CN111532094B - 车辆刚性轴及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆刚性轴(8)以及用于制造这种车辆刚性轴(8)的方法，车辆刚性轴(8)具有在其端部分别布置有轴颈(16)或轮架的轴梁(2)，具有刚性地附接至轴梁(2)的至少两个拖臂(12)，并且具有分配给相应拖臂(12)的至少一个弹簧支架(19)，用于支承空气悬架波纹管。根据本发明，通过由在其间形成中空体(26)的、彼此连接的两个壳体元件(4、6)形成在两个拖臂(12)之间延伸的轴梁区段(10)、与轴梁区段(10)邻接的拖臂(12)以及与拖臂(12)相关联的弹簧支架(14)，提供结构上简化的车辆刚性轴(8)。根据本发明的替代性方面，弹簧支架(14)由形成在两个拖臂(12)之间延伸的轴梁区段(10)的中空体(26)的下壳体元件(4)形成，并且弹簧支架(14)布置成使得轴梁区段(10)的中心纵向轴线(A)穿过安装在弹簧支架(14)上的空气悬架波纹管。在根据本发明的方法中，形成由片状金属制成的两个壳体元件(4、6)并将其联结在一起以形成中空体(26)，从而形成在两个纵向控制臂(12)之间延伸的至少一个轴梁区段(10)、邻接的拖臂(12)和一个弹簧支架(14)。

Description

车辆刚性轴及其制造方法
技术领域
本发明涉及车辆刚性轴。这种车辆刚性轴分别从DE 101 40 856B4和DE 102 31337B3已知。
背景技术
在上述车辆刚性轴的实例中，横向于车辆方向延伸的管状轴梁焊接到由壳形中空体形成的车轴引导件，该车轴引导件的一端焊接到轴承套，而其另一端形成用于连接轴梁和轴颈的环形连接表面，轴梁和轴颈通过焊接各自连接至形成车轴引导件的中空体。该车轴引导件还具有用于弹簧支架的连接表面。弹簧支架包括上片状金属带和下片状金属带以及设置在它们之间并通过与所述带焊接而固定的腹板。该弹簧支架焊接到车轴引导件。弹簧支架基本上在车轴引导件的延伸部中延伸。因此，对于轴梁，在相对于其纵向轴线的一侧上设置有轴承套以在一端支承拖臂，并且在另一侧上设置有在其上支承空气悬架波纹管的弹簧支架。
先前已知的车辆刚性轴的制造是复杂的。它需要大量的成形和联结步骤。另外，在轴梁的纵向轴线与弹簧支架之间形成杠杆臂，这使得所产生的车轮垂直力被分离至由环形连接表面和弹簧支架支承的车轴和空气弹簧中。这种分离相应导致不利的底盘力的非弹性引入。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种完全或部分地避免前述缺点的以上提及类型的车辆刚性轴。
为了解决这个问题，本发明提出了车辆刚性轴，其具有轴梁、至少两个拖臂和至少一个弹簧支架，在所述轴梁的端部处分别布置有轴颈和轮架，所述至少两个拖臂刚性地附接至所述轴梁，所述至少一个弹簧支架分配给相应的拖臂，用于支承空气悬架波纹管，在所述两个拖臂之间延伸的至少一个轴梁区段、与所述轴梁区段邻接的拖臂以及分配给所述拖臂的弹簧支架由两个壳体元件、形成，所述两个壳体元件、彼此连接，并在它们之间形成中空体，并且所述弹簧支架由形成在所述两个拖臂之间延伸的至少一个轴梁区段的中空体的下壳体元件形成，并且支承所述空气悬架波纹管的所述弹簧支架设置在所述中空体内，并布置成使得所述轴梁区段的中心纵向轴线穿过安装在所述弹簧支架上的空气悬架波纹管。
根据与设备相关的解决方案的第一方面，车辆刚性轴具有由彼此连接的两个壳体元件形成的中空体。这些壳体元件通常通过对片材进行成形加工而形成，优选通过深拉成形来形成。中空体和相应的两个壳体元件单独形成轴梁区段、邻接的拖臂和分配给拖臂的弹簧支架。轴梁区段可以仅构成整个轴梁的一半。因此，两个上述中空体本身可以在将其轴梁区段焊接在一起时形成车辆刚性轴的基本结构部件。可选地，可以由两个壳体元件形成均匀的轴梁，然后这两个壳体元件整体地形成至少两个纵向梁以及分配给这些纵向梁的弹簧支架。由此，形成了这样一种车辆刚性轴：除了中空体和焊接到其上的某些附件(这将在下面更详细地讨论)之外，该车辆刚性轴仅需要在端部处焊接轴颈，以形成适于安装在卡车底盘上的车轴元件。不言而喻，该车轴元件理应装配有通常的功能零件，即，空气悬架波纹管、减震器和用于拖臂的端部枢轴轴承的部件。
在任何情况下，根据本发明的车辆刚性轴可以利用比现有技术更少的部件进行制造。由两个壳体元件形成的中空体，优选地通过成形加工而形成的中空体，还减少了焊缝的数量，从而弱化了刚性轴的机械性。优选地，在车辆的车辆刚性轴的、经受弯曲应力的中性纤维中进行焊接，这进一步降低了因焊接而导致中空体过于脆弱的风险。
此外，中空体提供了将弹簧支架布置在中空体内部的可能性。这种布置使得轴梁的中心纵向轴线穿过安装在弹簧支架上的空气悬架波纹管。这样装配防止因空气悬架波纹管在侧部处支承过多而引入显著弯曲的力矩，引入显著弯曲的力矩进一步增加车辆刚性轴上的负载，并且可能导致不被期望的振动。中空体不一定形成拖臂、弹簧支架和轴梁区段。相反，根据本发明，弹簧支架由形成在两个拖臂之间延伸的轴梁区段的中空体的下壳体元件形成。相应的轴梁区段不需要形成车辆刚性轴的轴梁在相对的拖臂之间的长度的一半或全部。相反，轴梁区段也可以仅由处于拖臂的水平处的那些区域形成。轴梁区段可以焊接到单独的管状轴梁。可以设想中空体的各种设计。因此，中空体可以单独形成弹簧支架和拖臂，并且如从前面提到的现有技术已知的那样，可以形成用于将管状轴梁和轴颈连接在一起的相应管状连接区域。然而，优选地，中空体被设计成具有上述特征。
优选地，两个可选方案的中空体应形成相对于车轴引导件与轴梁相对的轴颈连接区段，该轴颈连接区段连接至轴颈或轮架。该轴颈连接区段通常由两个壳体元件形成，并且规则地具有与轴颈的截面几何形状对应的截面几何形状。轴颈连接区段优选地形成有截面。
为了进一步减少制造车辆刚性轴所需的元件的数量，根据本发明优选的进一步发展，提出了将下壳体元形成为具有与空气悬架波纹管连接的柱塞。例如在DE 102 06 017A1中，对这种柱塞有所描述。它用于引导和保持空气悬架波纹管，并且通常是圆柱形的。优选地，柱塞是下壳体元件的部件，并且当壳体元件由平坦的片状金属形成时，柱塞与下壳体元件形成为一体。然后，柱塞是通过弯曲形成的均匀壳体元件的一段。
优选地，柱塞由稳固地联结到下壳体元件的一段和从具有相同形状的壳体元件(其随后形成上壳体元件)中切出的另一柱塞段组成。这能实现节约型制造，因为形成中空体的两个壳体元件首先是通过相同的成形加工操作形成的，并且仅通过将它们进行切除而使之不同，由此形成下壳体元件和上壳体元件。此外，所使用的材料以可能的最佳方式来使用。通过切出柱塞段，在上壳体元件上形成通向中空体内部的弹簧支架的空气弹簧接纳开口。柱塞定位成与该空气弹簧接纳开口相对，并且其高度通过联结两个柱塞段而基本上加倍。
关于节省成本且相对减轻重量而不损失强度的设计，根据本发明优选的进一步发展，提出了由具有变化的壁厚的片材形成下壳体元件和/或上壳体元件。这种片材可以通过轧制或联结不同厚度的片材段来制备。片状金属段通常通过将它们焊接在一起而被联结。仅将以这种方式制备的片材坯料进行成形加工和焊接。如果需要，例如，需要为中空体上的阻尼器元件提供插入式开口，则从以这种方式生产的壳体元件切下一些片段。否则，仅执行焊接工艺以由两个壳体元件形成中空体，如果需要，执行焊接工艺将由弯曲的片状金属形成的另一轴承元件和/或以标准方式形成的关节轴承的轴承套与中空体联结。
优选地，上述用于支承阻尼器元件的轴承元件具有用于阻尼器元件的铰接轴承的轴承，其设置在中性纤维的水平处。这还简化了车辆刚性轴在操作过程中的负载情况。
因此，本发明提供了一种显著简化的车辆刚性轴，其负载可以通过引入大约在轴梁的中心纵向轴线水平处的空气悬架波纹管的支承力而被进一步简化。不言而喻，车辆刚性轴以常规方式进行设计，即，轴梁形成具有相关联的空气悬架波纹管的弹簧支架以及处于其相对端处的拖臂。该单元的结构部件可以包括一个中空体或焊接在一起的两个中空体，两个中空体通常相同或至少对称地成形。只有通常被车床加工以安装滚动轴承的轴颈必须焊接到该中空体。然而，中空体或两个中空体通常不被车床加工。起作用的表面仅通过对所使用的半成品(片状金属)进行设计或通过对片状金属进行成形加工而形成。片材可以通过诸如火焰切割的其它过程来被穿孔或凹陷。中空体通常不被机械加工。
附图说明
本发明进一步的有益效果和细节由以下结合附图对实施方式的描述得出：
图1示出了本发明的车辆刚性轴的实施方式的立体侧视图；
图2示出了根据图1的刚性轴的下壳体元件的立体俯视图；
图3示出了根据图1的刚性轴的上壳体元件的立体俯视图；
图4示出了在焊接到车辆刚性轴的其它部件上之后的、如图2所示的下壳体元件的立体图；
图5示出了下壳体元件在拖臂的纵向方向上的剖视图；
图6以放大的视图示出了图5中所圈出的凹口的细节；
图7以放大的视图示出了图8中所圈出的凹口的细节；以及
图8示出了根据图2或图4的下壳体元件的俯视图。
具体实施方式
附图示出了由附图标记2标记的轴梁，该轴梁通过将下壳体元件4和上壳体元件6联结而形成。两个壳体元件4、6通过焊接而被联结在一起，以形成轴梁2。连接线通常在轴梁2上的弯曲负载的中性纤维中延伸。
两个壳体元件4、6一起形成轴梁区段10、拖臂12和弹簧支架14。图1仅示出了整个车辆刚性轴8的一半。轴梁区段10的远端位于车辆的中心纵向轴线上，规则地位于卡车拖车的中心纵向轴线上。因此，在标记为L的纵向轴线的另一侧上，重复图1中其向左示出的结构。
在相对于弹簧支架14与轴梁区段10相对的一侧上，焊接有轴颈16，该轴颈16装配有常规形状的制动器安装凸缘18。轴颈16通过摩擦焊接连接至轴颈连接区段20，轴颈连接区段20一半由上壳体元件4形成，一半由下壳体元件6形成。
轴承套22焊接到拖臂12的远端，其容纳常规设计的关节轴承24的其它部件。
如具体在图2和图3中示出的那样，轴梁2在所联结的壳体元件4、6之间形成由附图标记26标记的中空体，使得轴梁区段10和轴颈连接区段20终止于具有圆形截面的中空管。拖臂12也作为在端部处逐渐变细的中空体被焊接到轴承套22。
图2和图3中所示的深拉成形的壳体元件4和6中的任一个可以形成仅具有一个拖臂12和弹簧支架14的轴梁的一半以及轴颈连接区段20的一半。然而，相应的壳体元件4、6也可以相对于纵向轴线L对称地成形，并相应地形成轴颈连接区段20、与其相邻的拖臂12以及分配给拖臂12的弹簧支架14。
通过这种方式，可以通过深拉成形和一些精加工步骤(在下文对此进行更详细的说明)简单且经济地生产轴梁2。用于制造下壳体元件和上壳体元件的起始材料(即，待深拉成形的片材)具有变化的壁厚，以对应于轴梁2上的不同应力。例如，拖臂12通常由比轴梁区段10或轴颈连接区段20薄的片材制成。例如，可以通过轮廓轧制(连续变截面板，TailorRolled Blank，TRB)或通过焊接具有不同壁厚的片材来制备不同的片材厚度。车轴引导件12的壁厚比区段10和20的壁厚小2mm至4mm。例如，形成拖臂12的片材可以具有8mm的厚度，而区段10、20形成有约10mm的壁厚。
如图2和图3所示，最初通过成形加工而形成与下壳体元件4相同的上壳体元件，借此将下壳体元件4的基座部(在图2中由附图标记28进行标记)切除来形成设置在上壳体元件6上的中心空气弹簧接纳开口30。在所示的实施方式中，下壳体元件4具有圆柱形柱塞32，其功能以及与空气悬架波纹管(air-suspension bellow)(未详细示出)的相互作用遵循常规设计。在这方面，例如，可以参考DE 102 06 017A1。在这种情况下，柱塞32单独通过深拉成形而形成。然而，也可以在两个壳体元件4、6的深拉成形过程中形成相同形状的柱塞区段，并且可以将通过切割上壳体元件6的基座部而获得的柱塞区段与和下壳体元件4相关联的柱塞区段相连接，从而获得具有期望的轴向高度的柱塞。以这种方式，用于制造壳体元件4、6的材料可以以可能的最佳方式来使用。还可以在不需要通过深拉成形形成相当大的高度的情况下，制造具有足够轴向高度的柱塞，这对深拉成形工具的使用寿命具有积极的影响。
在图3所示的上壳体元件6的实例中，不仅将基座部28切除。而是，也在拖臂12的上边界表面中切割出插入式开口34，其中，阻尼器元件(未示出)接合在该插入式开口34中，该阻尼器元件如在现有技术中所公知的那样以本身已知的方式与附接至车辆的轴承轮辋或附接至其上的杆相互作用。因此，详细描述了在对下壳体元件进行深拉成形之后的进一步处理步骤。图1和图7示出了另一凹口36，通过与拖臂12相对的壳体元件4、6中的每个来形成所述凹口36的一半。该凹口36可以在两个壳体元件4、6的深拉成形过程中形成，并且当浮动卡钳制动器由于制动器磨损而远离制动盘移动时，该凹口36容纳浮动卡钳制动器的可移动制动汽缸的外周区段。
如图2所示，下壳体元件在形成拖臂12的相对侧壁上设置有相对的固定孔38，所述固定孔38用于固定图4中利用附图标记40标记的轴承元件。轴承元件40是大致U形的，轴承元件40的相对的支腿部42的自由端大致平行于拖臂12的侧壁延伸，但相对于这些侧壁的内表面向内偏移，并设置有轴承孔44以接纳未示出的阻尼器元件，其另一端连接至车辆侧轴承块或用于车辆侧轴承块的杆。如图5所示，该轴承孔44位于两个壳体元件4、6的联结平面中。轴承元件40被制造为一片弯曲的金属片，并且在将上壳体元件6放置在下壳体元件4上并因此被焊接之前，通过沿着固定孔38的内圆周表面进行环形焊接而连接至下壳体元件4。通过空气弹簧接纳开口30完成阻尼器元件在轴承元件40上的安装。
图8示出了下壳体元件4的几何细节。柱塞32的中心点(标记为M)相对于轴梁2的中心纵向轴线A在延伸方向上偏移，并且相应地在车轴引导件12的方向上偏移。在这种情况下，偏移量V大约为50mm。然而，如可以在根据图6的平面图中看到的那样，轴梁2的中心纵向轴线A与柱塞32的凸起接触区域相交。因此，轴梁区段10的中心纵向轴线A穿过安装在弹簧支架14上的空气悬架波纹管。中空体26内的弹簧支架14的设计能够实现这种设计，这导致较低的簧下质量(unsprung mass)。然而，在根据DE10140856B4的现有技术中，例如，空气悬架波纹管布置在距离轴梁的中心纵向轴线相当远的距离处，因此支承空气悬架波纹管的弹簧支架也用作中心纵向轴线与空气悬架波纹管的力施加点之间的弯曲弹簧，在本发明中，空气悬架波纹管大致位于中心纵向轴线A上。波纹管的支承相应地处于与轴梁2大致相同的水平处，并因此在轴梁2上施加轴向负载。
图8还示出了完全成形的轴梁区段10和轴颈连接区段20的旋转对称的截面。这两个区段设置成彼此同轴，且优选地具有圆形截面。区段10、20二者的直径彼此对应。假设下壳体元件4和上壳体元件6仅形成图中所示的车辆刚性轴的“一半”，则这两个半部可以例如通过摩擦焊接在纵向轴线L的区域中焊接在一起。
附图标记列表
2轴梁
4下壳体元件
6上壳体元件
8车辆刚性轴
10 轴梁区段
12 拖臂
14 弹簧支架
16 轴颈销
18 制动器安装凸缘
20 轴颈连接区段
22 轴承套
24 关节轴承
26 中空体
28 基座部
30 空气弹簧接纳开口
32 柱塞
34 插入式开口
36 凹口
38 固定孔
40 轴承元件
42 支腿部
44 轴承孔
A中心纵向轴线
L纵向轴线
M柱塞32的中心
V偏移量

Claims (14)

1.车辆刚性轴(8)，其具有轴梁(2)、至少两个拖臂(12)和至少一个弹簧支架(14)，在所述轴梁(2)的端部处分别布置有轴颈(16)和轮架，所述至少两个拖臂(12)刚性地附接至所述轴梁(2)，所述至少一个弹簧支架分配给相应的拖臂(12)，用于支承空气悬架波纹管，
其特征在于，
在所述两个拖臂(12)之间延伸的至少一个轴梁区段(10)、与所述轴梁区段(10)邻接的拖臂(12)以及分配给所述拖臂(12)的弹簧支架(14)由两个壳体元件(4、6)形成，所述两个壳体元件(4、6)彼此连接，并在它们之间形成中空体(26)，并且
所述弹簧支架(14)由形成在所述两个拖臂(12)之间延伸的至少一个轴梁区段(10)的中空体(26)的下壳体元件(4)形成，并且支承所述空气悬架波纹管的所述弹簧支架(14)设置在所述中空体(26)内，并布置成使得所述轴梁区段(10)的中心纵向轴线(A)穿过安装在所述弹簧支架(14)上的空气悬架波纹管。
2.根据权利要求1所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述中空体(26)由下壳体元件(4)和上壳体元件(6)形成，所述下壳体元件(4)和所述上壳体元件(6)在所述车辆刚性轴的经受弯曲应力的中性纤维的水平处焊接在一起。
3.根据权利要求2所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述两个壳体元件(4、6)形成中空体(26)，所述中空体(26)形成在所述两个拖臂(12)之间延伸的轴梁(2)、至少两个拖臂(12)以及与其相关联的所述弹簧支架(14)。
4.根据权利要求3所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述中空体(26)形成轴颈连接区段(20)，所述轴颈连接区段(20)相对于所述拖臂(12)与所述轴梁(2)相对，所述轴颈连接区段(20)连接至所述轴颈(16)或所述轮架。
5.根据权利要求3所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述下壳体元件(4)形成与所述空气悬架波纹管协作的柱塞(32)，所述空气悬架波纹管连接至所述柱塞(32)。
6.根据权利要求2所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述下壳体元件(4)和所述上壳体元件(6)首先通过深拉成形制造为相同的零件，并且其特征在于，在深拉成形之后，与空气悬架波纹管协作的柱塞(32)形成在所述下壳体元件(4)上。
7.根据权利要求6所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述下壳体元件(4)和所述上壳体元件(6)由具有变化的壁厚的金属板形成。
8.根据权利要求7所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述拖臂(12)的壁厚比所述轴梁(2)和/或轴颈连接区段(20)的壁厚更小，其中，所述轴颈连接区段(20)相对于所述拖臂(12)与所述轴梁(2)相对。
9.根据权利要求2所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，所述中空体(26)具有用于阻尼器元件的插入式开口(34)。
10.根据权利要求9所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，在所述中性纤维的水平处设置有轴承，用于铰接安装所述阻尼器元件。
11.根据权利要求10所述的车辆刚性轴(8)，其特征在于，轴承元件(40)由弯曲的片状金属形成，并连接至所述下壳体元件(4)，用于铰接安装所述阻尼器元件。
12.一种用于制造车辆刚性轴(8)的方法，所述车辆刚性轴(8)具有轴梁(2)、至少两个拖臂(12)和至少一个弹簧支架(14)，在所述轴梁(2)的端部处分别布置有轴颈(16)和轮架，所述至少两个拖臂(12)刚性地附接至所述轴梁(2)，所述至少一个弹簧支架(14)分配给相应的拖臂(12)，用于支承空气悬架波纹管，
其特征在于，
形成由片状金属制成的两个壳体元件(4、6)，并将所述两个壳体元件(4、6)彼此连接，具体将二者焊接，以形成中空体(26)，从而形成在所述两个拖臂(12)之间延伸的至少一个轴梁区段(10)、与所述轴梁区段(10)连接的拖臂(12)以及一个所述弹簧支架(14)，并且
所述两个壳体元件(4、6)首先成形为相同的部件，并且将一个部件的包括所述弹簧支架(14)的区段切掉以将支承所述空气悬架波纹管的所述弹簧支架(14)设置在所述中空体(26)内，以形成上壳体元件(6)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述壳体元件(4、6)中的至少一个由具有变化的厚度的片状金属形成。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，两个部件均形成有柱塞段，并且与所述上壳体元件(6)分开的柱塞段连接至另一部件的柱塞段，以形成下壳体元件(4)。
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