专利名称：悬架拖臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种悬架拖臂。更具体地，本发明所涉及的悬架拖臂具有一个基本上为X截面形状的部分，并且本发明还涉及包括这种拖臂的悬架组件。
背景技术：
重型商用车通常使用拖臂悬架系统，尤其是和铰接式车辆的拖车轮轴有关的拖臂悬架系统、或者可能是和刚体车辆后轮轴有关的拖臂悬架系统。
根据以下特征中的一个或多个，可将重型商用车(包括卡车、公共汽车和长途客车)与轻型商用车(如篷车)和轻型乘用车区别开1.载重超过大约3.5吨。
2.使用气压制动器，而不是液压制动器(因为气压制动器更能经受重量超过大约3.5吨的车辆反复制动所产生的较高热量)。
此类车辆(包括拖车)通常还使用一对间隔开的平行梁，这对平行梁沿所述车辆长度延伸并且用作安装车体的底盘。
当在重型商用车中使用拖臂时，通常是将拖臂在所述臂的前部处可绕枢轴转动地安装到车辆的底盘梁上，所述臂向后(即朝车辆的后部)延伸至轮轴的安装位置，随后进一步向后延伸至空气弹簧的安装表而，就是说所述空气弹簧本身安装于拖臂与车辆底盘之间。此类车辆中的轮轴通常基本上为刚性梁型轮轴(即在用于在车辆相对侧上安装车轮的联接轴之间延伸的轮轴)。在某些情况下，可以颠倒臂的方向以便在臂的后部处绕枢轴转动，在这种情况下将它们称作“前导臂”。对于本说明书的目的而言，术语“拖臂”也应当理解成包括前导臂。
已知的重型车辆拖臂通常是由配有将轮轴连接到所述臂的U形螺栓和板的实心弹簧钢拖臂构成，或者是由随后将焊接于轮轴或轮轴适配器上的预制钢板构成，或者是由前述两种类型的复合结构构成。预制拖臂的一个实例公开于US 5639110(Pierce等人)中。两种类型的现有技术都试图在所述臂与轮轴之间提供刚性连接以便抵抗弯曲，但又要使所述底盘与轮轴之间具有弹性连接，这种弹性连接要么是通过弹簧钢拖臂的挠曲来实现的，要么是通过预制拖臂端部的大型弹性体衬套(弹性轴承)的挠曲来实现的。这就使得在保持车辆行进和滚动稳定性的同时，能够吸收车辆使用期间所产生的铰接力。
从本申请人较早公开的申请WO 2004/054825中可知，铸造或锻造具有I形或C形截面形状和从梁与轴直接连接的拖臂，并且此类臂在制造、强度和封装上优于预制和弹簧钢臂。
迄今为止，人们一直倾向于将铸造和锻造的拖臂制成“传统的”梁型形状，鉴于此，申请人现已认识到，摒弃这种传统形状而在拖臂的强度、耐用性和重量减轻方面实现进一步改进是有余地的。
发明内容
因此，本发明的第一方面提供了一种用于将车辆底盘悬挂于梁型轮轴上的悬架拖臂，该悬架拖臂包括底盘安装部件(feature)、轮轴安装部件以及介于所述底盘安装部件与轮轴安装部件之间的臂部分，其中所述臂部分包括具有四个肢状物的基本上为X截面的形状。
现在将参考附图来描述本发明的具体实施方式
，这仅仅是作为示例而已，在所述附图中图1为典型的重型商用车的侧视图；图2为现有技术的悬架组件的透视图；图3和图4为另一种现有技术的悬架拖臂的透视图；
图5和图6为本发明一个具体实施方式
的悬架拖臂连同各种辅助部件的透视图；图7A至图7E分别为示出图5和图6中拖臂的一部分的侧视图、平面图和端视图；图8为图5和图6中拖臂的一部分的透视图；图9示出了贯穿图5和图6中拖臂的一部分的种横截面；图10为本发明第二具体实施方式
的悬架拖臂连同各种辅助部件的透视图；图11为第一具体实施方式
的所述臂的轴包(axle wrap)的前、后部分的配合边缘的详细视图；以及图12和图13为沿着第一具体实施方式
的所述臂的配合边缘与开口边缘的焊缝的详细剖视图。
具体实施例方式
图1示出了重型商用车20，其包括牵引车部分22和相对于所述牵引车部分铰接安装的拖车部分24。多个车轮26悬挂在所述拖车部分的底盘25上，以致所述车轮可绕轮轴28旋转。
转至图2，其中示出了现有技术的悬架组件30，简言之，悬架组件30包括弹簧钢悬臂32、底盘支承托架34和空气弹簧36。底盘支承托架34和空气弹簧36以已知方式提供了与拖车底盘25(为清楚起见用虚线示出)的连接和相对于拖车底盘25的悬架。U形螺栓40以及顶板41a和底板41b提供了一种将轮轴42(为简洁起见用虚线示出)安装于拖臂32上的装置。特别地，应当说明的是，底板41b是直接焊接于轮轴42上的。车轮(未示出)固定于轮轴42的每一端，用以绕轴线28旋转。提供了安装于支承托架34和U形螺栓与板组件40之间的减震器44，以便在车辆行驶于不平坦的地面上时缓冲轮轴42相对于底盘25的振动。
可以理解提供这种类型的完全悬架组件需要相当多的组件和大量的零部件。
转至图3和图4，其示出了申请人较早公开的申请WO 2004/054825中所示类型的拖臂232，其中常规梁型轮轴42安装于该拖臂上(仅图3示出)。拖臂232铸造成单件或两件式，并且具有由轮轴定位部分或部件分开的前部252和后部254，所述轮轴定位部分或部件呈铸造轴包256的形式，其尺寸设置为适于贯穿地容放轮轴42。
前部252的前导端被铸造成提供轴承安装件246来容放弹性轴承(未示出)，该弹性轴承以类似于图2的臂的方式将拖臂232安装于一底盘支承托架(未示出)上。在轴包256与轴承安装件246之间，前部252铸造成带I型截面的形状。
后部254带有朝上的基本为平面的表面250，空气弹簧(未示出)可以容放于该表面上。还可以在表面250上提供通孔251以便例如通过使用穿过通孔251的螺栓而将空气弹簧牢固地定位于该表面上。可在其中提供向下延伸的腹板253以便形成浅的T形截面并且使臂232的这部分具有足够的强度。
在构成轴包256的铸造壁中提供开口258。这些开口使得轮轴42能够在开口258边缘的周围被牢固地滚焊或角焊至拖臂232上。出于类似目的，在轴包256的相对侧上提供了类似的开口259。所述臂可以由铁或钢铸造或锻造而成。
参见图5和图6，示出了根据本发明的拖臂和各种辅助部件，其中相对于图3和图4，同样的零部件尽可能用同样的数字表示，但是前缀“2”由前缀“3”代替。
可以看出，在本发明中是将前部352作为与后部354分开的分体式件来提供的(尽管可以将这两部分先铸造或锻造在一起，随后再分开)。因此，所述轴包由两个分体式部分即前臂部分352的部分356a和后臂部分354的部分356b构成。如同图3和图4中现有技术的臂，在所述轴包部分中提供有开口或窗口358和359。开口358和359允许每个轴包部分356a和356b独立地滚焊或角焊至轮轴42上。
具体而言，拖臂332通过不可见的弹性轴承而在前部352的前导边缘处固定于底盘支承件(吊架)334上。减震器344可绕枢轴转动地安装至从部分352伸出的吊架334，以便在使用中缓冲拖臂的上下运动。位于加厚的安装轮毂375中的呈安装孔(不可见)形式的安装部件穿过所述臂的前部横向延伸，以便可采用穿过所述轮毂的螺栓螺母连接来将减震器344固定于臂上。
后部354带有朝上的基本为平面的表面350，空气弹簧336容放于该表面上。众所周知，空气弹簧336的上端可以固定于底盘的下侧。可以在表面350上提供通孔(不可见)，以便例如通过使用螺栓而将所述空气弹簧牢固地定位于该表面上。可以在其中提供向下延伸的腹板353以便形成浅的T形截面并且给予后部354以足够的强度。
如同图3和图4的现有技术的臂，分别在分别构成轴包的前部和后部356a和356b的铸造壁中提供开口358和359。开口358和359使得轮轴能够在所述开口的边缘周围被滚焊或角焊至拖臂332上，以保证拖臂与所述轴之间的牢固连接。后文对所述焊接过程将会进行更详细的讨论。
本发明的拖臂332与现有技术的不同之处主要在于介于底盘安装部件与轮轴安装部件之间的前臂部分352具有基本上为X型截面的形状。在图7A至图9中更清楚地示出了这种X型截面的特定形状。
参见这些图，可以注意到，在这个具体实施方式
中，X型截面的形状以多种不同的方式沿着臂部分的长度变化。特别是参见图9及其截面S1至S4，应当注意到，X截面包括汇合于中心点377处的第一、第二、第三和第四肢状物374a、374b、374c和374d。各肢状物分别终止于扩大的自由端部分376a、376b、376c和376d处。特别是根据图7A，可以指出总体上说所述臂部分，具体地说所述每个肢状物，从底盘衬套346至轴包部分356a沿循着基本上为S形的路径。这对于绕着所述臂封装其它部件(例如制动致动器)并同时保持所述臂的强度方面是有利的。从图7A至图7E以及图5和图6还会清楚地看到，所述臂部分平滑地合并入底盘衬套346和轴包356a中，以便在使用拖臂时避开作为应力集中源的位置。
参考穿过臂部分的横向截面S1至S4，可以看出每个肢状物沿着所述臂部分的长度在尺寸与形状方面发生某些相当大的变化。
从截面S4处的臂部分的前部附近开始，并且考虑第一肢状物374a，显然，这个肢状物在臂部分的前部附近从中心点377以约60°的角度延伸，并且终止于具有相对类似球形形状的自由端处。当该肢状物向后延伸时，相对于X轴的角度逐渐变小，因此在截面S1处，靠近轴包部分356a，在接近点377处的角度为大约45°，而且在靠近自由端处逐渐变小，因此在接近自由端处相对于X轴的角度为大约20°。另外，自由端376a不像横截面S4处那么接近球形。肢状物在接近轴包部分356处的这种加长情况反映对于抵抗绕垂直轴线弯矩的更大需要，这种弯矩是由于转弯过程中在轮轴上产生的力而在靠近所述轴包处施加于拖臂上的。
第二肢状物374b大致为第一肢状物关于Y轴的镜像，其靠近底盘衬套，如截面S4所示。然而，在这个具体实施方式
中，第二肢状物374b的角度沿着长度只是略作改变。类似地，所述肢状物的厚度和自由端部分的尺寸和形状沿着臂的长度只是略作改变。然而，同其余的臂部分一样，第二肢状物在其长度上沿循基本上为S形的曲线。
第三肢状物374c从X轴向下成约60°的角度，并且具有接近底盘衬套的相对较小的球形自由端部分376c和介于中心377与自由端376c之间较薄的腹板。当肢状物朝轴包356a延伸时，肢状物的总体长度，特别是腹板部分的长度减少，而球形自由端部分的尺寸增加，因此，第三肢状物374c沿X和Y方向的深度都朝轴包356a减少。这种特定形状就为安装位于肢状物外侧且位于肢状物下方的盘形制动器及其相关联的致动器提供了更多空间。随着第三肢状物374c接近所述轴包部分，其在回复至原始形状之前合并入提供用于安装减震器344的轮毂375中。
第四肢状物374d基本上作为第一肢状物374a关于X轴的镜像延伸。这个肢状物从靠近底盘衬套的起点延伸，且最低点略高于第三肢状物374c，并且与第三肢状物374c相比在显著更低的点处与轴包356a合并。以这种方式，避免其与轴包356a中的窗口359发生干涉。尽管第四肢状物374d大致为第一肢状物374a的镜像，但是应当说明的是，在接近轴包356a处，球形自由端部分376d比第一肢状物的相应自由端部分376a包括更多材料。另外，该肢状物沿着其径向长度基本上是直的，而不具有第一肢状物那样的弯曲形状。再次地，当合并入所述轴包中时，第四肢状物在回复至其原始形状之前在接近所述轴包处合并入轮毂375中。
应当说明的是，沿着所述臂部分的长度，所述臂的所有表面均为光滑的且被弄圆以防止任何位置成为应力集中源。
臂332可以使用任何适当的铸造或锻造工艺来制造，并且可以由任何具有用于这种特定应用的足够强度和耐用性的适用材料如铸铁或铸钢铸造或锻造而成。铸钢的一个优点在于改进了臂的可焊性。在一些具体实施方式
中，对臂332的表面进行机加工，以便提供适当的表面光洁度而用于轮轴或其它部件的安装，或者去除任何应力增加的表面轮廓。臂332具有足够的强度以便用于悬挂额定六吨的轮轴。
臂的形状起因于以下认识，即当考虑诸如制动器与致动器部件的封装和转弯负载之类的其它因素时，拖臂构造中通常使用的箱形截面、I形截面之类并不代表用于高强度、低重量臂的最佳解决方案。使用大致为X型的截面，特别是带有沿其长度的扩大型自由端部分，使得所述臂能够被设计成对于特定用途在需要的位置处具有最佳的抗弯强度和面积二次矩。可以按照多种不同的方式来改变臂的几何尺寸、形状和厚度以便优选其强度与重量比。
参看图10，示出了本发明的第二具体实施方式
，其中同样的零部件尽可能用同样的数字来表示，但是用前缀“4”代替前缀“3”。
第二实施例不同于第一实施例之处在于位于臂432上的减震器安装部件包括两个位于第一和第四肢状物顶部上且带有同轴孔485的对准轮毂475，所述轮毂475之间具有间隙以便螺栓可以穿过，减震器444可以位于第一、第四肢状物之间的槽内。这种设置结构特别有利，因为与现有的常规型臂相比，其使得将减震器444直接安装于臂上方所需的间隙最小。此外，重新定位轮毂475使得能够切掉第二肢状物的一部分，从而特别地为制动部件提供更多的间隙。
参见图11至图13，其中示出了将本发明拖臂的前段与后段焊接于轮轴上，进而互相焊接起来的当前优选方法。
从图5和图8中可以看出，前、后轴包部分356a、356b在靠近边缘360处沿轮轴42的轴向局部加宽，因此就增加了这些边缘的长度。这样就在每个边缘表面之间提供了更大的焊缝长度，从而提供了更强的接合部。这还意味着在作用于焊缝上的应力在使用中将会增加从而增加焊缝开裂的风险的位置处，两个边缘360之间的焊缝并不与所述轴包部分的内侧与外侧的未加宽部分成一直线终止。在轴包部分356a和356b的外侧和内侧边缘的加宽部分与未加宽部分之间提供平滑的弓形过渡部分。
特别参见图11，更详细地示出了一种在焊接发生之前但两个轴包部分356a和356b已经设置在轮轴42上时的边对边连接。可以看出，每个边缘360都具有特定形状。在该例子中，所述形状通过以下方式来形成将所述臂作为单件铸造，并随后对轴包部分356a和356b进行机加工以便给出边缘360的所需形状。在另一个具体实施方式
中，所述臂的前段和后段352和354可以分开铸造，并且边缘形状已提供于其中。
具体而言，沿径向向内看，每个边缘360包括基本上为平面的表面390，表面390与所述轴包的半径所成的角度介于10°与50°之间，优选地约为30°。该表面沿径向向内延伸约8mm。然后，提供了另一个表面392，表面392沿径向向内延伸约1mm并且基本上平行于轴包的半径。最后，边缘的最内侧部分包括下切口394，下切口394沿圆周方向延伸约6mm，并且终止于弯曲段中，以便提供至所述轴包的径向最内侧面的平滑过渡。下切口部分394的深度约为3mm。因此，这个区域中轴包部分的总厚度小于20mm，优选地小于50mm。这在臂332的顶部处特别有利，因为其意味着所述臂可以用于“低安装”或低行驶高度应用中，而不会使臂堵塞于以上的底盘中。优选地，对轴包356a和356b的厚度进行优化以便提供足够的强度和硬度而不会使臂增加不必要的重量。
臂332的前部352和后部354绕轮轴42的装配情况如下将前、后轴包部分356a和356b设置在轮轴42上。轮轴42的半径和轴包部分的半径的尺寸设置为在轮轴42的外表面和轴包部分356a和356b的内表面之间提供紧配合。这可以通过对所述表面进行机加工来实现。理想地，所述轮轴的外半径基本上等于所述臂的内半径(例如，二者均为126mm)。每个轴包部分的半径公差优选地为+0.1mm-0mm，而轮轴的半径公差优选地为+0mm-0.1mm。换句话说，轮轴42不应该太大以致不能装配在轴包部分356a和356b内——尽管在更大公差的情况下所述臂至轮轴连接的多种优点仍可以适用。然而，轴包部分356a和356b的尺寸应当沿圆周方向设置为当轴包部分绕着轮轴42就位时，使得所述相对表面392之间的间隙约为3mm。一旦已将轴包部分设置在轮轴42上，就将宽约15mm且深度为3mm的背垫条396插入下切口部分394中。背垫条396优选地由相对软的金属例如软钢或铜合金制成，并且设置用于防止后继焊接将轴包部分356a和356b熔接到轮轴42。已发现所述背垫条可通过提供良好的根熔而改善焊缝的完整性。
在其它具体实施方式
中，举例来说，所述背垫条可以由在配合在一起的轴包边缘360之一上设置的唇缘或者位于所述轮轴上的陶瓷涂层来代替。
焊接程序如下；
沿着位于边缘360之间的接合部之一实现“根部焊道”和第一填料焊道。随后沿着第二接合部实现根部焊道和一个或多个填料焊道直至这一程序完成。焊接程序可能需要多达五个的分离式焊道。图24A中示出了具有五个焊道的完整横向焊缝397。随后，在第一接合部上完成剩余焊道。优选地，焊接利用金属惰性气体(MIG)或金属活性气体(MAG)处理工艺并且利用使用直径为1.2mm的线供给的AR20CO2保护气体混合来进行。随后，容许对这些横向焊缝进行自然冷却，这样就引起它们收缩并且拉动前、后轴包部分356a、356b更紧地绕着轮轴42，使得所述轴包部分处于拉伸状态而所述轮轴处于压紧状态。
随后，通过以多个焊道(也多达5个的分离式焊道)绕着每个边缘的整个圆周进行焊接来实现开口358和359边缘周围的焊缝，以将所述开口焊接至所述轮轴上。制备每个窗口的圆周以便使得每个窗口边缘的交点与所述轮轴之间的角度约为90°，并且使得绕着边缘的交点所述轴包与轮轴之间为紧配合。为了增强焊缝的耐久性，优选地是每个焊缝的起点与终点都离开每个开口358和359的角部。图13中示出了穿过整个开口边缘焊缝398的剖视图。应该意识到，开口358和359的位置靠近所述轮轴的中性轴线，在使用中，所述中性轴线处的弯曲应力最低。
已经发现，当安装于车辆上并在正常情况下操作时，上述焊接程序在拖臂与轮轴之间提供强度及耐久性特别高的连接。在某些情况下，已经注意到横向焊缝导致前、后轴包部分356a和356b的边缘360少量地消除轮轴的间隙，其与所述轴包剩余部分的紧配合相结合，可增强耐久性。
可以设想，如果使用机器人焊接技术，就可以显著减少每个接合部处所需的焊道数量，同时仍能够为所述连接提供足够的强度。
还认为，上述轴包至轴的连接使得能够使用更薄的轴管(例如11mm而非13mm)以便使每个轮轴具有所需强度，同时节省了重量。认为这些好处已经得以实现，因为焊缝在轴包中的定位与轴包的高刚性和均匀性相结合，使得来自所述轮轴的弯曲应力和负载在所述臂上有效地分布，并且还因为这种设置结构由于其紧配合而抑制了所述轮轴在焊缝周围局部弯曲。
已经发现，这种焊接方法改进了臂与轴之间连接的耐久性。特别地，已经注意到，在腹板的内侧提供前开口358在通过所述轴包将扭转负载传递至所述臂这一方面显得特别有效，其中所述扭转负载是由于车辆侧倾而在轮轴中产生的。还应当明白，通过在内侧延伸所述轴包，可以增加轴包与轮轴的接触面积而不会干涉制动器等在轮轴42外侧端处的安装。接触面积的增加又使得能够增加开口尺寸，因此开口边缘周围的焊缝长度增加，进而使得连接强度增加。
应该意识到，为车辆相对侧提供的臂(未示出)与上述本发明的臂不对称并且基本上为那些臂的镜像，以便使得所述臂的各种部件可以设置在适当位置中。然而应当说明的是，在车辆的相对侧之间，后段354和454可以互换，从而空气弹簧安装表面350、450向内侧移动以便给车轮提供更大间隙。当所述臂与双轮型车辆一起使用时，这点特别适用。还可以改变后段354和454以便提供不同行驶高度形式的拖臂而不需要改变前段。
应当理解，在本文中所使用的用于描述各个部件方位的术语(例如前、后、顶部、底部、内侧和外侧)仅用于解释说明的目的，不应被视为对拖臂可安装于特定车辆中的方位的限制。类似地，任何尺寸仅用于解释说明的目的，不应被视为限制性的，权利要求中具体提出的情况除外。应当理解的是，本发明的臂还可用作前导臂，其中安装托架设置于车辆上的空气弹簧的尾部。
将会进一步意识到的是，在本发明的范围内可以做出大量变化。例如，拖臂可以带有整体式拖架以便安装鼓式而非盘式制动器，或者可以在所述臂上提供整体铸造式鼓式制动器。所述臂可适于与空气弹簧的替代装置(例如盘簧)一起使用，并且可以安装于硬壳式底盘上。其它部件如高度控制阀安装件和用于ABS与其它传感器的安装件可以铸造于臂中。如果需要，或者如果臂的特定设计需要其它铸件，可将所述臂分成三个或三个以上的件铸造。这些铸件可以通过其它装置如螺栓固定在一起。用于安装制动器的托架可以为非铸造形式(例如预制形式)。所述臂可以适用于容放非圆形(例如方形)轴并且可以安装轴端以及梁型轮轴。
权利要求
1.一种用于将车辆底盘悬挂在梁型轮轴上的悬架拖臂，该拖臂包括底盘安装部件、轮轴安装部件、以及介于所述底盘安装部件与轮轴安装部件之间的臂部分，其中所述臂部分包括具有四个肢状物的基本上为X截面的形状。
2.根据权利要求1所述的拖臂，其中所述形状沿着所述臂部分的长度变化。
3.根据权利要求2所述的拖臂，其中所述肢状物之一相对于相邻肢状物所成的角度沿所述臂部分的长度变化。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的拖臂，其中所述肢状物之一的厚度沿所述臂部分的长度变化。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的拖臂，其中所述肢状物之一的径向长度沿所述臂部分的长度变化。
6.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，其中所述肢状物之一的厚度沿所述肢状物的径向长度变化。
7.根据权利要求6所述的拖臂，其中所述肢状物之一终止于扩大的自由端部分中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，其中所述肢状物定向成提供在安装时朝上的槽。
9.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，其中所述底盘安装部件是整体式的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，其中所述轮轴安装部件是整体式的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，还包括整体式减震器安装件。
12.根据权利要求11所述的拖臂，其中所述整体式减震器安装件定位成容许减震器位于两个肢状物之间的槽中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，其中所述拖臂包括凹槽以便为制动部件提供间隙。
14.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，其中所述轮轴安装部件配置成用于安装梁型轮轴。
15.根据权利要求14所述的拖臂，其中所述轮轴安装部件包括穿过所述拖臂横向延伸的孔，所述孔的尺寸设置为适于容放梁型轮轴。
16.根据前述权利要求中任一项所述的拖臂，其中所述轮轴安装部件包括第一、第二半圆筒形轴包。
17.一种重型车辆悬架组件，其包括根据前述权利要求中任一项所述的拖臂。
全文摘要
一种用于将车辆底盘悬挂在梁型轮轴上的悬架拖臂，所述拖臂包括底盘安装部件、轮轴安装部件以及介于所述底盘安装部件与轮轴安装部件之间的臂部分，其中所述臂部分包括具有四个肢状物的基本上为X截面的形状。
文档编号B60G9/00GK1876413SQ200610083548
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年6月3日
发明者马丁·劳伦斯·皮克, 大卫·约翰·昌 申请人:美驰重型车系统有限公司