用于薄壁轴的轴制动托架的制作方法
【专利说明】用于薄壁轴的轴制动托架
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年7月12日提交的美国临时专利申请N0.61/845，729的权益。
技术领域
[0003]本发明涉及用于车辆的制动部件安装的领域。更特别地，本发明涉及在用于重型车辆(如牵引车拖车或半拖车)的轴/悬挂系统上安装制动部件的领域。更特别地，本发明涉及用于轴/悬挂系统的制动部件安装托架，所述制动部件安装托架包括焊接到轴的连续窗口，所述连续窗口允许薄壁轴的使用，理想地减小与轴/悬挂系统关联的重量和成本。
【背景技术】
[0004]运输货物的重型车辆(例如，牵引车拖车或半拖车和直卡车)包括将车辆的轴连接到车辆的框架的悬挂组件。在一些重型车辆中，悬挂组件直接连接到车辆的主框架。在其它重型车辆中，车辆的主框架支撑副框架，并且悬挂组件直接连接到副框架。对于支撑副框架的那些重型车辆，副框架可以是不移动的或移动的，后者通常被称为滑块盒、滑块副框架、滑块底架或次级滑块框架。为了方便起见，将在本文中参考副框架，应当理解这样的参考仅仅作为例子，并且本发明适用于重型车辆主框架、可移动副框架和不可移动副框架。
[0005]在重型车辆领域中，常常参考轴/悬挂系统，其典型地包括一对横向间隔悬挂组件和轴，悬挂组件连接到车辆副框架。重型车辆的轴/悬挂系统用于定位或固定轴的位置并且稳定车辆。更特别地，当车辆在道路上行驶时，它的车轮遇到将各种力施加到车轮安装在其上的轴并且转而施加到连接到并且支撑轴的悬挂组件的道路状况。这些力因此用于在轴和悬挂组件上放置或产生负荷。为了当车辆正在操作时最小化这些力和由此产生的负荷对车辆副框架和其它车辆部件并且转而对正由车辆运载的任何货物和/或乘客的有害影响，轴/悬挂系统设计成吸收或衰减力和/或由此产生的负荷中的至少一些。
[0006]两种普通类型的重型车辆在本领域中被称为干货运车和冷藏车。干货运车包括封闭拖车以保持它们的货物干燥，并且用于运输多种多样的不易腐消费品和工业产品。冷藏车包括具有冷藏系统的封闭拖车，并且典型地用于运输易腐商品。这样的干货运车和冷藏车传统地使用利用机械弹簧轴/悬挂组件的轴/悬挂系统。这些机械弹簧轴/悬挂组件典型地包括横向地间隔并且连接到轴的一对板簧组或堆叠。每个板簧堆叠工程设计成承载其相应轴的额定竖直负荷。通常，干货运车或冷藏车的拖车在拖车的后部使用一个或多个机械弹簧轴/悬挂系统，即，前轴/悬挂系统和后轴/悬挂系统，其是在本领域中被统称为拖车串列轴/悬挂系统。本领域的技术人员已知，拖车的前端由牵引车的独立轴/悬挂系统支撑。为了方便起见，在本文中将参考弹簧轴/悬挂系统，应当理解这样的参考是拖车串列机械弹簧轴/悬挂系统。
[0007]在多数轴/悬挂系统中，必须将车辆制动系统的部件安装到轴/悬挂系统上的一个或多个位置。更特别地，轴/悬挂系统的轴包括中心管，并且轴主轴通过任何合适的手段(如焊接)成一体地连接到中心管的每个端部。在本领域中众所周知，车轮端部组件可旋转地安装在每个轴主轴上。制动鼓安装在车轮端部组件上，并且如下面将更详细地所述，车辆制动系统的部件被致动以将摩擦施加到制动鼓以便减慢或停止车辆。由于轴的每个端部及其关联的主轴、车轮端部组件和制动鼓与另一个大体相同，因此在本文中将描述仅仅一个轴端部及其关联的主轴、车轮端部组件和制动鼓。
[0008]在本领域中众所周知，当重型车辆的驾驶员施加车辆制动以减慢或停止车辆时，压缩空气从空气供应源(如压缩机和/或空气罐)通过空气管线传到制动室或制动空气室。制动室将空气压力转换成机械力并且移动推杆。推杆转而移动连接到凸轮轴组件的凸轮轴的一个端部的松紧调整器。当松紧调整器运动时凸轮轴组件允许凸轮轴的平滑、稳定旋转。S形凸轮安装在与松紧调整器相对的凸轮轴的端部上，使得由松紧调整器产生的凸轮轴的旋转或转动导致S形凸轮的旋转。S形凸轮的旋转迫使制动衬片或垫片与制动鼓接触以产生摩擦并且因此减慢或停止车辆。为了正确地操作制动室、推杆、松紧调整器和凸轮轴，制动室和凸轮轴组件必须靠近制动鼓安装在大体稳定的结构部件上。更特别地，制动室和凸轮轴组件靠近制动鼓安装在大体稳定的结构部件上是必要的，使得保持制动室、推杆、松紧调整器和凸轮轴的正确对准，这对于制动系统的正确致动和性能是重要的。
[0009]在现有技术的弹簧轴/悬挂系统中，制动室已安装在制动室安装托架上，并且凸轮轴组件已安装在本领域中也称为S形凸轮承载托架的凸轮轴组件安装托架上。由于不容易将制动室安装托架和/或凸轮轴组件安装托架直接安装在板簧上或安装到板簧，因此这些托架在现有技术中已安装在轴上。更特别地，板簧必须挠曲以衰减力并且因此不提供稳定的结构安装表面。另外，由于板簧形成有使它能够挠曲、同时抵抗显著的应力的冶金结构，因此试图将这样的托架直接安装在板簧上或安装到板簧可能明显地减小板簧抵抗应力的能力。因此，作为相对靠近制动鼓的大体稳定的结构部件的轴中心管已用作制动室安装托架和凸轮轴组件安装托架的安装位置。
[0010]更特别地，制动室安装托架已仅仅在相应的板簧堆叠的内侧通过线焊接刚性地连接到轴中心管的前部分，所述线焊接是用线焊缝将托架的基部焊接到轴中心管，其中焊缝开始于一个点并且终止于分离点。类似地，凸轮轴组件安装托架已仅仅在相应的板簧堆叠的内侧通过线焊缝刚性地连接到轴中心管的后部分。这样的现有技术的将制动室安装到包括到轴中心管的线焊缝的托架和将凸轮轴组件安装到也转而线焊接到轴中心管的托架已提供允许制动系统部件的充分操作的大体稳定的结构安装配置。然而，该配置具有某些缺点，包括易受应力。
[0011 ] 例如，轴典型地是中空的，这理想地减小用于制造轴的材料的量，由此减小制造成本，并且也减小轴重量，由此减小车辆燃料消耗和与车辆的操作关联的成本。因此，期望使用具有尽可能薄的壁的轴以优化材料和重量节约。
[0012]然而，线焊缝包括起点和终点，其产生易受应力的区域(被称为应力集中部)。因此，线焊缝的起点和终点包括应力集中部的非期望区域。使用线焊缝将制动室安装托架和凸轮轴组件安装托架刚性地连接到轴由于应力集中部非期望地需要增加轴的壁厚度，如下面将描述。
[0013]更特别地，在本领域中已知，由于在车辆操作期间力的传递和在板簧堆叠之间横越轴的由此产生的负荷的产生，在板簧堆叠之间的轴中心管的部分是高应力区域。当部件线焊接到中空轴中心管时，产生邻近焊缝的轴壁上的区域，所述区域比未焊接区域和其它类型的焊接区域大体上更易受应力。因此，当力和由此产生的负荷作用于轴时，具有沿着轴中心管的线焊缝的区域比未焊接区域大体上更易受来自这样的力和/或负荷的故障。为了补偿由线焊缝导致的对应力的增加易受性，轴的壁厚度典型地增加，这非期望地增加用于制造轴的材料的量，并且也非期望地增加轴的重量。因此，在现有技术中，均线焊接到轴中心管的制动室安装托架和凸轮轴组件安装托架的使用需要使用壁较厚的轴，如具有约一英寸(0.500英寸)的一半或更大的壁厚度的轴。这样的厚壁轴非期望地增加与轴/悬挂系统关联的重量和成本。
[0014]在现有技术中替代地，在结构和操作上不同于弹簧轴/悬挂系统的气垫轴/悬挂系统已使用安装结构，其中制动室安装托架和/或凸轮轴组件安装托架线焊接到轴中心管被消除。然而，这样的安装结构不能用于弹簧轴/悬挂系统中，原因是气垫轴/悬挂系统在结构和操作上不同于弹簧轴/悬挂系统。例如，气垫轴/悬挂系统包括一对横向间隔的前或后臂箱形梁，其中每个箱形梁的第一端部连接到车辆副框架，并且每个箱形梁的第二或相对端部连接到轴。在气垫轴/悬挂系统的现有技术中，通过将制动室和/或凸轮轴组件安装托架直接安装在箱形梁上消除将制动室安装托架和/或凸轮轴组件安装托架焊接到轴中心管。
[0015]由于气垫轴/悬挂系统的箱形梁和弹簧轴/悬挂系统的板簧的不同结构要求和操作，因此不容易将制动室安装托架和承载托架直接连接到板簧。更特别地，气垫轴/悬挂系统包括空气弹簧以衰减某些力并且因此减震车辆驾驶。因此，每个箱形梁典型地是制造或铸造的刚性梁并且典型地包括一个或多个侧壁、上壁和底壁以及后壁，并且刚性地连接到轴。如上所述，为了正确地操作制动室、推杆、松紧调整器和凸轮轴，制动室和凸轮轴组件必须靠近制动鼓安装在大体稳定的结构部件上。在气垫轴/悬挂系统中，每个箱形梁的大体刚性的性质及其大体刚性地连接到轴允许箱形梁用作部件(如制动室安装托架和凸轮轴组件安装托架)的稳定结构安装表面。另外，由于每个气垫轴/悬挂系统的箱形梁包括一个或多个侧壁、上壁和底壁，因此提供足够的结构表面面积以允许待连接到箱形梁的制动室安装托架和凸轮轴组件安装托架的安装。
[0016]相比之下，弹簧轴/悬挂系统不使用空气弹簧，而是依靠板簧挠曲并且因此衰减力。由于车辆操作期间的板簧挠曲，它们不提供足够稳定的结构安装表面以允许部件(如制动室安装托架和凸轮轴组件安装托架)的安装。另外，由于板簧形成有使它们能够挠曲、同时抵抗显著的应力的冶金结构，因此试图将这样的托架安装在板簧上是非期望的，原因是这样的安装可能明显地减小板簧抵抗应力的能力。
[0017]因此，在本领域中需要一种轴/悬挂系统，其通过提供一种结构克服现有技术的系统的缺点，所述结构使制动室和凸轮轴组件能够刚性地安装在薄壁轴上或邻近薄壁轴安装而不使用线焊缝，这又期望地减小与轴/悬挂系统关联的重量和成本。本发明的