ES2285410T3 - Brazo de suspension automotriz de viga en doble t estructural. - Google Patents
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Abstract
Un brazo de suspensión vehicular, que comprende: un componente estampado de chapa de metal superior (11) con una primera cara exterior y una primera cara interior (19), y que comprende una primera parte de alma central (17) con dos lados opuestos y primeras partes de alas levantadas (13) en dichos lados opuestos de dicha primera parte de alma (17); un componente estampado de chapa de metal inferior (12) con una segunda cara exterior y una segunda cara interior (19), y que comprende una segunda parte de alma central (17) con dos lados opuestos y segundas partes de alas levantadas (13) en dichos lados opuestos de dicha segunda parte de alma (17); dichas caras interiores primera y segunda (19) adaptadas para estar en contacto la una a la otra a lo largo de una parte sustancial de dichas partes de alma primera y segunda (17); dichos componentes estampados superior e inferior (11, 12) adaptados para acoplarse rígidamente uno a otro para crear una sección de viga en doble T estructural, caracterizado porque el grosor (T1) de cada parte de ala levantada (13) es al menos igual al grosor combinado (T2) de las partes de alma primera y segunda (17).
Description
Brazo de suspensión automotriz de viga en doble
T estructural.
Esta invención se aplica a un procedimiento de
fabricación para componentes de suspensión automotriz, más
especialmente a aquellos componentes que requieren relaciones de
alta rigidez al peso y resistencia al peso. En particular, la
invención se aplica a un brazo de suspensión automotriz.
Los vehículos de carretera más modernos utilizan
alguna forma de sistema de suspensión para aislar el compartimento
de pasajeros de las perturbaciones de las ruedas causadas por las
irregularidades en la superficie de la carretera. Estos sistemas de
suspensión normalmente incluyen alguna forma de medio de
almacenamiento de energía como un muelle, un dispositivo para
controlar el movimiento del muelle como un amortiguador y una
disposición de varillaje para controlar la cinemática del
movimiento de la rueda. Esta combinación de componentes está
configurada para permitir que las ruedas del vehículo se muevan
hacia arriba y sobre las irregularidades de la carretera de una
manera controlada. La forma más común de disposición de varillaje es
una configuración de varillaje de cuatro barras, construida a
partir del conjunto de mangueta, la carrocería del vehículo y dos
elementos estructurales giratorios comúnmente denominados brazos de
control.
La figura 1 ilustra una configuración de
varillaje de cuatro barras de la técnica anterior común. Los brazos
de control (1) (2) ubican y guían el movimiento del conjunto de
mangueta (3), con relación a la carrocería del vehículo (4). El
conjunto de mangueta porta la rueda, el neumático, el conjunto del
soporte y el conjunto del freno que se denominan colectivamente
masa no suspendida (5) del vehículo. La masa no suspendida también
incluye una parte del peso del brazo de control. Debido a que hay
una energía significativa implicada en el movimiento de la masa no
suspendida sobre las perturbaciones de la superficie de la
carretera, es preferible reducir el peso combinado de este
subconjunto todo lo posible. De forma adicional, debido a que las
características del manejo del vehículo son directamente
dependientes del movimiento controlado de los componentes no
suspendidos, es imprescindible que los brazos de control tengan
suficiente rigidez y resistencia para resistir las cargas
sustanciales que se transmiten sobre ellos.
Es, por tanto, importante que los brazos de
control de suspensión sean resistentes y rígidos para funcionar
bien cuando sean cargados así como ligeros de peso para reducir la
masa no suspendida. La reducción de peso normalmente tiene como
consecuencia una reducción tanto de resistencia como de rigidez. Se
requiere un gran ingenio para diseñar piezas con peso reducido pero
características de funcionamiento estructural equivalentes. Las
cargas operacionales transmitidas sobre los brazos de control de
suspensión son discretas y bien entendidas para que se puedan
desarrollar estructuras no uniformes para proporcionar rigidez y
resistencia selectiva en las direcciones y ubicaciones requeridas
por la aplicación. Los brazos de control de suspensión de vehículos
están generalmente configurados en forma de "A" o de "L"
en la vista en planta, en función de la configuración de la
relación bastidor de la carrocería a la mangueta. En cualquier caso,
las cargas inducidas dominantes están en el plano de la formación
"A" o "L" y por tanto requieren una alta rigidez en el
plano. Las formas más efectivas para resistir estas cargas
inducidas requieren que una alta concentración de material se ubique
alrededor de los bordes de la formación "A" o "L" para
maximizar los valores del segundo momento de área en el plano. La
figura 2 ilustra un brazo de control de suspensión en forma de
"L" de la técnica anterior común (8) con una alta
concentración de material alrededor de los bordes de la estructura
facilitada por un procedimiento de fabricación de fundición. Esta
estructura concuerda con la práctica de la sección estructural común
donde las vigas de doble T se consideran el procedimiento más
efectivo de portar cargas de flexión. Una configuración de viga en
doble T concentra material en las extremidades de la sección fuera
del centroide, o eje neutral. La figura 2A es una vista transversal
de una viga en doble T de la técnica anterior típica, a saber el
brazo de control de suspensión en forma de "L" fundido de la
figura 2. Las extremidades opuestas de una viga en doble T se
denominan alas (6) mientras que el único componente central se
denomina alma (7). Es beneficioso tener alas que sean al menos tan
gruesas como el alma para lograr completamente las ventajas
estructurales de una viga en doble T.
El requisito para que las estructuras de brazos
de control optimizados no sean uniformes en la forma ha llevado al
uso de un número de procedimientos de fabricación complejos. Los
procedimientos de fabricación más comunes asociados con la
construcción de brazos de control de vehículos son la fundición, el
forjado y la soldadura de estampados de metal formados a presión en
subconjuntos. Debido a las formas complejas implicadas es casi
imposible fabricar un brazo de control de vehículos optimizado a
partir de estampados de metal formados a presión simples.
La mayoría de los brazos de control de
suspensión que utilizan estampados de metal formados a presión en su
construcción están configurados como secciones rectangulares
cerradas. La figura 3 ilustra la sección de un brazo de control de
suspensión típico construido a partir de dos estampados de metal
formados a presión en forma de U. Este tipo de sección estructural
es mucho menos eficiente en la resistencia de cargas de flexión que
una viga en doble T y requiere un solapamiento de material
significativo para facilitar la junta de soldadura de filete
requerida. Este solapamiento de material es en última instancia
estructuralmente redundante y tiene como consecuencia una solución
más pesada que las configuraciones fundidas o forjadas
alternativas.
El documento
US-5.662.348-A concedido a Kusama y
col. que forma la técnica anterior más cercana según el preámbulo
de la reivindicación 1, describe un brazo de suspensión fabricado a
partir de piezas formadas a presión. Kusama reivindica una amplia
gama de configuraciones en secciones diferentes todas dirigidas a
reforzar un brazo de control de suspensión de vehículos de una
manera que sea compatible con las cargas inducidas. Sin embargo,
Kusama no enseña un procedimiento para crear una sección de viga en
doble T verdadera usando técnicas de formación a presión.
El uso de secciones de viga en doble T se conoce
en la tecnología de los brazos de suspensión y normalmente implica
la fabricación usando técnicas de fundición o forjado como se
ilustra en las figuras 2 y 2A. Sin embargo, ha sido también una
práctica común utilizar dos estampados formados a presión en forma
de copa, dispuestos espalda con espalda y soldados entre sí por
proyección para crear una sección de viga en doble T con la forma
de la vista en planta requerida. Aunque las secciones de viga en
doble T han sido creadas combinando dos estampados relativamente
simples de este modo, las alas han sido de la mitad del grosor que
el alma, lo cual ha resultado en un funcionamiento estructural
pobre. La figura 4 ilustra una vista transversal de un brazo de
control de suspensión de viga en doble T de la técnica anterior
típico construido a partir de dos estampados formados a presión en
forma de copa. Es importante observar que el procedimiento de
fabricación de la técnica anterior dicta que las alas son del
grosor de un solo material mientras que el alma es del grosor de
doble material. Esta no es una configuración estructural
óptima.
óptima.
Como consecuencia, sería ventajoso crear un
brazo de control de suspensión que pudiera proporcionar una alta
rigidez y resistencia inherente mientras que mantuviese una masa
relativamente baja usando una técnica de fabricación de bajo costo
como la formación a presión de chapas de metal. Se ha demostrado que
para aplicaciones de gran volumen como aquellas dictadas por la
industria automotriz, la formación a presión de chapas de metal es
el procedimiento más rentable de fabricar componentes estructurales.
Casi todos los vehículos producidos actualmente utilizan una
estructura de carrocería y subchasis selectos construidos casi por
completo a partir de estampados de aluminio o bien de acero
fabricados usando técnicas de formación a presión. El objetivo de
la presente invención, por tanto, es utilizar la formación a presión
de metal en la fabricación de un brazo de control de suspensión de
vehículos.
En una forma de realización de la invención, un
brazo de control de suspensión de vehículos se construye soldando
entre sí dos estampados formados a presión complejos para formar una
sección transversal de viga en doble T altamente eficiente. Cada
estampado está configurado con la forma de la vista en planta
correcta, a saber una "A", "L", u otra forma apropiada
para la aplicación, y se forma en una sección en forma de copa con
las alas levantadas vueltas hacia atrás totalmente sobre sí mismas
para doblar su grosor de forma efectiva. Los dos estampados luego
se colocan juntos en una disposición de espalda con espalda y se
sueldan a lo largo de los bordes periféricos libres. Un aspecto
clave de la configuración es que los bordes de terminación del
plegado sobre las alas levantadas dejan un espacio adecuado para
facilitar una soldadura de cuatro materiales de alta calidad. En
otras palabras, las soldaduras unen tanto las dos partes del alma
como las dos partes del ala a lo largo de cada borde periférico de
la pieza. El conjunto final posee una sección de viga en doble T
estructural favorable ya que las alas y el alma tienen
esencialmente el mismo grosor.
Como consecuencia, un brazo de suspensión
vehicular comprende: un componente estampado de chapa de metal
superior con una primera cara exterior y una primera cara interior,
y que comprende una primera parte de alma central y primeras partes
de alas levantadas en los lados opuestos de dicha primera parte de
alma; un componente estampado de chapa de metal inferior con una
segunda cara exterior y una segunda cara interior, y que comprende
una segunda parte de alma central y segundas partes de alas
levantadas en los lados opuestos de dicha segunda parte de alma;
dichas caras interiores primera y segunda adaptadas para estar en
contacto la una a la otra a lo largo de una parte sustancial de
dichas partes de alma primera y segunda; dichos componentes
estampados superior e inferior adaptados para acoplarse rígidamente
el uno al otro para crear una sección de viga en doble T
estructural, en los que el grosor de cada parte de ala levantada es
al menos igual al grosor combinado de las partes de alma primera y
segunda.
En aspectos adicionales de la invención:
a) los componentes estampados superior e
inferior están formados a presión a partir de chapa de metal de
grosor uniforme, y cada parte de ala levantada comprende un
segmento vuelto totalmente de dicha chapa de metal, por lo que el
grosor de cada parte de ala levantada es al menos el doble del
grosor de cada parte de alma;
b) el componente estampado superior y el
componente estampado inferior están formados a presión a partir de
chapa de aluminio, chapa de acero, o materiales de chapa de metal
similares;
c) el componente estampado superior y el
componente estampado inferior se acoplan rígidamente el uno al otro
en una configuración de espalda con espalda usando la soldadura, el
empernado, el remachado, la unión adhesiva, o medios de fijación
similares;
d) el componente estampado superior y el
componente estampado inferior están configurados cuando se colocan
en contacto a lo largo de dichas caras interiores primera y segunda
para crear un espacio a lo largo de un borde de unión periférico
apropiado para facilitar una junta soldada de alta calidad que
combina las configuraciones tanto a tope como de filete para juntar
las superficies de los cuatro materiales de los componentes superior
e inferior, y dichos componentes superior e inferior se acoplan
rígidamente el uno al otro por medio de dicha junta
solda-
da;
da;
e) el componente estampado superior y el
componente estampado inferior se acoplan rígidamente el uno al otro
a lo largo de dichas caras interiores primera y segunda en una
configuración de espalda con espalda usando la soldadura por
proyección a través de las partes de alma primera y segunda
respectivas;
f) el componente estampado superior está
configurado con una primera apertura extrudida en un punto
predeterminado en la primera parte del alma, y el componente
estampado inferior está configurado de forma similar con una
segunda apertura extrudida en la segunda parte del alma, para que
las aperturas extrudidas primera y segunda se alineen cuando los
componentes estampados superior e inferior se acoplan rígidamente el
uno al otro para crear una estructura apropiada para aceptar una
junta esférica de un conjunto de mangueta;
g) al menos una discontinuidad se introduce en
las alas vueltas totalmente para crear una estructura apropiada
para aceptar detalles de acoplamiento de la carrocería del
vehículo.
la fig. 1 es una vista en perspectiva de un
sistema de suspensión de vehículos de varillaje de cuatro barras
común;
la fig. 2 es una vista en perspectiva de un
brazo de control de suspensión de la técnica anterior fundido
típico;
la fig. 2A es una vista en sección del brazo de
control de suspensión de la técnica anterior típico de la fig.
2;
la fig. 3 es una vista en sección de un brazo de
control de suspensión de la técnica anterior estampado típico;
la fig. 4 es una vista en sección de un brazo de
control de suspensión de la técnica anterior de sección de viga en
doble T estampado típico;
la fig. 5 es una vista en perspectiva del brazo
de control de suspensión inventivo;
la fig. 6 es una vista en perspectiva en
despiece ordenado del brazo de control de suspensión inventivo;
la fig. 7 es una vista en sección típica del
brazo de control de suspensión inventivo;
la fig. 7A es una vista en sección típica en
despiece ordenado del brazo de control de suspensión inventivo;
la fig. 8 es una vista en sección típica de una
forma de realización preferida del brazo de control de suspensión
inventivo que incluye detalles de la junta soldada.
Con referencia a las figuras 5, 6, 7, 7A y 8, un
brazo de control de suspensión vehicular (10) está construido
sustancialmente a partir de un componente estampado superior (11) y
un componente estampado inferior (12). Los componentes estampados
tanto superior como inferior son fabricados formando a presión una
chapa plana de acero, aluminio u otro metal o aleación apropiada en
una forma de vista en planta requerida que está dictada por los
requisitos de la geometría de la suspensión del vehículo.
Adicionalmente, los componentes estampados tanto superior como
inferior se configuran, durante el procedimiento de formación a
presión, con una sección en forma de copa que contiene alas
levantadas (13) en la que el material está vuelto hacia atrás
totalmente sobre sí mismo para doblar el grosor de la sección de
forma efectiva en esta área. Estas alas vueltas totalmente (13),
del grosor de doble material pasan alrededor de toda la periferia de
los componentes estampados con la excepción de áreas localizadas
que requieren formaciones especiales para facilitar los
acoplamientos de la carrocería del vehículo (14) (15) y el
acoplamiento del mangueta (20).
La estructura del brazo de control de suspensión
final (10) se completa acoplando rígidamente el componente
estampado superior (11) y el componente estampado inferior (12) en
una configuración de espalda con espalda usando el empernado, la
soldadura, la unión adhesiva, el remachado o medios de fijación
similares. Una sección típica que resulta del acoplamiento de
espalda con espalda de los dos componentes estampados se ilustra en
la vista transversal de la figura 7. De esta manera, se crea una
sección de viga en doble T altamente efectiva con el grosor (T1)
del ala vuelta totalmente (13) y el grosor (T2) del alma (17) que
son idénticos y por tanto estructuralmente superiores a la sección
de la técnica anterior ilustrada en la figura 4.
En una forma de realización preferida de la
presente invención, las alas vueltas totalmente (13) del componente
estampado superior (11) y el componente estampado inferior (12)
están configuradas con un borde de terminación (18) que está puesto
a una distancia predeterminada (D1) de la superficie de
interconexión (19) del alma (17). Esta distancia (D1) luego crea un
espacio (D2) entre los bordes de terminación del componente
estampado superior (11) y el componente estampado inferior (12)
apropiado para facilitar una junta soldada de cuatro materiales de
alta calidad creada por GMAW o medios de soldadura similares. En
cada borde del brazo de control ensamblado, las alas opuestas y las
almas opuestas se juntan así. La figura 8 ilustra una sección
transversal del brazo de control de suspensión de la forma de
realización preferida que muestra cómo se crea una sección de viga
en doble T contigua extremadamente rígida utilizando una junta
soldada de cuatro materiales alrededor de la periferia de la
estructura. La junta soldada resultante es única en el sentido que
está configurada como una combinación de una junta de filete
perpendicular y una junta a tope debido a las superficies de los
cuatro materiales diferentes que tiene que juntar. Esta soldadura
puede ser continua o discreta.
Con referencia a las figuras 5 y 6, el brazo de
control de suspensión (10) está configurado con un orificio
rebordeado (20) apropiado para aceptar la junta esférica del
conjunto de mangueta (3). Este orificio rebordeado (20) se crea
punzonando y formando a presión un orificio extrudido tanto en el
componente estampado superior (11) como el componente estampado
inferior (12) para que la dirección de extrusión sea generalmente la
misma que la de las alas levantadas (13) y los orificios se ubican
dimensionalmente en ambos componentes estampados (11) (12) para que
se alineen con precisión cuando los componentes se acoplan
rígidamente. El brazo de control de suspensión (10) también está
configurado con al menos una discontinuidad en las alas levantadas
para que se puedan facilitar los acoplamientos de la carrocería del
vehículo (14) (15). Esta discontinuidad puede ser de forma compleja
adaptada para aceptar un apoyo de buje redondo (14) orientado
perpendicularmente o un corte recto simple adaptado para aceptar un
pasador en línea (15).
Claims (8)
1. Un brazo de suspensión vehicular, que
comprende:
un componente estampado de chapa de metal
superior (11) con una primera cara exterior y una primera cara
interior (19), y que comprende una primera parte de alma central
(17) con dos lados opuestos y primeras partes de alas levantadas
(13) en dichos lados opuestos de dicha primera parte de alma
(17);
un componente estampado de chapa de metal
inferior (12) con una segunda cara exterior y una segunda cara
interior (19), y que comprende una segunda parte de alma central
(17) con dos lados opuestos y segundas partes de alas levantadas
(13) en dichos lados opuestos de dicha segunda parte de alma
(17);
dichas caras interiores primera y segunda (19)
adaptadas para estar en contacto la una a la otra a lo largo de una
parte sustancial de dichas partes de alma primera y segunda
(17);
dichos componentes estampados superior e
inferior (11, 12) adaptados para acoplarse rígidamente uno a otro
para crear una sección de viga en doble T estructural,
caracterizado porque el grosor (T1) de cada parte de ala
levantada (13) es al menos igual al grosor combinado (T2) de las
partes de alma primera y segunda (17).
2. El brazo de suspensión vehicular de la
reivindicación 1, caracterizado porque los componentes
estampados superior e inferior (11, 12) están formados a presión a
partir de chapa de metal de grosor uniforme y cada parte de ala
levantada (13) comprende un segmento vuelto totalmente de dicha
chapa de metal, por lo que el grosor (T1) de cada parte de ala
levantada (13) es al menos el doble del grosor (0,5*T2) de cada
parte de alma (17).
3. El brazo de control de suspensión vehicular
de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el
componente estampado superior (11) y el componente estampado
inferior (12) están formados a presión a partir de chapa de
aluminio, chapa de acero o materiales de chapa de metal
similares.
4. El brazo de control de suspensión vehicular
de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque el
componente estampado superior (11) y el componente estampado
inferior (12) se acoplan rígidamente el uno al otro a lo largo de
dichas caras interiores primera y segunda (19) en una configuración
de espalda con espalda usando el empernado, la soldadura, la unión,
el remachado o medios de fijación similares.
5. El brazo de control de suspensión vehicular
de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque el
componente estampado superior (11) y el componente estampado
inferior (12) están configurados cuando se colocan en contacto a lo
largo de dichas caras interiores primera y segunda (19) para crear
un espacio a lo largo de un borde de unión periférico (18)
apropiado para facilitar una junta soldada de alta calidad que
combina las configuraciones tanto a tope como de filete para juntar
las superficies de los cuatro materiales de los componentes superior
e inferior, y dichos componentes superior e inferior se acoplan
rígidamente el uno al otro por medio de dicha junta soldada.
6. El brazo de control de suspensión vehicular
de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque el
componente estampado superior (11) y el componente estampado
inferior (12) se acoplan rígidamente el uno al otro a lo largo de
dichas caras interiores primera y segunda (19) en una configuración
de espalda con espalda usando la soldadura por proyección a través
de las partes de alma primera y segunda (17) respectivas.
7. El brazo de control de suspensión vehicular
de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 ó 6, caracterizado
porque el componente estampado superior (11) está configurado con
una primera apertura extrudida en un punto predeterminado en la
primera parte de alma, y el componente estampado inferior (12) está
configurado de forma similar con una segunda apertura extrudida en
la segunda parte de alma, para que las aperturas extrudidas primera
y segunda se alineen cuando los componentes estampados superior e
inferior (11, 12) se acoplan rígidamente el uno al otro para crear
una estructura (20) apropiada para aceptar una junta esférica de un
conjunto de mangueta (3).
8. El brazo de control de suspensión vehicular
de las reivindicaciones 2, 3, 4, 5, 6 ó 7, caracterizado
porque al menos una discontinuidad se introduce en las alas vueltas
totalmente (13) para crear una estructura apropiada para aceptar
detalles de acoplamiento de la carrocería del vehículo (14, 15).
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