CN1392841A - 具有可变径向刚性的弹性接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在扭力状态下工作的弹性接头，包括一个弹性轴套(7)，其内、外圆周表面与该内、外加强件(8)(9)连接而不会有任何滑动，该轴套的构造成使其径向刚性沿三坐标轴(X′、Y、Z′)系统的第一坐标轴(Z′)具有最小值，其第二坐标轴(Y)与该弹性接头(5)的旋转轴重合，至少该轴套(7)两端面(7a和7b)之一具有在该轴套圆周方向上在最小值与最大值之间连续变化的形状，在该端面的内圆周区域上的该形状的最小值和最大值分别相对于该端面外圆周区域上该形状的最小值和最大值偏移一预定的角度。

Description

具有可变径向刚性的弹性接头
本发明总体涉及弹性接头，适合用于但不限于车辆悬挂，特别是一种用于具有两个悬架臂类型的轴的悬挂，该臂的一端支承接纳车轮的轴臂，另一端与一传动轴结合，该传动轴以饺接方式通过一弹性接头的中间体安装在车身上，该弹性接头能够在同时扭转和压缩/拉伸状态下工作，能够起到弹簧支撑和振动或冲击消除器的作用。
本发明特别涉及具有可变径向刚性的弹性接头，其径向刚性沿三坐标轴系统的第一坐标轴具有最小值，其第二坐标轴与该弹性接头的旋转轴重合。在此，“径向刚性”指的是在垂直于该接头旋转轴任何方向上该接头的刚度。通常在该弹性接头用于车辆悬挂的情况下，上述“第一坐标轴”在垂直于或接近垂直于连接在该车身的水平面。在此，“连接于车身的参考水平面”指的是车辆在正常状态下行驶时平行于地面的一平面。
具有可变径向刚性的弹性接头是已知的，特别是从EP0956984中。在所述对比文件中描述的弹性接头具有一个圆筒形的内加强件，一个同心地环绕该内加强件的外加强件，一个用弹性材料制造的轴套，该轴套安装在内外加强件之间，其内外圆周表面与该内外加强件连接而不能有任何滑动。该弹性轴套具有至少一凹陷，最好是两个径向相对的凹陷，它们以这样一种式设置，使得该接头沿上述第一坐标轴具有最小的刚度。每个凹陷至少在该轴套的一端面上敞开，最好在其两端面上，即在第一种情况下，每个凹陷在平行于该接头的轴线的方向上从一侧横过到另一侧。每个凹陷在该轴套的圆周方向上还具有弯曲形状。这种已知的弹性接头的抗疲劳性难于承受其所有的使用状态。
此外，在欧洲专利EP0956984描述的弹性接头中，该弹性接头很难确定其最小径向刚度的方向，特别是当该弹性轴套在扭力下工作时，具有悬挂弹簧作用的弹性接头就属于这种情况。这种困难可认为是该弹性轴套扭曲变形产生的，该变形在该弹性接头承受其设计的额定载荷时改变了该轴套的几何形状。
因此，本发明的目的在于提供一种具有可变径向刚性的弹性接头，能够在压缩/拉伸和扭力状态下工作，并在压缩/拉伸应力和扭转应力下具有改善的抗疲劳性。
本发明的目的还在于提供一种具有可变径向刚性的弹性接头，其径向刚性最小的方向可以很精确。
为此目的，本发明提供了一种具有可变径向刚性的弹性接头，用于同时在压缩/伸拉和扭力状态下工作，特别是用于车辆悬挂，包括一个内加强件，一个环绕该内加强件的外加强件，以及一个用弹性材料制造的轴套，该轴套安装在该内、外加强件之间，并且其内、外圆周表面连接于所述内、外加强件而不会有任何滑动，所述轴套构造成使其径向刚性沿三坐标轴系统的第一坐标轴具有最小值，其第二坐标轴与该弹性接头的旋转轴重合，其特征在于至少该轴套两端面之一具有在该轴套圆周方向上在最小值与最大值之间连续变化的形状，并且这种形状在该端面的内圆周区域上具有至少一最小值和至少一最大值，当无载荷作用于该接头时，它们分别相对于该接头端面外圆周区域上该形状的至少一最小值和至少一最大值偏移一预定的角度。
该预定角度最好这样选择，当该接头承受额定载荷时，内、外加强件彼此相对旋转预定角度，在内和外圆周区域之间的该形状的最小值的几何轨迹和最大值的几何轨迹分别沿三坐标轴系统的第一坐标轴和第三坐标轴近似地径向定向。
最好是在每个内、外圆周区域和在该中间区域中，所述形状沿弹性材料制造的轴套的圆周方向具有两个最小值和两个最大值。
最好是该轴套的两端面具有波纹形状，该波纹形状具有例如接近正弦或准正弦形状。
最好是该第一坐标轴近似垂直连接于该车身的水平面。
在本发明的一个最佳实施例中，该外加强件由一圆筒形套环或套筒构成，它以一预定的角度位置刚性地固定在一支撑件的孔中，该支撑件安装在车身上。
该支撑件可由一纵梁构成，它具有至少一个支撑面，最好两个支撑面，能够与车身上的至少一个相应的支撑面结合，使得在该纵梁固定在车身上以后，该弹性接头的三坐标轴相对于连接在车身的坐标轴系统有预先规定的定向。
本发明的其他特征和优点将在下面结合附图的实施例说明中明确，其中：
图1示意地描述了一车轴，该车轴包含两个本发明的具有可变径向刚性的弹性接头；
图2是在图1的安装在轴上的两弹性接头之一的剖面透视图；
图3是图2的弹性接头的弹性轴套在自由状态的正视图；
图4是沿图3箭头F方向的该弹性轴套的视图；
图5是类似于图3的视图，示出了承受额定扭力时该弹性轴套的形状；
图6是类似于图4的视图，该弹性轴套承受额定扭力；
图7是沿图6的点划线VII-VII的剖面视图；
图8是示出了该轴套处于自由状态时，在其内圆周区域和外圆周区域中的弹性轴套端面之一的波纹形状的曲线图；
图9是示出了该轴套承受额定扭力载荷时，在其内圆周区域和外圆周区域中的弹性轴套端面之一的波纹形状的曲线图；
图10是沿图6的线X-X的剖面视图；
图11是类似于图10的剖面视图，示出了当该弹性轴套承受锥形应力(conical stress)时的变形；
图12是示出了图2的弹性接头透视图，该弹性接头安装在用来固定于车身的纵梁的孔中；
图13是图12中的弹性接头和纵梁的水平截面视图。
参照图1，可看见轴1，更准确地说是后轴，构造成通过支撑3的中间物安装在车身2上。下面将详细描述其一个有益的实施例。在图1中还有连接于该车身的三坐标轴X、Y和Z的系统，该X轴是该车辆的纵向中间轴，该Y轴是一横向轴，它与X轴确定了一个上面提到的参考水平面，该Z轴是垂直轴。
该轴1主要具有两个牵引悬架臂4，它们通过弹性接头5连接于该支撑3，该弹性接头可在压缩/拉伸和扭力状态下以这样一种方式工作，即该两个悬架臂相对于相对该车身2绕与Y轴重合的弹性接头5的轴线6，彼此独立地具有一有限的角度间隙。
在图2中描绘了两个相似的(总体上，对称)的接头5之一。如图2所示，该接头5主要由弹性材料制的轴套构成，设置在一个内圆筒形加强件8和一个外圆筒形加强件9之间，并通过例如已知的粘合技术与该两个加强件刚性固定，而不会有任何滑动。
正如下面将会看到的，每个弹性接头5具有可变的径向刚性，即该径向刚性沿第一优选方向，例如平行于或近似平行于Z轴定向的第一坐标轴具有一最小值，沿另一优选方向，例如平行于或近似平行于X轴定向的另一坐标轴具有一最大值。在这种条件下，该弹性接头5，以一种已知方式，在该支撑3中的弹性接头组件上，具有基准面或基准点(未示出)，分别与该支撑3上相应的基准面或基准点相配合或对齐，以这样一种方式，使弹性接头5沿其有最小和最大径向刚性的基准轴相对该车身2正确地定向。
回到图1，可以看到，每个悬架臂4在相应的弹性接头5侧面支撑一轴11，并在与该接头相对的一端支撑一用于安装车轮13的轴臂12，更准确地说是车辆的后轮。其轴线与该弹性接头5的轴线6以及Y轴成一直线的该两轴11的每一个被刚性地，即不会有任何相对转动地固定在相应弹性接头的内加强件8上。例如该轴11在该内加强件8上的固定可由压配合、胶粘合或本领域已知的其它技术实现。此外，可提供一连接件(未示出)，它通过一U形结构连接两轴11，或通过H形结构连接两臂4。该连接件可具有类似于专利申请EP0,956,984号或WO97/47486所描述的结构。
如上所述，两弹性接头5的每个构造成具有在圆周方向上可变的径向刚性，即该接头的刚性是绕Y轴的径向极角的函数。根据本发明，该径向刚性变化的获得是通过在该弹性轴套的两端面7a和7b之一，最好是两端面，给出一形状，该形状在该轴套的圆周方向上在一最小值和一最大值之间连续变化。如图3所见，该形状可以是一波纹形状，具有，例如，在该轴套7的圆周方向上具有两个最小值和两个最大值的正弦或准正弦形。
由于每个弹性接头5构造成在扭力下工作，以支撑至少部分载荷(车身)，并提供悬挂弹簧功能，如图4和8所示，当该轴套7未承受任何载荷时，在该端面7a或7b的内圆周区域的该波纹形状Pi的两最小值mi和两最大值Mi分别相对在该端面7a或7b外圆周区域的波纹形状Pe的两最小值me和两最大值Me偏移一预定的角度α。如图4所示，在该最小值mi和me之间，该轴套7端面7a或7b波纹形状的最小值的几何形状轨迹14相对于一径向方向倾斜地伸展。类似地，如图4所见，在该最大值Mi和Me之间，该端面7a或7b波纹形状的最大值的几何形状轨迹15相对于另一径向方向倾斜地伸展。
该预定角度α的数值这样选择，使得当该弹性接头5承受一额定载荷，该载荷使例如该内加强件8相对该外加强件9旋转过该角度α时，该轴套7经受扭力，并且以这样一种方式变形，即该端面7a或7b内圆周区域的波纹形状Pi的两最小值mi和两最大值Mi分别径向地与该端面7a或7b外圆周区域的波纹形状Pe的两最小值me和两最大值Me成一直线，如图6和9所示。该轴套7的两端面7a或7b波纹形状的最小值的几何形状轨迹14和最大值的几何形状轨迹15分别沿着连接于每个弹性接头5的三坐标轴X′、Y、Z′系统的两个坐标轴X′和Z′的方向大致径向地定向。该两个坐标轴X′和Z′垂直于两个弹性接头5的Y轴，该轴在图1中也由标号6标示。
确定具有图1中的轴1(安装有两个本发明的弹性接头5)的车辆基准位置和该角度α数值的上述基准载荷，例如，可定义为该车辆正常使用时施加在该轴1的两个车轮13每一个上的载荷。当然该基准载荷对不同类型的车辆是变化的，并且它本身的定义对于不同车辆构造商也可以变化，例如对于四轮车辆，该基准载荷可定义为该车辆净重、各重75KG的两个人体模特、以及相应半满油箱的燃料重量总和的四分之一。
上述弹性接头5的结构，该弹性轴套7轴向长度具有最小值1，该最小值1与该两端面7a或7b波纹形状最小值的几何形状轨迹14相一致的，在由Y和Z′两轴确定的平面内，并具有与该两端面7a或7b波纹形状最大值的形状轨迹15相一致的最大值L，在由X′和Y两轴确定的平面上，分别如图7的左半部和右半部所示。由于该弹性轴套的径向刚性大致上与该轴套的长度成正比，因此在该轴套承受基准载荷时，上述该弹性接头5沿Z′轴具有最小的径向刚性，沿X′轴具有最大径向刚性。
在该轴1支撑3上的两弹性接头5组件上，由于该外加强件9和支撑3的上述基准点和/或基准面，每个接头5的X′和Z′轴被定向，使得分别平行于连接于该车身2的X、Y、Z轴系统的X和Z轴，换言之，X′轴是水平的，Z′轴是垂直的。正是在这个位置，该两弹性接头5在消音性能上是最好的。然而，每个接头5的Z′轴的取向不是绝对垂直的，相对于由连接于该车身2的参考系统的X和Y轴确定的水平面的垂线可在+45°和-45°限度内构成。同样，该轴套7两端面7a或7b的每个的波纹形状的最小值和最大值沿圆周等距倾斜也不是绝对的。
与已知的具有可变径向刚性的弹性接头相比较，本发明的具有可变径向刚性的弹性接头在压缩/拉伸以及扭力下工作具有更好的抗疲劳性。可以理解成，由于两端面7a或7b的每个的波纹形状连续和有规律地变化，导致在使用中该压缩/拉伸应力和扭力应力不是集中在该轴套7的局部区域内，而是使其能在其整个圆周方向上更容易分布在该轴套的芯体上。
此外，上述弹性轴套7的几何形状使允许弹性接头绕X′轴的锥性刚性发生变化。参照图10和11，可以看到，当该弹性接头5承受锥形应力时，在由Y和Z′轴确定的水平面上该轴套7的截面的变形，即该应力使得弹性接头的内加强件8的Y′轴绕该X′轴相对所述接头的外加强件9的Y轴转过一角度θ(图11)。
现参照图12和13，可以看到，用在车身2上的轴1的两弹性接头5之一组件的支撑3的实施例。该支撑3由一纵梁构成，该纵梁可用例如铸造或挤压铝或铝合金件实现，它具有一孔16，通过例如压力配合和/或粘合将该弹性接头5的外加强件9刚性地固定在该孔内。
该纵梁3具有至少一个支撑平面，最好两个支撑平面3a和3b，它们彼此垂直，并用作车身2上的纵梁3组件的基准面。该平面3b垂直于该孔16的轴线，因此也垂直该弹性接头5的Y轴，并用来抵靠车身2的一个垂直支撑面，它平行于由连接在车身2的基准系统的X和Z轴所确定的平面，该纵梁3的另一平面3a，用来抵靠另一支撑面，该支撑面位于车身上并平行于由连接在车身的基准系统的X和Y轴所确定水平面。
该纵梁3还具有两个孔17和18，其轴线分别垂直于该支撑平面3a和3b。该孔17和18用于接纳将该纵梁3固定在上述车身的支撑面上的螺钉或螺栓。
弹性接头5沿其具有最小径向刚性的Z′轴可以相对于车身2定位在所需要的方向上，特别是相对连接于该车身相的参考系统的Z轴，该弹性接头5最好具有一标记19，用于在该弹性接头5插入该纵梁3的孔16时，与在该纵梁3(图12)上的标记21位置相重合。该标记19可例如以一相应于该波纹形状的两最小值me之一(图6)的角度位置，位于该轴套7端面之一的外圆周上。
无需说明，本发明的上述实施例只是说明的方式，并非限定的例子，而且本领域技术人员不脱离本发明构思可作出许多改变。特别是虽然弹性轴套7具有一纵向截面，它最好是接近梯形的纵向截面形状，其较大的底部适合位于该内加强件8的侧面，并且较小的底部适合位于该外加强件9的侧面上，并且具有在端面7a或7b上的内圆周凸缘7c与7d和外圆周凸缘7e与7f，如图2所示，但轴套7的纵向截面例如可以是矩形。
此外，该弹性轴套每个端面圆周方向形状的最大值和最小值的数量不一定非等于2，该数量可以等于1或大于2，这取决于所希望的该弹性轴套沿其具有最小径向刚性和最大径向刚性的径向方向的数量。
另外，尽管如图8和9所示，该轴套7外端面7a和7b内圆周区域中的波纹形状Pi的峰-峰值(最小值和最大值的幅差)等于或近似等于该外端面7a和7b外圆周区域中的波纹形状Pe的峰-峰值，该波纹形状PI和Pe可具有不同的峰-峰值，并且在极端的情况下，该波纹形状PI和Pe之一可以具有零或近似为零的峰-峰值。
再者，为了获得可变的径向刚性，在该轴套圆周方向上连续的轴套表面或端面波纹形状可以与该轴套圆周方向上连续变化的径向厚度相结合，使得该加强件8和9至少一个的截面形状不限于圆形，而可以是椭圆形或卵形。

Claims (9)

1.一种具有可变径向刚性的弹性接头，用于同时在压缩/拉伸和扭力状态下工作，特别是用于车辆悬挂，包括一个内加强件(8)，一个环绕该内加强件的外加强件(9)，以及一个用弹性材料制成的轴套(7)，该轴套设置在该内、外加强件之间，并且其内、外圆周表面连接于该内、外加强件而不会有任何滑动，所述轴套这样构成，使其径向刚性沿三坐标轴(X′、Y、Z′)系统的第一坐标轴(Z′)具有最小值，其第二坐标轴(Y)与该弹性接头(5)的旋转轴(6)重合，其特征在于该轴套(7)的两端面(7a和7b)的至少一个具有在该轴套圆周方向上在最小值与最大值之间连续变化的形状，并且在所述端面的内圆周区域上的该形状(Pi)具有至少一最小值(mi)和至少一最大值(Mi)，当无载荷作用在该接头上时，它们分别相对于所述端面外圆周区域(7a或7b)上该形状(Pe)的至少一最小值(me)和至少一最大值(Me)偏移一预定的角度(α)。
2.根据权利要求1的弹性接头，其特征在于，该预定角度(α)选择为，当该接头(5)承受额定载荷时，该额定载荷时使内加强件(8)、外加强件(9)彼此相对旋转所述预定角度，在所述内圆周区域和外圆周区域之间的该形状的最小值的几何轨迹(14)和最大值的几何轨迹(15)分别沿三坐标轴系统的第一坐标轴(Z′)和第三坐标轴(X′)的方向近似地径向定向。
3.根据权利要求1或2的弹性接头，其特征在于，在每个内圆周区域和外圆周区域和该中间区域中，所述形状(Pi、Pe)沿弹性材料制成的轴套(7)的圆周方向具有两个最小值和两个最大值。
4.根据权利要求1至3中任一项的弹性接头，其特征在于，该轴套(7)的两端面(7a和7b)具有波纹形状。
5.根据权利要求1至4中任一项的弹性接头，其特征在于，该波纹形状具有近似的正弦形状或准正弦形状。
6.根据权利要求1至5中任一项的弹性接头，其特征在于，该第一坐标轴(Z′)近似地垂直于连接在该车身的水平面。
7.根据权利要求1至6中任一项的弹性接头，其特征在于，该外加强件(9)由一圆筒形套环或套筒构成，它以一预定的角度位置刚性地固定在一支撑件(3)的孔(16)中，该支撑件(3)固定在车身(2)上。
8.根据权利要求7的弹性接头，其特征在于，该支撑件是一纵梁，它具有至少一个支撑面，最好两个支撑面(3a、3b)，能够与在车身(2)上的至少一个相应的支撑面配合，使得在该纵梁固定在车身上以后，该弹性接头(5)的三坐标轴(X′、Y、Z′)与连接于车身的一坐标轴(X、Y、Z)系统有预先规定的定向。
9.一种车辆悬挂，包括两个在扭力状态下工作的弹性支承接头，其特征在于，每个该弹性接头是根据权利要求1至8之一的弹性接头。
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