CN110341409A - 一种车辆空气悬架用x型臂以及基于该x型臂的空气悬架总成 - Google Patents
一种车辆空气悬架用x型臂以及基于该x型臂的空气悬架总成 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种车辆空气悬架用X型臂，还涉及一种采用该X型臂的空气悬架总成，其特征在于：包括本体，所述本体上整体成型有：一对自本体向外延伸且对称设置的车桥连接臂，以及一对自本体向外延伸且对称设置的横梁连接臂，且两车桥连接臂与两横梁连接臂在对称轴线上背向设置形成一个X或H形；在自本体向外延伸方向上，横梁连接臂与车桥连接臂的横截面逐渐减小。本发明的优点在于：受力效果好，结构稳定；而对车桥连接臂与横梁连接臂进行型线、横截面的优化设计后，使其能够大幅增加结构强度与稳定性，并可在此前提下进行减重优化。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆空气悬架用X型臂，还涉及一种基于该X型臂的空气悬架总成。
背景技术
在节能环保的背景下，汽车底盘轻量化和节能减排是各厂家主要努力的发展方向，推力杆作为重型卡车底盘系统的重要零部件也需要轻量化。
目前，主流重型卡车的后悬架系统主要有空气悬架系统和平衡悬架系统，两者均匹配推力杆，其中上推力杆一般采用V形推力杆或I形直推力杆。
空气悬架系统由于重量轻和舒适性好逐渐成为重型卡车底盘的主流配置之一，这种空气悬架系统的上推力杆通常使用V形推力杆，V形推力杆传递车架和车桥之间的驱动力、制动力的纵向力和侧向力，由于空气弹簧的刚度较小，抗侧倾能力较弱，为了提高车辆的抑制侧倾的能力，同时需要增加配置横向稳定杆。I形直推力杆只能传递车架和车桥之间的驱动力、制动力等纵向力，无法承载侧向力，无抗侧倾能力，必须增加配置横向稳定杆，但是其抗侧倾能力仍然较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种重量轻、结构稳定可靠的车辆空气悬架用X型臂，还提供一种基于该X型臂的空气悬架总成。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种车辆空气悬架用X型臂，其创新点在于：包括本体，所述本体上整体成型有：
一对自本体向外延伸且对称设置的车桥连接臂，所述车桥连接臂上远离本体的一端为车桥连接端；
一对自本体向外延伸且对称设置的横梁连接臂，所述横梁连接臂上远离本体的一端为横梁连接端；
所述车桥连接臂的对称轴线与横梁连接臂的对称轴线重合，且两车桥连接臂与两横梁连接臂在对称轴线上背向设置形成一个X或H形；
所述车桥连接臂与横梁连接臂同时满足以下条件：
所述横梁连接臂在自本体向外延伸方向上，其横截面逐渐减小；所述车桥连接臂在自本体向外延伸方向上，其横截面逐渐减小；K桥外＜K桥内，K梁外＜K梁内，K桥内＞K梁内；K梁外为横梁连接臂的外型线平均曲率，K桥外为车桥连接臂的外型线平均曲率；K梁内为横梁连接臂的内型线平均曲率，K桥内为车桥连接臂的内型线平均曲率；车桥连接臂与横梁连接臂的表面开有减轻槽；H主＜H桥＜H梁，且H梁＝1.1～1.3H桥，H主为垂直于对称轴线方向上本体的宽度，H桥为两车桥连接臂的车桥连接端之间的距离，H梁为两横梁连接臂的横梁连接端之间的距离。
优选的，在自本体向横梁连接端延伸方向上，所述横梁连接臂的外型线依次具有至少第一型线和第二外弧形型线，所述第一型线的曲率记作K梁外1，第二外弧形型线的曲率记作K梁外2，K梁外1＜K梁外2；
在自本体向车桥连接端延伸方向上，所述车桥连接臂的外型线依次具有至少第三型线和第四外弧形型线，所述第三型线的曲率记作K桥外1，第四外弧形型线的曲率记作K桥外2，K桥外1＜K桥外2。
优选的，
优选的，两所述横梁连接臂的内型线之间以及两车桥连接臂的内型线之间均通过内弧线圆滑过渡；横梁连接臂的外型线与车桥连接臂的外型线之间均通过内弧线圆滑过渡。
提供一种车辆空气悬架用X型臂的空气悬架总成，其创新点在于：包括车架，具有一对对称设置的纵梁，以及连接在两纵梁之间的数个横梁；所述车架的横梁中至少包括位于两相邻车桥之间的X臂梁，所述X臂梁的两侧面均具有一对X型臂连接座；车桥，具有两个或两个以上，所述车桥沿纵梁的延伸方向分布，车桥自身沿横梁的延伸方向延伸；X型臂，所述X型臂的数量与车桥数量对应，所述X型臂具有一对与车桥连接的车桥连接端，以及一对与X臂梁连接的横梁连接端，各车桥的中部上表面均安装有一对X型臂安装座，所述X型臂的车桥连接端与X型臂安装座铰接，X型臂的横梁连接端与X臂梁的X型臂连接座铰接；托臂，所述托臂设置于每个车桥的两端部下方，并通过连接组件与车桥连接固定，所述托臂的长轴方向平行于纵梁的延伸方向，且位于纵梁正下方；所述托臂的中部上表面具有一与车桥底部接触处贴合的车桥支撑部，在车桥支撑面板上开有贯穿托臂的车桥螺栓连接孔，在托臂的两端具有用于与气囊底部接触处贴合的气囊支撑部，在托臂的底部具有一个用于与推力杆连接的推力杆连接部，在托臂的一气囊支撑部与车桥支撑部之间设置有侧向的减震器连接孔；气囊，有数个，安装在各托臂的上、下端与纵梁、气囊支撑部之间；Y型推力杆支座，分别设置于同一纵梁下相邻的两个托臂之间，Y型推力杆支座的上端与托臂对应侧的纵梁连接固定，所述相邻的两个托臂的托臂推力杆连接部分别通过下推力杆与同一Y型推力杆支架连接；减震器，所述减震器数量与托臂数量对应，减震器的下端与托臂的减震器连接孔连接，减震器的上端与对应侧的纵梁铰接。
优选的，所述横梁中至少一个为管式空气悬挂横梁，所述管式空气悬挂横梁具有一个用于容纳压缩空气的储气腔体。
优选的，还包括缓冲块总成，所述缓冲块总成包括缓冲块支架，以及安装在缓冲块支架上的缓冲块，所述缓冲块朝向车桥上表面。
本发明的优点在于：
本发明中车桥连接臂与两横梁连接臂在对称轴线上背向设置形成一个类似X或H的形状，该推力杆的车桥端采用两点连接，可以传递车架和车桥之间的驱动力、制动力的纵向力和转弯的侧向力，具备更大的抗侧倾能力，提高了车辆的转弯稳定性，同时可以取消横向稳定杆及其相关零部件，减少零部件数量，降低整车重量。而对车桥连接臂与横梁连接臂进行型线、横截面的优化设计后，使其能够大幅增加结构强度与稳定性，并可在此前提下进行减重优化。而应用该结构的悬架总成可使得车桥上端的连接点变为两个连接点，并且将两个连接点设计为与叉形臂之间采用平行或成一定夹角连接的方式，确保车桥连接的稳定，从而可去除了稳定作用的横向稳定杆、竖直连接杆等一系列零件，减少了配置零件，方便安装。
附图说明
图1为本发明车辆空气悬架用X型臂结构示意图。
图2为本发明车辆空气悬架用X型臂俯视图。
图3为本发明车辆空气悬架用X型臂的型线分布示意图。
图4为本发明车辆空气悬架用X型臂的型线平均曲率分段示意图。
图5为本发明基于该X型臂的空气悬架总成结构示意图。
图6为本发明实施例的车辆空气悬架用X型臂正面受力情况示意图。
图7为本发明实施例的车辆空气悬架用X型臂背面受力情况示意图。
图8为传统的V推与稳定杆方案中V推正面受力情况示意图。
图9为传统的未优化的H或X形臂正面受力情况示意图。
图10为传统的未优化的H或X形臂背面受力情况示意图。
图11为传统的C型截面口形臂正面受力情况示意图。
图12为传统的C型截面口形臂背面受力情况示意图。
图13为传统的H形空心臂正面受力情况示意图。
图14为传统的H形空心臂背面受力情况示意图。
图15为传统的口形空心臂正面受力情况示意图。
图16为传统的口形空心臂背面受力情况示意图。
具体实施方式
如图1～4所示，本发明的车辆空气悬架用X型臂1，包括本体11，本体11上整体成型有：
一对自本体11向外延伸且对称设置的车桥连接臂12，该车桥连接臂12上远离本体11的一端为车桥连接端；车桥连接端具有用于与车桥连接的安装孔；
一对自本体11向外延伸且对称设置的横梁连接臂13，该横梁连接臂13上远离本体11的一端为横梁连接端；横梁连接端具有用于与横梁连接的安装孔；
车桥连接臂12的对称轴线与横梁连接臂13的对称轴线重合，且两车桥连接臂12与两横梁连接臂13在对称轴线上背向设置形成一个X或H形；
本发明中的车桥连接臂12与横梁连接臂13同时满足以下条件：
(1)横梁连接臂13在自本体向外延伸方向上，其横截面逐渐减小；车桥连接臂在自本体向外延伸方向上，其横截面逐渐减小；
(2)如图2、3所示，K桥外＜K桥内，K梁外＜K梁内，K桥内＞K梁内；
K梁外为横梁连接臂的外型线L梁外的平均曲率，K桥外为车桥连接臂的外型线L桥外的平均曲率；
K梁内为横梁连接臂的内型线L梁内的平均曲率，K桥内为车桥连接臂的内型线L桥内的平均曲率；
(3)车桥连接臂12与横梁连接臂13的表面开有至少一减轻槽14；
(4)H主＜H桥＜H梁，且H梁＝1.1～1.3H桥，
H主为垂直于对称轴线方向上本体的宽度，
H桥为两车桥连接臂的车桥连接端之间的距离，
H梁为两横梁连接臂的横梁连接端之间的距离。
作为本发明更具体的实施方式，如图3所示：
在自本体向横梁连接端延伸方向上，横梁连接臂13的外型线L梁外依次具有至少第一型线和第二外弧形型线，第一型线的曲率记作K梁外1，第二外弧形型线的曲率记作K梁外2，K梁外1＜K梁外2；
在自本体向车桥连接端延伸方向上，车桥连接臂12的外型线L桥外依次具有至少第三型线和第四外弧形型线，第三型线的曲率记作K桥外1，第四外弧形型线的曲率记作K桥外2，K桥外1＜K桥外2。
本实施例，优选 以便在受力时，提供较优的受力效果。
为了提高受力效果，两横梁连接臂的内型线L梁内之间以及两车桥连接臂的内型线L桥内之间均通过内弧线圆滑过渡；横梁连接臂的外型线L梁外与车桥连接臂的外型线L桥外之间均通过内弧线圆滑过渡。
本发明的车辆空气悬架用X型臂的空气悬架总成，如图5所示：包括
车架2，具有一对对称设置的纵梁21，以及连接在两纵梁21之间的数个横梁22；车架2的横梁22中至少包括位于两相邻车桥之间的X臂梁，X臂梁的两侧面均具有一对X型臂连接座23；
车桥(图中未示出)，具有两个或两个以上，车桥沿纵梁21的延伸方向分布，车桥自身沿横梁22的延伸方向延伸；
X型臂1，X型臂1的数量与车桥数量对应，X型臂1具有一对与车桥连接的车桥连接端，以及一对与X臂梁连接的横梁连接端，各车桥的中部上表面均安装有一对X型臂安装座，X型臂的车桥连接端与X型臂安装座铰接，X型臂的横梁连接端与X臂梁的X型臂连接座铰接；
托臂4，托臂设置于每个车桥的两端部下方，并通过连接组件与车桥连接固定，托臂4的长轴方向平行于纵梁的延伸方向，且位于纵梁21正下方；托臂4的中部上表面具有一与车桥底部接触处贴合的车桥支撑部，在车桥支撑面板上开有贯穿托臂的车桥螺栓连接孔，在托臂的两端具有用于与气囊底部接触处贴合的气囊支撑部，在托臂的底部具有一个用于与推力杆连接的推力杆连接部，在托臂的一气囊支撑部与车桥支撑部之间设置有侧向的减震器连接孔；
气囊5，有数个，安装在各托臂的上、下端与纵梁、气囊支撑部之间；
Y型推力杆支座6，分别设置于同一纵梁21下相邻的两个托臂4之间，Y型推力杆支座6的上端与托臂4对应侧的纵梁21连接固定，相邻的两个托臂的托臂推力杆连接部分别通过下推力杆9与同一Y型推力杆支架6连接；
减震器7，减震器数量与托臂4数量对应，减震器7的下端与托臂4的减震器连接孔连接，减震器的上端与对应侧的纵梁铰接。
缓冲块总成8，缓冲块总成包括缓冲块支架，以及安装在缓冲块支架上的缓冲块，缓冲块朝向车桥上表面。
此外，本发的横梁中可以选择包括一个或以上的管式空气悬挂横梁，管式空气悬挂横梁具有一个用于容纳压缩空气的储气腔体。
本发明中的空气悬架用X型臂受力分析如下：
首先，建立计算上推力杆的整车模型，钣金件抽中面采用四边形S4和三角形S3壳网格划分，其余铸件或锻件采用四面体高阶体网格划分，壳网格平均尺寸8mm，体网格平均尺寸5mm，关键位置细化处理。模型计算量由2292570个节点和1602002个单元组成。
由于上推力杆在转弯工况承受侧向力时最恶劣，本次对比计算也主要是针对侧向工况进行，计算整车在满载时侧向加载0.4G载荷时上推力杆的强度及抵抗整车侧偏的能力。
本发明优化后的X型臂与传统的V推+稳定杆、未优化的H或X形臂、C型截面口形臂、H形空心臂、口形空心臂的应力、侧倾角测试如下表与图6～16所示：
从以上结果可以看出方案1的侧倾角是6种方案中最小的，满足标准小于6-7°的要求，X型臂推力杆可以提高了车辆的转弯稳定性；X型臂最大拉应力为851MPa，小于X型臂所使用材料QT900-9的抗拉强度900MPa，方案1X型臂结构满足使用要求。
方案2的强度、刚度都满足要求，但相对于方案1来说结构复杂，零件多，重量重。方案3、4、5、6的最大拉应力分别为1140MPa、1148MPa、926MPa、987MPa，使用QT1200-4的材料能达到强度要求，0.4g侧向加速度时的侧倾角分别为6.8°、6.9°、6.3°、6.2°，满足标准小于6-7°的要求。
综上所述，以上6种方案都能满足使用要求，但方案3、4、5、6需要使用更高牌号材料QT1200-4才能满足要求，X型臂推力杆相对其余方案结构具有强度高，重量轻，刚度好，成本低的特点，在产品竞争中具有明显优势。
Claims (7)
1.一种车辆空气悬架用X型臂，其特征在于：包括本体，所述本体上整体成型有：
一对自本体向外延伸且对称设置的车桥连接臂，所述车桥连接臂上远离本体的一端为车桥连接端；
一对自本体向外延伸且对称设置的横梁连接臂，所述横梁连接臂上远离本体的一端为横梁连接端；
所述车桥连接臂的对称轴线与横梁连接臂的对称轴线重合，且两车桥连接臂与两横梁连接臂在对称轴线上背向设置形成一个X或H形；
所述车桥连接臂与横梁连接臂同时满足以下条件：
(1)所述横梁连接臂在自本体向外延伸方向上，其横截面逐渐减小；所述车桥连接臂在自本体向外延伸方向上，其横截面逐渐减小；
(2)K桥外＜K桥内，K梁外＜K梁内，K桥内＞K梁内；
K梁外为横梁连接臂的外型线平均曲率，K桥外为车桥连接臂的外型线平均曲率；
K梁内为横梁连接臂的内型线平均曲率，K桥内为车桥连接臂的内型线平均曲率；
(3)车桥连接臂与横梁连接臂的表面开有减轻槽；
(4)H主＜H桥＜H梁，且H梁＝1.1～1.3H桥，
H主为垂直于对称轴线方向上本体的宽度，
H桥为两车桥连接臂的车桥连接端之间的距离，
H梁为两横梁连接臂的横梁连接端之间的距离。
2.根据权利要求1所述的车辆空气悬架用X型臂，其特征在于：
在自本体向横梁连接端延伸方向上，所述横梁连接臂的外型线依次具有至少第一型线和第二外弧形型线，所述第一型线的曲率记作K梁外1，第二外弧形型线的曲率记作K梁外2，K梁外1＜K梁外2；
在自本体向车桥连接端延伸方向上，所述车桥连接臂的外型线依次具有至少第三型线和第四外弧形型线，所述第三型线的曲率记作K桥外1，第四外弧形型线的曲率记作K桥外2，K桥外1＜K桥外2。
3.根据权利要求2所述的车辆空气悬架用X型臂，其特征在于：
4.根据权利要求2或3所述的车辆空气悬架用X型臂，其特征在于：
两所述横梁连接臂的内型线之间以及两车桥连接臂的内型线之间均通过内弧线圆滑过渡；横梁连接臂的外型线与车桥连接臂的外型线之间均通过内弧线圆滑过渡。
5.一种基于上述权利要求1～4中任意一项所述车辆空气悬架用X型臂的空气悬架总成，其特征在于：包括
车架，具有一对对称设置的纵梁，以及连接在两纵梁之间的数个横梁；所述车架的横梁中至少包括位于两相邻车桥之间的X臂梁，所述X臂梁的两侧面均具有一对X型臂连接座；
车桥，具有两个或两个以上，所述车桥沿纵梁的延伸方向分布，车桥自身沿横梁的延伸方向延伸；
X型臂，所述X型臂的数量与车桥数量对应，所述X型臂具有一对与车桥连接的车桥连接端，以及一对与X臂梁连接的横梁连接端，各车桥的中部上表面均安装有一对X型臂安装座，所述X型臂的车桥连接端与X型臂安装座铰接，X型臂的横梁连接端与X臂梁的X型臂连接座铰接；
托臂，所述托臂设置于每个车桥的两端部下方，并通过连接组件与车桥连接固定，所述托臂的长轴方向平行于纵梁的延伸方向，且位于纵梁正下方；所述托臂的中部上表面具有一与车桥底部接触处贴合的车桥支撑部，在车桥支撑面板上开有贯穿托臂的车桥螺栓连接孔，在托臂的两端具有用于与气囊底部接触处贴合的气囊支撑部，在托臂的底部具有一个用于与推力杆连接的推力杆连接部，在托臂的一气囊支撑部与车桥支撑部之间设置有侧向的减震器连接孔；
气囊，有数个，安装在各托臂的上、下端与纵梁、气囊支撑部之间；
Y型推力杆支座，分别设置于同一纵梁下相邻的两个托臂之间，Y型推力杆支座的上端与托臂对应侧的纵梁连接固定，所述相邻的两个托臂的托臂推力杆连接部分别通过下推力杆与同一Y型推力杆支架连接；
减震器，所述减震器数量与托臂数量对应，减震器的下端与托臂的减震器连接孔连接，减震器的上端与对应侧的纵梁铰接。
6.根据权利要求5所述的空气悬架总成，其特征在于：所述横梁中至少一个为管式空气悬挂横梁，所述管式空气悬挂横梁具有一个用于容纳压缩空气的储气腔体。
7.根据权利要求5所述的空气悬架总成，其特征在于：还包括缓冲块总成，所述缓冲块总成包括缓冲块支架，以及安装在缓冲块支架上的缓冲块，所述缓冲块朝向车桥上表面。
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