CN1697740A - 工字梁结构汽车悬架臂 - Google Patents

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Abstract

一种车辆悬架臂(10)，它包括：一上部金属板模压部件(11)，其具有一第一外表面和一第二内表面(19)，并包括一具有两个相对侧面的第一中央梁腹部分(17)和位于该第一梁腹部分的相对侧面处的第一直立凸缘部分(13)；一下部金属板模压部件(12)，其具有一第二外表面和一第二内表面(19)，并包括一具有两个相对侧面的第二中央梁腹部分(17)和位于该第二梁腹部分的相对侧面处的第二直立凸缘部分(13)；该第一和第二内表面(19)适于沿该第一和第二梁腹部分(17)的基本部分彼此接触；该上部和下部模压部件(11、12)适于彼此刚性连接，以产生一工字梁结构型材，其中每一直立凸缘部分(13)的厚度至少等于第一和第二梁腹部分(17)的组合厚度。

Description

工字梁结构汽车悬架臂
技术领域
本发明涉及一种汽车悬架部件的制造工艺，尤其涉及那些要求高的刚度重量比和高的强度重量比的部件。特别是，本发明涉及一种汽车悬架臂。
背景技术
大多数现代公路车辆利用一些悬架系统将客室与由于路面的不规则引起的车轮干扰隔离。这些悬架系统通常包括一些形式的储能介质例如弹簧、一控制弹簧运动的装置例如阻尼器、以及一控制车轮运动动态的连接装置。这些部件的这种组合被构造成允许车辆轮以可控方式上提并越过公路不规则处。该连接装置的最常用形式为四杆机构，其由芯轴组件、车体以及两个通常称作控制臂的可枢转结构元件构成。
图1图解了一常用现有技术中的四杆机构。控制臂(1)(2)相对于车体(4)定位并引导芯轴组件(3)的运动。芯轴组件承载车轮、轮胎、轴承组件和制动器组件，其总体上被称作车辆的簧下质量(5)。该簧下质量也包括控制臂重量的一部分。因为具有簧下质量越过道路表面干扰运动时的重要能量，优选尽可能地减小该子组件的组合重量。另外，由于车辆的操作特性直接取决于未支承于弹簧上的部件的受控运动，因此控制臂必须具有足够的刚度和强度，以抵抗施加在其上的实际负荷。
因此，重要的是，当被施加负荷时，悬架控制臂应足够坚固且刚硬，以良好地工作，同时重量轻，以减小簧下质量。减小重量通常导致强度和刚度的降低。极大的灵敏性要求设计具有减轻的重量但具有等效结构性能特性的部件。施加在悬架控制臂上的工作负荷是不连续的，并且易于理解，因此不均匀的结构可以被研制，以在应用中所要求的方向和位置上提供可选的刚度和强度。根据本体安装件的结构与芯轴的关系，车辆悬架控制臂通常被构造为在平面图(俯视图)中呈“A”或“L”形结构。在任一种情况下，主要的诱发负荷位于“A”或“L”形结构的平面中，因此要求高的面内刚度。抵制这些诱发负荷的最有效的形状要求位于环绕“A”或“L”形结构的边缘处的材料高度集中，以使该区域的面内第二力矩(惯量)最大化。图2图解了一常用现有技术中的“L”形悬架控制臂(8)，其具有围绕着便于通过铸造加工工艺形成的该结构的边缘的高度集中的材料。该结构与普通结构型材的应用实践相一致，其中在该结构型材的应用实践中，工字梁被认为是承载弯曲负荷的最有效方式。工字梁结构在远离矩心或中性轴的截面末端集中材料。图2A为一典型现有技术、即图2中的铸造“L”形悬架控制臂的工字梁的横截面视图。工字梁的相对末端被称为凸缘(6)，同时单一的中间部分被称为梁腹(7)。具有至少与梁腹一样的厚度的凸缘是有利的，以充分实现工字梁的结构优势。
优化控制臂结构为非均匀形状的需求促使采用大量的复杂制造工艺。与车辆控制臂结构相关的大多数常用制造方法是铸造、锻造以及将压制金属模压件焊接成子组件。由于所涉及的复杂形状，几乎不可能通过简单的压制成形金属模压件制造优化的车辆控制臂。
在其结构中采用压制成形金属模压件的大多数悬架控制臂被构造成封闭的盒状截面。图3图解了由两个U形压制成形金属模压件构成的一典型悬架控制臂的截面。这种类型的结构型材在抗弯曲负荷方面远不及工字梁有效并且要求材料的显著重叠，以利于所需的角焊缝接头。该材料的重叠在结构上最终是多余的，并导致比可选择的铸造或锻造结构更重的结构。
Kusama等的美国专利No.5,662,348公开了一种由压制成形部件制造的悬架臂。该专利请求保护—宽范围的、所有针对以与诱发负荷相适应的方式强化车辆悬架控制臂的不同型材(或截面)结构。然而，该专利没有教导用压制成形工艺生产真正的工字梁型材的方法。
工字梁型材的使用在悬架臂技术中是已知的，并通常涉及如图2和2A中所示的利用铸造或锻造工艺的制造过程。然而，利用背对背放置并凸焊在一起的两个杯状压制成形的模压件以形成一具有所要求平面视图形状的工字梁型材已经成为一种习惯作法。尽管通过这种方式将两个相对简单的模压件结合在一起可以生产出工字梁，但是其中的凸缘厚度只有梁腹厚度的一半，这导致了不良的结构性能。图4图解了由两个杯状压制成形的模压件构成的一典型现有技术的工字梁悬架控制臂的横截面视图。重点指出的是，该现有技术中的制造工艺表明当梁腹具有双倍材料厚度时，凸缘只具有单倍材料厚度。这不是最佳的结构形式。
发明内容
因此，生产一种采用低成本制造工艺(例如金属板压制成形)在维持相对低质量的同时能够提供高的固有刚度和强度的悬架控制臂是有利的。已经证实，对于例如汽车工业中所涉及的大量生产应用而言，金属板压制成形是制造结构部件最节省成本的方法。几乎每一目前生产的车辆均采用了几乎完全由压制成形工艺制造的铝或钢模压件的本体结构和可选副架。因此，本发明的目的是在车辆悬架控制臂的制造中利用金属压制成形技术。
在本发明的一实施例中，通过将两个复杂的压制成形模压件焊接在一起以形成一高效工字梁型材的方式构造一车辆悬架控制臂。每一模压件被构造成具有恰当的平面图形状，即“A”、“L”形或适于应用的其它形状，并形成为具有在其上完全折回以有效地加倍其厚度的直立凸缘的杯状型材(或截面)。该两个模压件随后背对背地放置在一起并沿其自由外周边焊接。该结构的一关键方面是该折叠直立凸缘的修整边(外侧边)留出一恰当的间隙，以利于高质量的四种材料的焊接。换句话说，该焊接沿着该部件的每一外周边既将两个梁腹部分连接在一起，又将两个凸缘部分连接在一起。由于凸缘和梁腹基本上具有相同的厚度，最终组件具有有利的工字梁结构截面。
因此，一种车辆悬架臂包括：一上部金属板模压部件，其具有一第一外表面和一第一内表面，并包括一第一中央梁腹部分和位于所述第一梁腹部分的相对侧的第一直立凸缘部分；一下部金属板模压部件，其具有一第二外表面和一第二内表面，并包括一第二中央梁腹部分和位于所述第二梁腹部分的相对侧的第二直立凸缘部分；所述第一和第二内表面适于沿着所述第一和第二梁腹部分的基本部分彼此接触；所述上部和下部模压部件适于彼此刚性连接，以形成一工字梁结构型材，其中每一直立凸缘部分的厚度至少等于第一和第二梁腹部分的组合厚度。
在本发明的进一步方面中：
a)该上部和下部模压部件由具有均匀厚度的金属板压制成形，并且每一直立凸缘部分包括所述金属板的一完全折回节段，由此每一直立凸缘部分的厚度至少为每一梁腹部分的厚度的两倍；
b)该上部模压部件和下部模压部件由铝板、钢板或类似金属材料板压制成形；
c)该上部模压部件和下部模压部件通过焊接、螺栓连接、铆接、粘接或类似的固定方式以彼此背对背的结构形式刚性连接；
d)该上部模压部件和下部模压部件这样构造，以使得当它们沿所述第一和第二内表面接触放置时将沿一外周连接边形成一间隙，以适于便于形成一高质量的焊缝(或焊接头)，该焊缝将对焊和角焊结构相结合，以将上部和下部部件的四种材料表面连接在一起，所述上部和下部部件通过所述焊缝彼此刚性连接；
e)该上部模压部件和下部模压部件通过横跨相应第一和第二梁腹部分的凸焊沿所述第一和第二内表面以背对背的形式彼此刚性连接；
f)该上部模压部件被构造成在该第一梁腹部分的预定点处具有一第一突出孔，并且该下部模压部件被类似地构造成在第二梁腹部分中具有一第二突出孔，这样，当上部和下部模压部件彼此刚性连接时，该第一和第二突出孔对准，从而产生一适宜的结构，以接收一芯轴组件的球窝接头；
g)在完全折回的凸缘中引入至少一个不连续(或中断)部，从而产生一适宜的结构，以接收车体附件。
附图说明
图1是一常用四杆机构车辆悬架系统的透视图；
图2是一典型现有技术的铸造悬架控制臂的透视图；
图2A是图2中的典型现有技术的悬架控制臂的剖视图；
图3是一典型现有技术的模压悬架控制臂的剖视图；
图4是一典型现有技术的悬架控制臂的模压工字梁型材的剖视图；
图5是本发明的悬架控制臂的透视图；
图6是本发明的悬架控制臂的分解透视图；
图7是本发明的悬架控制臂的典型剖视图；
图7A是本发明的悬架控制臂的典型分解剖视图；
图8是包括有焊缝的细节的本发明的悬架控制臂的一优选实施例的典型剖视图。
具体实施方式
参考图5、6、7、7A和8，一车辆悬架控制臂(10)基本上由一上部模压部件(11)和一下部模压部件(12)构成。该上部和下部模压部件均以这样的方式制造，即将钢、铝或其它适宜的金属或合金的平板压制成根据该车辆悬架几何形状要求所确定的所需平面视图形状。另外，在压制过程中，该上部和下部模压部件均被构造具有一包含有直立凸缘(13)的杯状横截面，其中在该直立凸缘(13)中，材料被完全折回在其自身上，以在该区域上有效地使该截面的厚度加倍。具有双倍材料厚度的该完全折回的凸缘(13)环绕着该模压部件中除了要求特殊结构以利于车体附件(14)(15)和芯轴附件(20)的安装的局部区域以外的整个外周。
通过利用螺栓连接、焊接、胶粘、铆接或类似的固定方式将上部模压部件(11)和下部模压部件(12)以背对背的形式刚性连接而完成最终的悬架控制臂结构(10)。由两个模压部件背对背连接而产生的典型型材在图7的横截面视图中示出。通过这种方式，形成一高效的工字梁型材，其中完全折回的凸缘(13)的厚度(T1)和与梁腹(11)的厚度(T2)相等，因此在结构上优于图4中所示的现有技术中的型材。
在本发明的一优选实施例中，上部模压部件(11)和下部模压部件(12)的完全折回的凸缘(13)形成有一修整边(18)，该修整边与梁腹(17)的分界面(19)之间具有一预定距离(D1)。于是，该距离(D1)在上部模压部件(11)和下部模压部件(12)的修整边之间产生一间隙(D2)，以便于由GMAW或类似焊接方式产生高质量的四种材料的焊接。在组装好的控制臂的每一边上，相对的凸缘和相对的梁腹由此被连接。图8图解了该优选实施例的悬架控制臂的横截面视图，其中示出了如何通过围绕着该结构外周的四种材料的焊缝产生极高刚度的连续工字梁型材。由于要连接的是四种不同的材料表面，因此产生的焊缝是独特的垂直角焊和对焊的组合结构。该焊接可以是连续的或不连续的。
参考图5和图6，悬架控制臂(10)形成有一凸缘孔(20)，其适于接收芯轴组件(3)的球窝接头。该凸缘孔(20)通过在上部模压部件(11)和下部模压部件(12)内冲孔并压制出一突出孔的方式形成，以使得其突出方向大体上与直立凸缘(13)的突出方向相同，并且该孔在两个模压部件(11) (12)中空间定位，以当它们部件刚性连接时可以精确对准。悬架控制臂(10)还在该直立凸缘上具有至少一个不连续或中断部，以便于车体附件(14) (15)的连接。该不连续或中断部可以呈复杂形状，以适于接收垂直取向的环形套筒支承件(14)，或者其可以是简单的直接切断部分，以适于接收一直线销(15)。
虽然已经对本发明的优选实施例进行了描述，但是对本领域的技术人员来说，很显然，可以在不背离本发明的精神或范围的情况下对所述实施例进行各种变型或修改。

Claims (8)

1.一种车辆悬架臂，包括：
一上部金属板模压部件，其具有一第一外表面和一第二内表面，并包括一具有两个相对侧面的第一中央梁腹部分和位于所述第一梁腹部分的所述相对侧面处的第一直立凸缘部分；
一下部金属板模压部件，其具有一第二外表面和一第二内表面，并包括一具有两个相对侧面的第二中央梁腹部分和位于所述第二梁腹部分的所述相对侧处的第二直立凸缘部分；
所述第一和第二内表面适于沿所述第一和第二梁腹部分的基本部分彼此接触；
所述上部和下部模压部件适于彼此刚性连接，以产生一工字梁结构型材，其中每一直立凸缘部分的厚度至少等于所述第一和第二梁腹部分的组合厚度。
2.如权利要求1所述的车辆悬架臂，其特征在于，所述上部和下部模压部件由均匀厚度的金属板压制成形，并且每一直立凸缘部分包括一所述金属板的完全折回节段，由此每一直立凸缘部分的厚度至少为每一梁腹部分的厚度的两倍。
3.如权利要求1或2所述的车辆悬架控制臂，其特征在于，所述上部模压部件和下部模压部件由铝板、钢板或类似金属材料板压制成形。
4.如权利要求1、2或3所述的车辆悬架控制臂，其特征在于，所述上部模压部件和下部模压部件通过螺栓连接、焊接、粘接、铆接或类似固定方式以背对背形式沿所述第一和第二内表面彼此刚性连接。
5.如权利要求1、2或3所述的车辆悬架控制臂，其特征在于，所述上部模压部件和下部模压部件这样构造，以使得当它们沿所述第一和第二内表面接触放置时将沿一外周连接边形成一间隙，以适于便于形成一高质量的焊缝，该焊缝将对焊和角焊结构相结合，以将上部和下部部件的四种材料表面连接在一起，所述上部和下部部件通过所述焊缝彼此刚性连接。
6.如权利要求1、2或3所述的车辆悬架控制臂，其特征在于，所述上部模压部件和下部模压部件通过横跨相应的第一和第二梁腹部分的凸焊以背对背的形式沿所述第一和第二内表面彼此刚性连接。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的车辆悬架控制臂，其特征在于，所述上部模压部件具有位于所述第一梁腹部分的预定点处的第一突出孔，所述下部模压部件类似地具有位于所述第二梁腹部分中的第二突出孔，以便当所述上部和下部模压部件彼此刚性连接时，所述第一和第二孔对准，从而产生一适宜的结构，以接收一芯轴组件的球窝接头。
8.如权利要求2、3、4、5、6或7所述的车辆悬架控制臂，其特征在于，在所述完全折回的凸缘中引入至少一个不连续部，从而产生一适宜的结构，以接收车体附件。
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