专利名称：用于车辆悬架的弹性接头的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及弹性接头，特别是涉及一种用于将悬架臂连接到车身上的弹性接头，能够在扭矩下工作，并承受该车身的大部分重量。
在现有文本中，“能在扭矩下工作并承受该车身的大部分重量的弹性接头”被理解为绕该接头的轴线具有扭转刚度，因此能够承受车身的大部分重量，不需要为了支撑该车身重量而在该车轮悬架臂上安装厚金属弹簧板或其它弹性部件。很清楚，车辆制造商通常要求在每个车轮上具有垂直刚度，它根据客车在8至20N/mm的量级之间变化。为了得到该结果，根据该车轮悬架臂的长度，该弹性接头具有在10到40m.N/度之间范围内的扭转刚度。通过比较，置于相同车辆的相同位置并且基本上在压力下工作，而不承受该车身重量的标准弹性接头，通常是具有小于1m.N/度的扭转刚度。
本发明特别适用于，但不限于，具有可变径向刚度的弹性接头，其径向刚度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，“径向刚度”理解为指在垂直于该接头旋转轴的任何方向上该接头的刚度。通常在该弹性接头用于车辆悬架的情况下，上述“第一坐标轴”的取向垂直于或大致垂直于连接于该车身的参考水平面。在此，“连接于车身的参考水平面”理解为指车辆在正常状态下行驶时平行于路面的一平面。
具有可变径向刚度的弹性接头是已知的，特别是从本申请人的欧洲专利EP0,956,984中。在所述文件中描述的弹性接头包括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，一个弹性轴套，该轴套安装在内外加强件之间，其内外环形表面连接于该内外加强件而没有任何滑动。该弹性轴套具有至少一个凹陷(socket)，最好是两个径向相对的凹陷，它们被设置成使得该接头沿上述第一坐标轴具有最小的刚度。
在使用中，该弹性接头的加强件之一，例如该外加强件，固定连接于与该车身成一体的一支撑部件，同时另一加强件，例如该内加强件，固定连接于该悬架臂。该外加强件与该支撑部件的连接，通常是将该外加强件用压配合连接在或安装在该支撑件的一孔中。
该配合连接方法比较复杂，实际上在适当地配合前，涉及到控制配合压力，以及处理该外加强件和/或该支撑部件的孔。这些处理例如包括，为了利于该外加强件顺利插入该支撑部件的孔的润滑处理，和/或校正该外加强件的外圆周面或该支撑部件的孔的内表面。为了消除任何表面缺陷，例如该外加强件和/和该支撑部件的孔呈椭圆形，这种校正是需要的，以保证接触均匀，并由此保证该外加强件在整个环形表面和整个装配长度上均匀地箍紧或粘接在该支撑部件的孔中。
考虑到该支撑部件通过箍紧或粘接来保持该外加强件，在使用时必须能够承受该粘接应力，这意味着围绕着该弹性结头的外加强件的该支撑部件的侧壁(织物)是很厚的。
此外，在该弹性支撑的弹性轴套没有轴向对称形状的情况下，如上述欧洲专利申请所述的具有可变径向刚度的弹性接头就是这种情况，在这种情况下，该弹性接头沿一坐标轴具有最小径向刚度，被插入该支撑部件的孔的弹性接头外加强件必须具有准确的定向或方位角，使得在使用中，当该支撑部件安装在一车辆的车身上之后，该弹性接头沿其具有最小径向刚度的坐标轴相对于连接于该车身坐标轴系统准确地定向。用上述压配合或压力安装的方法，如果该外加强件在插入该支撑部件的孔中时不再来没有所要求的精确定向，然后在该支撑部件的孔中修正该外加强件的定向或方位角是非常困难的，甚至是不可能的。
此外，在该弹性接头的外加强件与该支撑部件之间需要保证某种程度的紧固度，实际上，必须保证这样的粘接压力，即连接在该外加强件与该支撑部件之间的组件在使用中它们彼此之间在轴向以及圆周方向上应当具有良好的防止滑动的性能，对于最大振动，相应于该弹性接头承受的最大轴向应力和/和最大扭矩具有确定的安全系数。为了获得所需的防滑的适当摩擦力，需要选择构成该外加强件的适合的材料和对这些元件的可能的处理。在这方面，应当注意到，为了便于该外加强件在该支撑部件的孔中的配合，这两个部件之间的摩擦力尽可能小是很重要的，另一方面，为了具有所需的安全系数而保证所需的防滑阻力，摩擦力尽可能大是很重要的，这两个要求是矛盾的，因此同时满足两者是很困难的。
本发明的目的在于克服由已知的弹性接头带来的上述问题，其中该弹性接头的外加强件被压力配合安装在该支撑部件的孔中。
本发明的目的还在于提供一种弹性接头，在压缩/拉伸应力以及扭转应力下具有改善的疲劳强度。
为此目的，本发明提供一种弹性接头用于将悬架臂连接于车身，并能够承受该车身的大部分重量，它包括一个内加强件，一个环绕该内加强件的外加强件，以及一个弹性轴套，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、外加强件上而没有任何滑动。由于该外加强件的形状使其能够直接安装在该车辆的车身上而实现本发明的第一目的。
术语“直接安装”应理解为该外加强件直接安装在该车辆的车身上，而不需要中间的刚性支撑部件，但不排除在该外加强件与该车身之间插入一个或多个橡胶或类似材料的垫块。
因此，在根据本发明的弹性接头中，所述外加强件用作已知弹性接头中的外加强件和支撑部件，已知弹性接头中的外加强件与该支撑部件预先压配合，为了随后将该弹性接头安装于车身。
所以，本发明能够省去已知弹性接头所需的装配工作，结果节省车辆悬架部件安装方面工业成本(由于省去了装配，节省了制造时间和制造设备)。
本发明还能够节省材料，并降低重量。实际上，在本发明的一个实施例中，该挠性接头的外加强件可以是具有一个腔(housing)的纵向部件形式的铸造或挤压部件，该弹性轴套由模制成形在该腔内并直接粘接在该腔的表面上。这个实施例与外加强件被压配合在支撑部件的孔中的已知弹性接头相比较，本发明相对已知弹性接头的外加强件不仅能够降低材料重量，而且此外，环绕该弹性轴套的纵向部件的部件(织物(fabric))比已知弹性接头的纵向部件具有更小的壁厚。实际上，由于没有紧密配合，加工成所需要尺寸的纵向部件的织物与模制注射压力的阻力成比例就足够了，不再需要与粘接应力的阻力成比例，该阻力导致该织物的厚度很大。当然，该织物的厚度还必须加工成能承受工作应力的尺寸。
本发明可用于具有不边径向刚度的弹性接头，也可用于具有可变刚度的弹性接头，特别是在一径向上具有最小刚度，当弹性接头安装到车辆的车身上之后，必须相对于连接于该车身的坐标轴系统具有所需要的取向。在第二种情况下，该方位角，需要相对于构成该外加强件纵向部件定向弹性轴套的最小径向厚度，并由此相对该车身定向，能够通过相对该纵向部件适当地定位该注塑模具的型腔而简单容易地获得，弹性轴套模制在纵向部件的腔内。彼此结合的例如标志、刻痕、窄缝或其他记号手段可提供于该纵向部件上和模具的两个腔室上，该模具放置在该纵向部件的腔端部，保证该两个模具型腔相对该纵向部件正确定位。
此外，由于根据本发明的弹性接头没有配合连接，已知弹性接头所需的校正和润滑处理被省去了。特别是该纵向部件腔的表面不再需要为了配合的特殊处理。再者，在轴向以及圆周方向的防滑的问题也被完全取消，而这些问题会出现在外加强件与纵向部件配合连接的已知弹性接头上。在本发明的弹性接头中，该接头在使用中所承受的轴向和/或扭转应力由该弹性轴套与纵向部件之间的粘接接界面控制。该弹性轴套与纵向部件之间的粘接连接由粘合剂固定，相对该接头工作时在弹性轴套外径上所受应力的最大值，其剪切和撕裂强度带来足够的安全裕度。用于此处的粘合剂可以是用于已知弹性接头上将弹性轴套连接于外加强件和内加强件的粘合剂。
该弹性轴套可以以上述已知的方式至少在其端面之一具有至少一个凹槽，该凹槽以这样一种方式设置，使得该接头沿上述第一坐标轴具有最小径向刚度，其第二坐标轴与该弹性接头的旋转轴重合，在这种情况下，由于至少该轴套两端面之一在该轴套圆周方向上具有在至少一低点和一高点之间连续变化的形状，而实现了本发明的第二目的。
优选该轴套的两端面具有波纹形状。
优选该波纹形状是正弦形状或准正弦形状。
优选该波纹形状在该端面内周边区域中具有至少一低点和至少一高点，当该没有载荷作用在该接头时，分别相对于所述端面外周边区域上该形状的至少一低点和至少一高点偏移一预定的角度。
在这种情况下，该预定度角优选选择为，当该接头承受额定载荷时使内、外加强件彼此相对旋转预定角度，在所述内和外周边区域之间的该形状的低点的几何轨迹和高点的几何轨迹明显径向地分别沿三坐标轴系统的第一坐标轴和第三坐标轴的方向取向。
优选该第一坐标轴近似垂直于连接于该车身的水平面。
本发明的其他特征和优点将出现在下面结合附图的实施例说明中，其中
图1简要地示出了具有两个本发明的弹性接头的一车轴；图2是图1的轴上的两弹性接头之一的透视图；图3是图2的弹性接头的水平剖面视图；图4是图2和3的弹性接头的弹性轴套在自由状态的正视图；图5是沿图4的箭头F方向的视图；图6是类似于图4的视图，示出了该弹性轴套承受额定扭矩时的形状；图7是类似于图5的视图，该弹性轴套承受额定扭矩；图8是沿图7的点划线VII-VII的剖面视图；图9示出了该轴套处于自由状态时，该轴套的内周边区域和外周边区域中，弹性轴套端面的波纹形状的曲线；图10示出了该轴套承受额定载荷时，该轴套的内周边区域和外周边区域中，弹性轴套端面的波纹形状的曲线。
参照图1，可看见轴1，具体说是一后轴，利用弹性接头3安装在车身2上。下面详细描述其一个最佳实施例。在图1中还示出一个连接于该车身的三坐标轴X、Y和Z的系统，X轴是该车辆的纵向中间轴，Y轴是一横向轴，它与X轴确定了上述的水平面，并且Z轴是垂直的。
该轴1主要具有两个悬架臂4，它们通过弹性接头3与车身2连接，该弹性接头可在压缩/拉伸和扭转状态下工作，使该两个悬架臂绕与Y轴重合的该弹性结合3的接头轴6，彼此独立地相对该车身2具有一限定的角度间隙。
在图2和3中描绘了两相似的(总体上，对称)的接头3之一。如图2和3所示，该接头3主要由弹性材料制的轴套7构成，它安装在一内圆筒形加强件8和一外圆筒形加强件9之间，并通过已知的粘合技术刚性地连接压该两个加强件，而不会有任何滑动。
回到图1，可以看到每个悬架臂4除相应的弹性接头3之外，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的支承轴12，具体说是车辆的后轮。与该弹性接头5的轴6以及Y轴成一直线的该两轴11的每一个被刚性地固定在相应弹性接头的内加强件8上，即不会有相对转动。例如该轴11在该内加强件8上的固定可由压配合、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)，它将两轴11连接于一U形件，或将两臂4连接于H形件。该连接件可具有类似于专利申请EP0956984或WO97/47486所描述的结构。
回到图2和3，该弹性接头3的外加强件9包括一纵向部件，制成例如铸造或压制铝或铝合金件，该纵向部件9具有一个腔14，该弹性接头3的弹性轴套7刚性地固定在其中。
该纵向部件9具有至少一个支撑平面，最好是两个支撑平面9a和9b，它们彼此垂直，并用做该纵向部件9安装于车身2的基准面。平面9b垂直于该腔14的轴线，由此也垂直该弹性接头3的Y轴，并且抵靠车身2的垂直支承面，平面9a平行于由连接在该车身2的基准系统的X和Z轴所确定平面，该纵向部件9的另一平面9a，用来抵靠车身的另一个支承面，并平行于由连接在该车身的基准系统的X和Y轴所确定水平面。
该纵向部件9还具有两个孔15和16，其轴向分别垂直于支撑平面9a和9b。该孔15和16用于接纳螺钉或螺栓(未示出)，并与所述螺钉或螺栓结合构成锚固装置，将该纵向部件9固定在该车身的上述支承面上。
两弹性接头3的每个优选构造成圆周地具有可变的径向刚度，即该接头的刚度随绕Y轴的径向极角变化。
为此，该轴套7可以是具有可变径向刚度的任何已知的结构和形状，例如，该轴套7可具有像专利申请EP0956984所述的弹性接头的弹性轴套那样的套筒。
然而，根据本发明，该径向刚度变化的获得是通过给该弹性轴套7的两端面7a和7b之一，最好是两端面，一形状，该形状在该轴套7的圆周上在一低点和一高点之间连续变化，如图4所见，该波纹形状，例如是在该轴套7的圆周上具有两个低点和两个高点的正弦或准正弦形状。
考虑到该弹性接头不仅在压缩/拉伸状态下工作，而且在扭转状态下工作，为了支撑该车身大部分重量，并提供悬架弹簧的功能，如图5和9所示，当该轴套7未承受载荷时，在该端面7a或7b内周边区域的波纹形状Pi的两个低点mi和两个高点Mi分别相对在该端面7a或7b外周边区域的波纹形状Pe的两个低点me和两个高点Me偏移一预定的角度α。如图5所示，在该低点mi和me之间，该轴套7端面7a或7b波纹形状的低点的几何形状轨迹17相对于一径向方向倾斜。类似地，如图5所见，在该高点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。
该预定角度α的数值被选择成，使得当该弹性接头3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(纵向部件)旋转过该角度α，并且如图7和10所示，该轴套7经受扭转，其变形的方式是该端面7a或7b内周边区域的波纹形状Pi的低点mi和高点Mi分别与该端面7a或7b外周边区域的波纹形状Pe的低点me和高点Me径向成一直线。该轴套7的两端面7a或7b波纹形状的低点的几何形状轨迹17和高点的几何形状轨迹18分别径向地定向在沿连接于弹性接头3的三坐标轴X′、Y、Z′系统的两个坐标轴X′和Z′的方向上。该两个坐标轴X′和Z′垂直于两个弹性接头3的Y轴，该轴在图1中还由标号6标示。
上述基准载荷(它确定角度α的数值以及车辆基准位置，该车辆具有装有两个本发明的弹性接头3的图1中的轴1)，例如，可定义为在车辆正常使用时施加在该轴1的两个车轮13的每一个的载荷。该基准载荷当然对不同类型车辆是变化的，并且其定义本身对于不同车辆制造商也是变化的，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的两个人体模特的重量、以及相应半满油箱的燃料重量之和的的四分之一。
在上述结构的弹性接头3，该弹性轴套7的轴向长度具有相应于该两端面7a或7b波纹形状低点的几何形状轨迹17最小值1，即在该Y和Z′两轴确定的平面上，以及具有相对于该两端面7a或7b波纹形状高点的几何形状轨迹18的最大值L，即在Y和X′两轴确定的平面内，分别如图8中的左半部和右半部所示。考虑到该弹性轴套的径向刚度大致上与该轴套的长度成正比，当该轴套承受基准载荷时，上述该弹性接头3因此沿Z′轴具有最小的径向刚度，沿X′轴具有最大径向刚度。
在该两弹性接头3安装在车身2上，由于上面提到的车身2和该纵向部件9的支撑平面9a和9b，每个接头3的X′和Z′轴定向成分别平行连接于该车身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。在这种状态下，该两弹性接头5的消音性能被证明是最好的。然而，每个接头3的Z′轴不必是严格地对垂直定向，相对于由连接在该车身2的基准系统的X和Y轴确定的水平面的垂线可在+45°和-45°的限度内定向。同样，该轴套7两端面7a或7b的每个的波纹形状的低点和高点沿圆周方向等距倾斜也不是绝对必需的。
例如当该接头3的X′和Z′轴分别沿该车辆的X和Z轴定向时，每个接头3的最大径向刚度(沿X轴的纵向刚度可达约3500N/mm，最小径向刚度(沿Z轴的垂向刚度)接近2200N/mm。
与已知的具有可变径向刚度的弹性接头相比较，本发明的具有可变径向刚度的弹性接头在压缩/拉伸以及扭转下工作具有更好的抗疲劳性。应当想到，这是由于两端面7a或7b的每个的波纹形状连续的和有规律的变化，导致在使用中该压缩/拉伸应力和扭转应力不是集中在该轴套7的局部区域内，在整个圆周上较容易地分布到该轴套的芯体上。
无需说明，本发明的上述实施例纯粹只是为了给出的实例，并非是限定性的例子，而且本领域技术人员不脱离本发明构思可获得许多变化。特别是，如图2所示，虽然该弹性轴套7具有一个大致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的边上，较小的底部适合位于该外加强件9的边上，并在端面7a和7b上具有内周边凸缘7c与7d和外周边凸缘7e与7f，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沿圆周方向的形状低点和高点的数量不一定非等于2，该数量可以等于1或大于2，这取决于希望该弹性轴套分别具有最大径向刚度和最小径向刚度的径向方向的数量。
另外，尽管如图9和10所示，该轴套7外端面7a和7b内周边区域中的波纹形状Pi的峰-峰值(在低点和高点之间的间幅差)等于或近似等于该外端面7a和7b外周边区域中的波纹形状Pe的峰-峰值，该两个波纹形状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之一具有为零或近似为零的峰-峰值。
再者，为了获得可变的径向刚度，在该轴套圆周方向上连续变化的轴套一个面或两个端面波纹形状可以与该轴套环向上连续变化的径向厚度相结合，使得该纵向部件9的腔14的截面和/或该加强件8的截面的形状不必是圆形，而可以是例如椭圆形或卵形。这种非圆形状还反映出其他多种原因，例如该加强件8与臂4之间连接的类型。然而就形状而言，该腔14和内加强件8的圆形或圆筒形结构用在该轴套7上对疲劳、应力分散是最有利的形状。
最后，该外加强件或纵向部件9利用两个支撑面和两个垂直的螺钉连接于该车身2上，只用在特定的安装情况。一般而言，该纵向部件可以用不同方式锚定或固定在车身上。该螺钉连接只是一种可能(在这种情况下，至少一个是螺钉，每个接头一个通孔)。其它安装可能的方式还可以是焊接或粘结。
权利要求
1.一种用于将悬架臂连接于车身的弹性接头，能够在扭矩下工作并能承受该车身的主要重量，包括一个内加强件(8)，一个环绕该内加强件的外加强件(9)，以及一个弹性轴套(7)，该轴套设置在该内、外加强件之间，并且其内、外圆周表面连接于所述内、外加强件而没有任何滑动，其特征在于，该外加强件(9)的形状适合于直接安装在该车辆的车身上。
2.根据权利要求1的弹性接头，其特征在于，该外加强件(9)包括一个纵向部件，该纵向部件是一个铸造件或压制件，该外加强件9具有一个腔(14)，其中该弹性轴套(7)被模制形成在该腔(14)内并直接粘接在该腔(14)的表面上。
3.根据权利要求1或2的弹性接头，其特征在于，所述轴套(7)在至少一个端面(7a和7b)中，具有至少一凹槽，该凹槽设置成使该接头沿一个三坐标轴(X′、Y、Z′)系统的第一坐标轴(Z′)具有最小的刚度，其第二坐标轴(Y)与该弹性接头(5)的旋转轴(6)重合。
4.根据权利要求3的弹性接头，其特征在于，该弹性轴套(7)的至少两端面(7a或7b)之一具有在该弹性轴套的圆周方向上在至少一低点和一高点之间连续地变化的形状。
5.根据权利要求4的弹性接头，其特征在于，该轴套(7)的两端面(7a或7b)具有波纹形状。
6.根据权利要求4或5的弹性接头，其特征在于，该波纹形状具有明显的正弦形状或准正弦形状。
7.根据权利要求4至6中任一项的弹性接头，其特征在于，当没有载荷作用在该接头时，所述端面(7a或7b)内周边区域的波纹形状(Pi)优选有至少一个低点(mi)和至少一个高点(Mi)，它们分别相对该端面(7a或7b)外周边区域的波纹形状(Pe)的至少一个低点(me)和至少一个高点(Me)偏移一预定的角度(α)。
8.根据权利要求7的弹性接头，其特征在于，所述预定角度(α)优选选择为，当该接头(3)承受额定载荷时，该额定载荷时使该内加强件(8)和外加强件(9)彼此相对旋转预定的角度，在所述内、外周边区域之间的该形状的低点的几何轨迹(17)和高点的几何轨迹(18)分别沿三坐标轴系统的第一坐标轴(Z′)和第三坐标轴6(X′)的方向大致径向地定向。
9.根据权利要求2至8中任一项的弹性接头，其特征在于，该纵向部件(9)具有至少一个支承面，优选具有两个支承面(9a和9b)，能与车身(2)上的至少一个响应的支承面相配合，因此，使得在该纵向部件固定在所述车身之后，该弹性接头(3)的三坐标轴(X′、Y、Z′)相对于连接在车身的一坐标轴(X、Y、Z)系统有预定的定向。
10.根据权利要求8或9的弹性接头，其特征在于，该第一坐标轴(Z′)大致垂直于连接于该车身的的水平面。
11.一种车辆悬架，具有两个在扭转状态下工作的弹性接头，其特征在于，每个该弹性接头是根据权利要求1至10中任一项的弹性接头。
全文摘要
本发明涉及一种弹性接头，用于将悬架臂连接于车身，能在扭矩下工作并能够承受该车身主要重量，具有一个内加强件(8)，一个包围该内加强件的外加强件(9)，以及一个弹性轴套(7)，该轴套设置在内、外加强件之间，并且其内、外圆周表面与该内、外加强件连接而相对于该内、外加强件没有任何滑动。本发明的特征是，该外加强件(9)的形状使其能够直接固定在该车身上，而不需要中间的刚性支撑件。
文档编号F16F1/38GK1392842SQ0180286
公开日2003年1月22日 申请日期2001年7月27日 优先权日2000年7月28日
发明者S·勒菲弗, M·戈特龙 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份有限公司