作选择还有一些困难的问题存在，需要在难以解决的各种特点中作一些妥协。

如果决定采用带有挠性轴形式的车轮部件，而不采用独立的车轮，则这种轴的设计必需满足一些相当矛盾的规则。必需使该轴有足够的抗挠强度，保证很好地维持该车轮的表面平面，避免过度的转向或由于危险的横向应力造成的在不希望的方向上的转向。同时，还必需使该车轮的后臂能够比较独立地彼此脱离开，最好能弹性地回复至该后臂互相平行的位置。这就是上述的该轴的抗横摇功能特性。

本发明的目的是要通过使该轴具有相当大的抗挠强度，同时又赋与它抗横摇的功能特性来更好地协调那些相互矛盾的要求(抗横摇功能的强弱可以尽可能自由地调整)，特别是要使这种轴能够更容易地在各种各样的车辆上使用。尤其是，本发明力图使用一个多余的车体角位移横向平衡杆，而使抗横摇的功能与车轮部件中的每一个车轮的悬挂零件提供的抗横摇功能独立。

本发明的一个目的是要能够容易地综合车辆的横摇控制功能。本发明旨在能够特别是采用一种使该轴与例如前述美国专利4,787,680号中所提出的轴那样具有防横摇功能特性的横梁。

本发明的另一个目的是要提供一种能尽可能简单地制造的轴，以便降低制造成本。

本发明还有一个目的是修正车轮的转向和/或侧倾，使得当车轮在转弯时，能帮助车辆与道路紧密接触。

最后，在工作条件下，本发明的另一个目的是使车辆的悬挂系统作成一个整体，特别是使该轴能尽可能简单地安装在车辆上。

本发明提出了一种车辆用的挠性轴，该车辆包含至少二根轴和一个悬挂用的车体，所述轴包括二个后臂和一个横梁，所述臂与该横梁连接，所述臂设计成可与车体连接，使该车体上的每一个臂有一个枢轴轴线，每一个所述臂都带有一根安装一个车轮的短柱状轴，所述横梁与所述臂连接，形成一个扭转轴线，该臂可以在该扭转轴线上彼此相对摆动，该扭转轴线与该车体上的每一个臂的枢轴轴线偏离；其特征为，该横梁和该臂通过连接装置互相连接，该连接装置包括连接件和将该连接件连接起来的弹性连接器；该连接器可以不滑动地与该连接件成为一整体，并保持该连接件在横向对称，每一个连接器在该扭转轴线上都具有扭转刚度，所述连接器是这样排列的：

它们允许连接件之间有相对的横向位移；

与由该轴的扭转引起的臂之间的相对位移平衡的所有反作用扭矩通过该连接器传送；

该连接器在轴向彼此隔开。

注意，这里将与车辆的宽度平行、即与该横梁的大尺寸平行的方向理解为“轴线的、或轴向、或横向”方向。在本申请中，“横摇轴线”是指该轴的一条特征轴线，后臂在该轴线上有一个相对的间距，该间距是与车辆横摇时的受力状态相适应的，或者一般地说，与例如，当单一一个车轮越过不是该车车体的参考轴线的一直线上的障碍时，后臂的不完全相同的受力状态相适应的。

在用于说明本发明的例子中，扭转的自由度是由橡胶连接件的弹性变形、由所述橡胶连接件的刚度产生的扭转强度、构成该横梁的能与不变形的零件相匹敌的其他零件提供的。

本发明的一个优点是它允许一个后臂距离另一个后臂的间距的角度较宽。因此，对于车轮相对于车体的悬挂运动的一个给定过程，该后臂可以非常短，比普通在挠性轴情况下所看到的短得多。一般，可以采用在带有独立车轮和后臂的悬挂系统中所用的一样的臂长。

在一个优选实施例中(当然是与上述二种实现方法一致的)，该车辆的悬挂系统的、由弹性材料制成的弹簧与该轴成为一体。

本发明从下面对客车后轴的两种变型的说明中将会被更好地理解。这些例子不是限制性的，并结合附图来说明。

图1为体现本发明的一根轴的平面图；

图2为侧视图。

图3为沿图1的III-III线所取的截面图。

参见互相并排放置的图1和图2，可看见一根轴1，它是利用支承8在车体的四个固定点80上安装在该车体上的。轴1包括一个与二个以后臂4的形式呈现的悬挂臂连接的横梁3。该后臂4为基本上平行于车辆的纵向轴线延伸的摆动臂。每一个后臂4与形成一个枢轴轴线40(即相对于该车体偏移的臂4的轴线)的轴41连接。该后臂4在与该臂的固定轴41相对的侧面上，装有一根短柱状的轴5。每一根短柱状轴5上可装一个车轮。

由橡胶圈构成的弹性悬挂接头70包围着该两根轴41。橡胶圈安装在轴41上，不能作相对转动。另外，在该支承8上也安装着同样的弹性接头70，它们也不能相对转动。这样，该弹性接头70形成扭转弹簧，该车辆的一部分重量可以通过这些扭转弹簧传递。

图1表示了构成该弹性接头70的橡胶圈的一个特别有利的实施例。所述接头70的径向截面形状基本上为梯形。每一个弹性接头70与内圈71接触的、沿半径方向的内表面的宽度比与外圈72接触的、沿半径方向的外表面的宽度大些。在至少是所述接头的厚度较大的部分上，不论所述圆柱形部分的半径如何，最好，每一个圆柱形部分的表面大致恒定。换言之，不论半径如何，至少在该内外圈连接的区域的外面，该接头的半径与其宽度的乘积为常数。

在不同的图上所示的该轴都包含一个横梁3，它具有抗横摇的功能。图1中可以看出，该横梁基本上由二个半段横梁构成，一个半段横梁插在另一个半段横梁中。这些半段横梁中的一个由第一个管子30组成，另一半段横梁由同轴的第二个管子32组成。第二个管子32的外径比第一个管子30的内径小。彼此互相插入的该二个半段横梁形成一个成套的零件，其中，二个弹性的连接件60，61挠性地与该二个半段横梁连接。每一根管子30，32都是直接端面齐平地安装在后臂4上的，该管子(例如)可焊接在该臂4上。因此，管子30或32不可能相对于相应的臂4移动。

该连接件60和61由环形的橡胶圈构成，该橡胶圈，例如，可在它硫化时固定在金属套管65上(图3)。该套管65箍在或粘在管子30和32上。这样，该二个半段横梁连接在一起，在扭转时，随着橡胶圈60和61的受力情况变化和累加的扭转刚度的变化，该二个半段横梁可以相互之间产生角位移。所有与由该轴的扭转引起的后臂之间的相对位移平衡的反作用扭矩，通过该连接件，并在该连接件之间分布。

由于该连接件60，61的原因，管子30和32之间可以有相对的横向移动。试验表明，这种移动非常小。但是，尽管这种位移很小，它仍有助于大大改善管子30和32与相应的后臂4连接的耐久性，因为可以大大减小横向的应力。与通常的横梁与车体上的该轴的枢轴轴线40偏离的方案比较，这种方法可以改善该横梁3在该后臂4上的端面齐平安装的稳定性。

图1中可以观察到纵向位移。这使得有可能校正扭转轴线35上的该轴的扭转应力的曲线。车轮的平面是向着转弯处的内侧倾斜的。图2中可以非常清楚地看出相对于包括枢轴轴线40和车轮的转动轴线、或短柱状轴的轴线50的平面的垂直位移。在图中所示方向上的偏移使得有可能修正对扭转轴线35上的该轴的扭转应力的控制。该车轮平面转向转弯处的内侧。

该轴提供了通常由车体角位移横向平衡杆和悬挂弹簧提供的所有功能。可能只需加一些吸震器就足够了，图中没有表示该吸震器，因为它们的形式和安装都是标准的。然而，该弹性接头70的橡胶的滞后损失对吸收冲击震动可能足够了，或至少能起很大的作用。由于使用橡胶所得到的振动隔离，因此，可以不再需要使用橡胶隔振块，该弹性的悬挂接头70也可起这个作用。由于通过确定该轴的尺寸，很容易使轴承60和61彼此隔开，因此，可在非常好的条件下得到对高质量车辆性能很重要的使车辆前轮向左右相对转动的控制。对于同一种车辆的不同形式，在不同轮距的各种不同的变型中，都可以非常容易地使该轴倾斜，因为为了安装该轴，只要将管子30和32或多或少地彼此插入一点，以便在臂4之间得到不同的间隔就足够了。为了将该轴安装在一个给定的车体上，适当地确定该弹性接头70在轴线40上的位置，也可以在支承之间得到同样的间隔尺寸。

使用橡胶有可能设计出非线性弹簧，并将各种排除间隙的功能综合在同一个元件70(并有可能在轴承60和61)上。所有的磨擦都消除了(在该吸震器特性外，可能还存在一些磨擦)。另外，还可以对诸如管子30或32，或轴41和支承8一类机械零件，采用较宽的制造公差。再者，与使用轴承相反，使用橡胶没有润滑和紧密性的问题。还可以考虑通过装配时合适的调整，由静应力引起的蠕变，因为几乎所有的蠕变都是在受力的最初几小时内发生的。

为了制造管子30，32，可以使用含有充满增强纤维的树脂的复合材料。这种材料的优点是比较轻。

本发明特别适用于小型客车的后部部件。但它在任何一种类型的车辆中，都可以有广泛的应用，因为可以有选择地或分开地调整扭转性和车轮平面的控制精度。

Claims (5)

1、一种车辆用的挠性轴(1)，该车辆包含至少二根轴和一个悬挂用的车体，所述轴(1)包括二个后臂(4)和一个横梁(3)，所述臂与该横梁连接，所述臂(4)设计成可与车体连接，使该车体上的每一个臂有一个枢轴轴线(40)，每一个所述臂(4)都带有一根安装一个车轮的短柱状轴(5)，所述横梁(3)与所述臂(4)连接，形成一个扭转轴线(35)，该臂(4)可以在该扭转轴线上彼此相对摆动，该扭转轴线(35)与该车体上的每一个臂的枢轴轴线(40)偏离；其特征为，该横梁(3)和该臂(4)通过连接装置互相连接，该连接装置包括连接件和将该连接件连接起来的弹性连接器(60，61)；该连接器可以不滑动地与该连接件成为一整体，并保持该连接件在横向对称，每一个连接器在该扭转轴线(35)上都具有扭转刚度，所述连接器是这样排列的：

它们允许连接件之间有相对的横向位移；

与由该轴的扭转引起的臂之间的相对位移平衡的所有反作用扭矩通过该连接器传送；

该连接器在轴向彼此隔开。

2、如权利要求1所述的轴，其特征为，该横梁(3)基本上由二个半段横梁构成，它们部分地一个插入在另一个中，所述连接器(60，61)连接该半段横梁，并且位于所述插入部分的轴向相对二端，该半段横梁中的每一个都相应地安装在二个后臂的一个上。

3、如权利要求2所述的轴，其特征为，该插入部分包括装着第二根管子(32)的第一根管子(30)，在横向的每一个点上，该第二根管子的外径比该第一根管子的内径小，所述连接器为回转件。

4、如权利要求1至3之一所述的轴，其特征为，每一个臂包括位于相对于车体转动的枢轴轴线(40)上的一根轴(41)，所述轴还包含容纳上述轴(41)的两个支承(8)，每一个支承(8)具有一个表面，通过该表面将支承(8)安装在所述车体上，在每一个支承和相应的轴之间还有一个弹性悬挂接头(70)，所述弹性接头(70)不可滑动地与所述支承(8)和上述的轴(41)成一整体。

5、如权利要求4所述的轴，其特征为，每一根上述的轴和每一个支承都具有一个圆柱形的轴承，所述弹性接头(70)插入在所述轴承之间，所述弹性轴承为回转件，它们受到在该悬挂系统间距上所述轴承的相对转动产生的扭转应力作用。

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