专利名称：重型轴-梁连接件的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆轴/悬挂系统，并且具体为用于诸如卡车和牵引拖车之类的重型车辆的那些系统的悬挂组件。更具体地，本发明针对用于卡车和牵引拖车的重型拖曳臂或引导臂刚性梁式悬挂组件，其中所述轴通过改进的U型螺栓支架/轴座牢固且有效地连接至所述梁。所述改进的U型螺栓支架/轴座、连同其中所述轴-梁连接件被组装的方式一起增大焊接部的疲劳寿命并且增大所述轴在所述轴-梁连接件处或附近的耐久性。更具体地，这通过提供下述结构实现其中在车辆的操作期间施加到所述轴-梁连接件上的特定载荷在所述U型螺栓支架/轴座、用于将所述轴附接至所述U型螺栓支架/轴座上的焊接 部、以及所述梁之间分担，并且这通过将这些焊接部可选地布置在所述轴上的残余压应力场中实现。
背景技术：
在重型卡车和牵引拖车行业中使用气动拖曳臂和引导臂刚性梁式轴/悬挂系统已经非常流行多年。气动拖曳臂和引导臂弹性梁式轴/悬挂系统还通常在工业中使用。尽管这种轴/悬挂系统能够发现为广泛不同的结构形式，但是通常它们的结构相似之处在于每种系统通常包括一对悬挂组件。在某些重型车辆中，悬挂组件直接连接至车辆的主框架。在其他重型车辆中，车辆的主框架支承子框架，而悬挂组件直接连接至子框架。对于那些支承子框架的重型车辆而言，所述子框架能够为固定的或活动的，后者通常称为滑块箱、滑块子框架、滑块底盘、或第二滑块框架。为了方便和清晰的目的，本文将对主构件进行参照，其中理解的是这种参照是作为示例，并且本发明应用至从主框架、活动子框架和固定子框架悬挂的重型车辆轴/悬挂系统。具体地，轴/悬挂系统的每个悬挂组件包括纵向延伸的细长梁。每根梁设置为与一对间隔开的纵向延伸主构件以及形成车辆框架的一个或多个十字构件中的对应的一个相邻或在其下面。更具体地，每根梁在其端部中的一个处可枢转地接至吊架，吊架又附接至且依附于车辆的主构件中的对应一个。轴在该对悬挂组件的梁之间横向延伸并且通常在从每根梁的大约中点到与所述梁的与枢转连接端部相反的端部的选定位置处通过某种装置连接至所述梁。每根梁的相反端部还连接至波纹状空气弹簧或其等同物，空气弹簧又连接至主构件中的对应一个。制动组件以及一个或多个减震器也安装在梁和/或轴中的每一个上。高度控制阀安装在吊架上并且可操作地连接至梁以维持车辆的运行高度。梁可以从枢转连接部相对于车辆的前部向后或向前延伸，由此分别限定通常称为拖曳臂和引导臂式轴/悬挂系统。但是，为了本文所包括的描述目的，应当理解的是，术语“拖曳臂”将包括相对于车辆的前端部向后或向前延伸的梁。轴安装在其上的梁通常为顶部安装/上方悬吊式梁或底部安装/下方悬吊式梁。轴安装在底部安装/下方悬吊式梁的顶部上且由底部安装/下方悬吊式梁支承，其中轴的上部分基本暴露。焊接由于轴-梁连接件在车辆的操作期间所经受的特定载荷而单独通常不足以维持用于底部安装/下方悬吊式梁和顶部安装/上方悬吊式刚性梁的一体性。由此，底部安装/下方悬吊和顶部安装/上方悬吊的轴-梁安装以某种方式强化，以维持安装一体性且防止轴与梁分离。这种强化通常包括诸如U型螺栓、U型螺栓支架/轴座、焊接部之类的另外的安装硬件，从而导致更能够承受操作载荷的牢固的轴-梁连接件。但是，即使使用这种强化，这些现有技术的轴-梁连接件仍然可能潜在地具有对于轴与U型螺栓支架/轴座之间的焊接部的小于最优的耐久性、以及轴本身在轴-梁连接件处或附近的小于最优的耐久性。这由于作用在轴上的力几乎完全转移通过将U型螺栓支架/轴座附接至轴上的焊接部而可能潜在地发生。因此，在本领域中存在对用于轴/悬挂系统的轴-梁连接件的需求，其采用改进的 轴-梁连接件，其中在车辆的操作期间施加到轴-梁连接件上的特定载荷在U型螺栓支架/轴座、焊接部、以及梁之间分担。在本领域中还存在对用于轴/悬挂系统的轴-梁连接件的需求，其替代已知的现有技术的U型螺栓支架/轴座，其改变某些焊接部相对于轴和U型螺栓支架的位置，并且可选地通常将焊接部布置在于所述轴上生成的残余压缩应力场内。由于载荷在U型螺栓支架/轴座、焊接部以及梁之间分担，并且焊接部可选地通常布置在残余压缩应力场内，因此所述轴-梁连接件对载荷响应优于现有技术的轴-梁连接件，并且增大所述轴-梁连接件的焊接部的疲劳寿命且增大所述轴在所述轴-梁连接件处或附近的耐久性，从而导致更长寿命的轴-梁连接件。
发明内容
本发明的目的包括提供一种用于轴/悬挂系统的轴-梁连接件，所述轴-梁连接件增大在所述轴-梁连接件处的焊接部的疲劳寿命。本发明的另一目的包括提供一种轴-梁连接件，所述轴-梁连接件增大所述轴在所述轴-梁连接件处或附近的耐久性。这些目的和优点通过本发明的用于轴/悬挂系统的悬挂组件的轴-梁连接件实现，所述轴-梁连接件包括轴，所述轴具有外径；梁，所述梁包括一对支架，所述支架以彼此间的距离设置以形成轴座的至少一部分，介于所述支架之间的所述距离等于或小于所述轴的外径，所述轴设置在所述轴座中并且设置在所述支架之间，所述支架延伸至或延伸出所述轴的选定中线，所述轴固定地附接至所述支架；以及用于固定所述轴与所述梁的连接的装置。
说明申请人已经拟应用原则的最佳模式的本发明的优选实施例在下面的描述中阐释且在附图中示出，并且在所附权利要求中具体且明确地指出和阐释。图I是现有技术的轴-梁连接件的局部俯视图，示出了安装在车辆框架上的一对悬挂组件中的一个，其中隐藏部分由虚线表示，并且示出了采用包括焊接部(未示出)、U型螺栓和U型螺栓支架/轴座的现有技术的轴-梁连接件连接至梁上的轴；图2是结合到可枢转地附接至一对吊架上的现有技术的轴/悬挂系统内的、图I中所示类型的一对悬挂组件的驾驶者侧的顶部后视立体图，示出了采用包括焊接部(未示出)、U型螺栓和U型螺栓支架/轴座的现有技术的轴-梁连接件连接至梁中的每一根上的轴；图3A是图I中所示的悬挂组件的梁构造的零部件的分解图，并且示出了上方悬吊/顶部安装式梁的U型螺栓支架/轴座以及其他零部件；图3B是图3A中所示的组装好的零部件的立体图；图3C是沿着图I中线3C-3C截取的、该对悬挂组件中的一个的端视图；图4是图I中所示的梁和轴的多个部分的独立的放大俯视图，其中隐藏部分由虚线表示；图4A是图4中所示的梁和轴的放大局部图，示出了位于前部和后部U型螺栓支架 /轴座分别与梁的第一底板和第二底部板的端部之间的接合部中的每一个处的焊接部，并且还示出了在完成轴-梁连接件的组装之前在前部和后部U型螺栓支架/轴座与轴之间的间隙；图4B是从图4A的区域4B中获取的放大图，示出了将梁的第一底板的端部连接至前部U型螺栓支架/轴座上的三焊道焊接部；并且还示出了在完成轴-梁连接件的组装之前在前部U型螺栓支架/轴座与轴的前部分之间的间隙；图4C是与图4A相似的视图，示出了在完成轴-梁连接件的组装之后将前部和后部U型螺栓支架/轴座分别连接至轴的前部分和后部分上的三焊道焊接部；图4D是从图4C的区域4D中获取的放大图，示出了在完成轴_梁连接件的组装之后将前部U型螺栓支架/轴座连接至轴的前部分上的三焊道焊接部；图5是结合有本发明的一对优选实施例的轴-梁连接件的轴/悬挂系统的驾驶者侧的顶部后视立体图；图6是与图5相似的视图，但是移除了减震器中的两个以及空气弹簧；图7是安装在框架上的本发明的优选实施例的轴-梁连接件的局部俯视图，示出了轴在前部和后部U型螺栓支架/轴座内的过盈配合或压配合，并且还示出了驾驶者侧的悬挂系统的外侧U型螺栓；图8是与图7相似的放大俯视图，但是未示出U型螺栓、吊架和框架，并且隐藏部分由虚线表示，示出了前部和后部U型螺栓支架/轴座相对于轴的水平中线的位置；图9是图8中所示的梁的一部分的放大局部俯视图，示出了介于前部与后部U型螺栓支架/轴座的互连构件之间的距离以及轴在前部和后部U型螺栓支架/轴座内的过盈配合，并且还示出了内侧U型螺栓；图9A是与图9相似的视图，但是移除了 U型螺栓并且一些部分为截面并且隐藏部分由虚线表示，示出了轴在前部和后部U型螺栓支架/轴座的互连构件之间的过盈配合；图9B是从图9A的区域9B中获取的放大图，并且示出了前部U型螺栓支架/轴座与轴的前部分的过盈配合，包括轴的轻微变形，并且还示出了将梁的第一底板连接至前部U型螺栓支架/轴座上的三焊道焊接部；图10是图9A中所示的轴-梁连接件的局部俯视图，但是示出了在完成轴-梁连接件的组装之后位于轴的前部分和后部分分别与前部和后部U型螺栓支架/轴座之间的接合部中的每一个处的三焊道焊接部；以及
图11是从图10的区域11中获取的放大图，示出了将梁的第一底板连接至前部U型螺栓支架/轴座上的三焊道焊接部，示出了轴的前部分与U型螺栓支架/轴座的过盈配合，并且还示出了将轴的前部分固定附接至前部U型螺栓支架/轴座上的三焊道焊接部。相同的附图标记贯穿附图始终表示相似的零件。
具体实施例方式为了能够最佳地理解其中本发明的新型和改进的轴-梁连接件被使用的环境，将在下面立即描述采用包括焊接部、U型螺栓、U型螺栓支架/轴座和它们的关联硬件的常规的现有技术的轴-梁连接件的轴/悬挂系统。气动拖曳臂刚性上部悬吊/顶部安装梁式轴/悬挂系统整体上由附图标记10表示并且在图I和图2中示出。轴/悬挂系统10是美国专利No. 5，037, 126的主题，能够从本发明的受让人获得，并且商业上以HT系列轴/悬挂系统进行销售。因为轴/悬挂系统10包括安装在依附于主构件6的一对横向间隔开的框架吊架18上的一对相同的悬挂组件11， 因此本文将对悬挂组件中的仅仅一个进行描述。另外参照图3A-图4，悬挂组件11包括通常为刚性金属盒状结构的尾随臂或梁
12,其包括一对横向间隔开的竖直延伸的侧壁66,侧壁66分别通过水平延伸的顶板38和第一底板39互连。侧壁66和顶板38形成为具有大致反转U形的单件式结构。底板39焊接部至侧壁66以完成梁12的整体结构。下面阐释对梁12的更详细描述。梁12的前端部包括在重型轴/悬挂系统领域中众所周知类型的衬套组件40 (图3A)。衬套组件包括由强硬钢形成的安装管42以及压配合到管内的弹性衬套44。衬套44围绕形成有连续开口 31的中央金属套管46模制成型且粘合式附接至该中央金属套管46上。套管46完全穿过衬套44并且从衬套44的侧壁向外延伸以有利于梁12在吊架18上的枢转安装，这将在下文更详细描述。如在本领域中众所周知的，弹性衬套44的硬度能够基于期望的应用和衬套偏转性能而改变。为了基本上实现沿竖直方向的较软行程和沿前后方向的较硬行程，衬套44在其侧壁中的每一个中形成有一对竖直间隔开的空隙43。平台16从摇曳梁12的后端部延伸以用于支承常规的波纹管式空气弹簧9，空气弹簧9在平台16与主构件6之间延伸且附接至平台16和主构件6 (图I)。减震器7也在选定的位置处附接至梁12和主构件6且在梁12与主构件6之间延伸，以完成悬挂组件11的主部件。轴17在每根梁之间延伸且分别通过前部和后部三焊道焊接部90F、90R (图4C)、并且通过包括一对梁U型螺栓27、前部U型螺栓支架/轴座28F、后部U型螺栓支架/轴座28以及它们的关联硬件的结构部件刚性连接至每根梁的后端部，正如将在下面更详细描述的。悬挂组件梁12经由框架吊架18可枢转地安装在车辆(未示出)的主构件6上，框架吊架18通过任何常规装置例如焊接部依附于且固定至主构件。框架吊架18通常为具有竖直延伸的前壁21和顶壁37的大致盒装的坚固钢结构，前壁21和顶壁37各附接至一对竖直延伸的侧壁22 (图I和图2)且在该对侧壁22之间延伸。紧固件组件15包括紧固至螺栓20上的螺母26，螺栓20穿过偏心垫圈19和第二垫圈24，其中偏心垫圈设置为与吊架18的外侧壁22的外表面相邻，而第二垫圈设置为与吊架的内侧壁22的内表面相邻；在吊架侧壁22中形成的一对对准开口(未示出);在一对常规的垫片盘(未示出)中形成的一对对准开口 ；以及衬套套管46的对准的连续开口 31。每个垫片盘(未示出)通常由超高分子量聚乙烯形成，并且围绕衬套安装管42设置在吊架侧壁22中的对应一个与衬套44之间，以隔绝在安装管与吊架侧壁之间的金属-金属接触。偏心垫圈19提供用于调节轴/悬挂系统10的对准的装置。继续参照图3A、图3B、图3C和图4，梁12通常包括七个零部件，包括侧壁66、一体式顶板38、第一底板39、第二底板36、和分别为前部和后部U型螺栓支架/轴座的28F、28R，连同它们的关联硬件，如在下文更详细阐释。如上述，相对侧壁66和顶板38形成大致反转U形的单件式构件。该U形构件通过冲压和/或弯曲工艺形成。第一底板39和第二底板36通过沿着相邻界面35的焊接固定在一起，以形成刚性梁底部构件34。梁底部构件34刚性地固定至U形构件的敞开端部，并且沿着侧壁66，并且由此与顶板38相对且间隔开。前部U型螺栓支架/轴座28F套入到一对横向间隔开的前部狭槽70F中并且通过焊接固定在该对前部狭槽70F中，其中前部狭槽70F在轴17 (图4)的前方在梁12的相对 侧壁66中形成。后部U型螺栓支架/轴座28R套入到一对横向间隔开的后部狭槽70R中并且通过焊接固定在该对后部狭槽70R中，其中后部狭槽70R在轴17 (图4)的后方在梁12的相对侧壁66中形成。弓形部50 (仅示出一个)在前部狭槽70F与后部狭槽70R之间一体地形成于侧壁66中的每一个的下边缘中。第二底板36形成有与端部48相邻的弯曲部47，端部48与板的衬套组件端部相对。第一底板39形成有与端部49相邻的弯曲部57，端部49与板的衬套组件端部相对。 现在转至图4A和图4B，第二底板36的终端弯曲端部48与后部U型螺栓支架/轴座28R相接触并且通过后部焊接部95R刚性地固定至后部U型螺栓支架/轴座28R，而第一底板39的终端弯曲端部49与前部U型螺栓支架/轴座28F相接触并且通过前部三焊道焊接部95F刚性地固定至前部U型螺栓支架/轴座28F。如可以看出的，通过使第一底板39和第二底板36弯曲而使得端部49和48分别沿轴17的整体方向定向，轴轨迹51 (图I)通过梁侧壁66的弓形部50 (仅一个示出)、前部和后部U型螺栓支架/轴座28F、28R、一对U型螺栓27、一对U型螺栓垫片23、以及分别为第一底板39和第二底板36的端部49和48形成。轴轨迹51在重型车辆领域中通常已知为或称为“轴座”。如图I中所示，减震器枢转板67通过合适的装置(未示出)固定至前部U型螺栓支架/轴座28F。减震器7紧固至减震器枢转板67，使得减震器相对于梁12枢转。高度控制阀81经由操纵杆82和联接件83附接至吊架18且可操作地连接至减震器枢转板67。空气弹簧9通过螺纹紧固连接件58 (图2)固定至车辆的主构件6，紧固连接件58刚性地附接至空气弹簧，并且通过螺母54螺纹啮合。空气弹簧9还通过合适的紧固件55 (图3C)固定至平台16。现在转至图4-图4B，前部U型螺栓支架/轴座28F示出为套入到横向间隔开的前部狭槽70F中，并且向下朝轴17的前部分延伸且与轴17的前部分相邻。后部U型螺栓支架/轴座28R示出为套入到横向间隔开的后部狭槽70R中，并且向下朝轴17的后部分延伸且与轴17的后部分相邻。由于前部和后部U型螺栓支架/轴座28F和28R通常彼此相同，为了清晰起见，仅仅设置为与轴17的前部分相邻的前部U型螺栓支架/轴座将在本文描述，其中应当理解的是后部U型螺栓支架/轴座与前部U型螺栓支架/轴座成镜像。前部U型螺栓支架/轴座28F包括大致竖直的互连构件41、水平构件61和增强支板65。互连构件41包括上部分45和下部分53。互连构件41还包括面对轴17的前部分的表面62。前部U型螺栓支架/轴座28F的竖直上部分45套入到横向间隔开的前部狭槽70F中。互连构件41的下部分53包括终端边缘59。终端边缘59终止在轴17的水平中线HCL的上方。当轴在轴-梁连接件的组装期间已经靠置在轴轨迹51内时，互连构件41的终端边缘59或表面62均不接触轴17。实际上，如在图4A和图4B中最佳示出的，在轴17与互连构件41之间存在间隙G或空间。现在转至图4C和图4D，在现有技术的轴-梁连接件的组装期间，轴17靠置在轴轨迹51中。前部三焊道焊接部90F沿着轴17与前部U型螺栓支架/轴座28F的终端边缘59之间的间隙G设置，以将轴固定地附接至前部U型螺栓支架/轴座。类似地，后部三焊道焊接部90R沿着轴17与后部U型螺栓支架/轴座28R的终端边缘59之间的间隙G设置，以将轴固定地附接至后部U型螺栓支架/轴座。由于焊接部沿着在每个终端边缘59与轴17之间的相应间隙G设置，因此终端边缘的一部分被消耗。因为每个终端边缘59在完成组装之前设置在轴17的水平中线HCL的上方，因此在终端边缘的一部分在将轴焊接部至终端边缘期间被消耗之后，前部和后部三焊道焊接部90F、90R在组装完成时通常在间隙G中位于轴的水平中线的上方。由此，在组装完成之后，前部和后部三焊道焊接部90F和90R中的每·一个以及梁12的弓形部50分别用作基本第一和第二载荷路径LP和LPS，以用于在车辆的操作期间将特定的载荷从轴17分别传递给前部和后部U型螺栓支架/轴座28F和28R，并且传递给梁12的其他部件。更具体地，在车辆的操作期间，存在第一载荷路径LP，其延伸穿过轴17、穿过前部三焊道焊接部90F、穿过前部U型螺栓支架/轴座28F的下部分53的终端边缘59、并且抵达梁12的其他部件。类似地，在车辆的操作期间，存在第二个第一载荷路径LP，其延伸穿过轴17、穿过后部三焊道焊接部90R、穿过后部U型螺栓支架/轴座28R的下部分53的终端边缘59、并且抵达梁12的其他部件。在车辆的操作期间，第二载荷路径LPs也存在并且延伸穿过轴17而抵达梁12的弓形部50。由于现有技术的轴-梁连接件除了上述用于每个悬挂组件11的焊接部以外需要一对大致相同的内侧和外侧连接件，因此为了清楚起见，仅仅悬挂组件的内侧连接件将被描述，其中应当理解的是相同的外侧连接也存在用于相同的悬挂组件。U型螺栓垫片23(图I)构造为使得其将与轴17的暴露的下部分相接触并且设置在轴与U型螺栓27之间以确保轴在轨迹51中的固定配合，U型螺栓27围绕轴17 (图I)布置并且穿过一对开口 72 (图3A)，开口中的每一个分别在前部和后部U型螺栓支架/轴座28F、28R的水平构件61的内侧部分中形成。一对垫圈52 (图3C)中的每一个设置在U型螺栓27的该对端部中的对应一个上，并且一对螺母73中的每一个与U型螺栓的该对螺纹端部中的对应一个螺纹啮合且紧固。与U型螺栓支架/轴座28F和28R相结合的U型螺栓27和U型螺栓垫片27、垫圈52和螺母73、连同前部和后部三焊道焊接部90F、90R将轴17固定到轴轨迹51内以生成刚性轴-梁连接件。如上述，现有技术的轴-梁连接件例如紧上面所述的一个可能在车辆的操作期间经受潜在更小的最佳焊接疲劳寿命和/或轴在轴-梁连接件处或附近的潜在更小的最佳耐久性。这是由于前部和后部三焊道焊接部90F、90R沿着在轴17与分别为前部和后部U型螺栓支架/轴座28F、28R的竖直部分41的终端边缘59之间的间隙G设置。在间隙G中的这些焊接部导致在车辆的操作期间基本通过前部和后部三焊道焊接部90F、90R将来自轴的特定载荷施加到梁12内，前部和后部三焊道焊接部90F、90R分别将轴连接至前部和后部U型螺栓支架/轴座28F、28R。本发明的轴-梁连接件的优选实施例在图5-图7中整体上以200示出，与轴/悬挂系统210的顶部安装/上方悬吊式梁212结合使用，并且现在将在下面进行描述。轴-梁连接件200在某些方面与在上文结合轴/悬挂系统10所述的现有技术的轴-梁连接件相似，但是在其他方面不同。如上述，轴-梁连接件200优选地与顶部安装/上方悬吊式梁212结合使用，但是也能够与底部安装/下方悬吊式梁结合使用而不改变本发明的整体概念或操作。气动拖曳臂刚性上方悬吊/顶部安装梁式轴/悬挂系统整体上由附图标记210表示并且在图5中示出为结合有本发明的轴-梁连接件200。因为轴/悬挂系统210包括安
装在依附于重型车辆(未示出)的一对框架主构件206 (图7)的一对横向间隔开的吊架218上的一对相同的悬挂组件211，因此本文将描述悬挂组件中的仅仅一个。悬挂组件211包括大致刚性的金属盒状结构的拖曳臂或梁212，其包括一对横向间隔开的竖直延伸侧壁266，侧壁266分别通过水平延伸的顶板238和第一底板239互连。侧壁266和顶板238形成为具有大致反转U形的单件式结构。底板239焊接至侧壁266以完成梁212的整体结构。下面阐释梁212的更详细描述。现在转至图8，梁212的前端部包括在重型轴/悬挂系统领域中众所周知类型的衬套组件240。衬套组件包括由坚固钢形成的安装管242和压配合到管内的弹性衬套244。衬套244围绕形成有连续开口 231的中央金属套管246模制成型且附接至该中央金属套管246。套管246完全穿过衬套244并且从衬套244的侧壁向外延伸以有利于梁212在吊架218 (图5和图7)上的枢转安装，这将在下文更详细描述。如在本领域中众所周知的，弹性衬套244的硬度能够基于期望的应用和衬套偏转性能而改变。为了基本上实现沿竖直方向的较软行程和沿前后方向的较硬行程，衬套244在其侧壁中的每一个形成有一对竖直间隔开的空隙243。另外参照图6-图7，平台216从拖曳梁212的后端部延伸以用于支承常规的波纹管式空气弹簧209 (图5)，空气弹簧209在车辆的平台216与主构件206之间延伸且附接至平台216和主构件206。分别为第一和第二减震器207A、207B (图5)以对本领域的技术人员众所周知的方式附接至梁212。第一减震器207A也以对本领域的技术人员众所周知的方式附接至吊架218。第二减震器207B也以对本领域的技术人员众所周知的方式附接至车辆(未示出)的框架，以完成悬挂组件211的主部件。轴217在每根梁212的后端部之间延伸且通过焊接和包括一对梁U型螺栓227、前部U型螺栓支架/轴座228F、后部U型螺栓支架/轴座228R、和它们的关联硬件的结构部件刚性地连接至每根梁的后端部，正如将在下面更详细描述的。继续参照图5-图7，悬挂组件梁212经由框架吊架218 (图7)可枢转地安装在车辆的主构件206上，框架吊架218依附于主构件且通过任意合适的装置例如焊接部固定至主构件。框架吊架218通常为具有竖直延伸的前壁221 (图6)的大致盒装的坚固钢结构。紧固件组件215包括螺栓220，其穿过偏心垫圈219和第二垫圈224，其中偏心垫圈设置为与吊架218的外侧壁222的外表面相邻，而第二垫圈224设置为与吊架的内侧壁222的内表面相邻；在吊架侧壁222中形成的一对对准开口(未示出)；在一对常规的垫片盘(未示出)中形成的一对对准开口 ；以及衬套套管246的对准的连续开口 231。螺母226螺纹啮合到螺栓220的外侧端部上以完成紧固件组件215。每个垫片盘通常由超高分子量聚乙烯形成，并且围绕衬套安装管242设置在吊架侧壁222中的对应一个与衬套244之间，以隔绝在安装管与吊架侧壁之间的金属-金属接触。偏心垫圈219提供用于调节轴/悬挂系统210的对准的装置。现在转至图8，梁212通常包括七个零部件，包括侧壁266、一体式顶板238、第一底板239、第二底板236、和分别为前部和后部U型螺栓支架/轴座的228F、228R，连同它们的关联硬件，如在下文更详细阐释。如上述，相对侧壁266和顶板238形成大致反转U形的单件式构件。该U形构件通过冲压和/或弯曲工艺形成。第一底板239和第二底板236通过沿着相邻界面235的焊接固定在一起，以形成刚性梁底部构件234。梁底部构件234沿着侧壁266刚性地固定至U形构件的敞开端部，并且由此与顶板238相对且间隔开。另外参照图9和图9A，前部U型螺栓支架/轴座228F套入到一对横向间隔开的前部狭槽270F中并且通过焊接刚性地固定在该对前部狭槽270F中，其中前部狭槽270F在轴 217的前方在梁212的相对侧壁266中形成。后部U型螺栓支架/轴座228R套入到一对横向间隔开的后部狭槽270R中并且通过焊接刚性地固定在该对后部狭槽270R中，其中后部狭槽270R在轴217的后方在梁212的相对侧壁266中形成。弓形部250 (仅示出一个)在前部狭槽270F与后部狭槽270R之间一体地形成于侧壁266中的每一个的下边缘中。第二底板236形成有与端部248相邻的弯曲部247，端部248与板的衬套组件端部相对。第一底板239也形成有与端部249相邻的弯曲部257，端部249与板的衬套组件端部相对。第二底板236的终端弯曲端部248与后部U型螺栓支架/轴座228R相接触并且通过后部焊接部295R刚性地固定至后部U型螺栓支架/轴座228R，而第一底板239的终端弯曲端部249与前部U型螺栓支架/轴座228F相接触并且通过前部三焊道焊接部295F刚性地固定至前部U型螺栓支架/轴座228F。如可以看出的，通过使第一底板239和第二底板236弯曲而使得端部249和248分别沿轴217的整体方向定向，轴轨迹251通过侧壁266的弓形部250(仅一个示出)、前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R、U型螺栓227、分别为第一底板239和第二底板236的端部249和248形成。轴轨迹251在重型车辆领域中通常已知为或称为“轴座”。如图6中所示，减震器枢转板267通过合适的装置(未示出)固定至前部U型螺栓支架/轴座228F的内侧。第一和第二减震器207A、207B紧固至减震器枢转板267，使得减震器相对于梁212枢转。空气弹簧209通过螺纹紧固连接件258 (图5)固定至车辆(未示出)的车辆框架主构件206，紧固连接件258刚性地附接至空气弹簧，并且通过螺母254螺纹啮合。空气弹簧209还通过合适的紧固件(未示出)固定至平台216。另外参照图9、图9A和图9B，前部U型螺栓支架/轴座228F示出为套入到横向间隔开的前部狭槽270F中，并且向下朝轴217的前部分延伸且与轴217的前部分相邻。后部U型螺栓支架/轴座228R示出为套入到横向间隔开的后部狭槽270R中，并且向下朝轴17的后部分延伸且与轴17的后部分相邻。由于前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R通常彼此相同，为了清晰起见，仅仅设置为与轴17的前部分相邻的前部U型螺栓支架/轴座将在本文描述，其中应当理解的是后部U型螺栓支架/轴座与前部U型螺栓支架/轴座成镜像。前部U型螺栓支架/轴座228F包括大致竖直的互连构件241、大致水平的构件261和增强支板265。互连构件241包括上部分245和下部分253。互连构件241还包括面对轴217的前部分的表面262。前部U型螺栓支架/轴座228F的竖直上部分245套入到前部狭槽270F中并且优选地通过焊接刚性地附接至前部狭槽270F。互连构件241的下部分253包括终端边缘259。根据本发明的重要特征，前部U型螺栓支架/轴座228F的终端边缘259与轴217的前部分相邻地大致向下延伸。优选地，终端边缘259终止在轴217的水平中线HCL(图9A和图9B)处或之外。应当理解的是，轴的中线示出为水平定向，但是中线的其他角度和方向被构思。换言之，至少部分地通过弓形部250以及前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R生成的轴轨迹251围绕轴217的至少180°并且优选地大于180°。例如，前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R能够围绕轴217旋转任意角度，只要前部和后部U型螺栓支架/轴座的终端边缘259终止在轴的给定中线处或之外，而无论中线的角度为水平、竖直或其他。 根据本发明的另一重要特征，前部和后部狭槽270F和270R彼此间隔开，使得当前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的互连构件241的上部分245套入到如上述的狭槽中的每一个中时，前部和后部U型螺栓支架/轴座的互连构件的表面262限定介于它们之间的距离Ds (图9A)，距离Ds等于或小于轴217的外径Da (图9)。在本发明的优选实施例的轴-梁连接件200中，距离Ds在轴-梁连接件的组装之前小于外径Da。当距离Ds小于外径Da时，在轴-梁连接件200的组装之后，在轴217的前部分和后部分以及与前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的终端边缘259相邻的表面262之间确保过盈配合以及至少点接触和/或优选的线接触。在前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R的互连构件241的表面262分别与轴217的前部分和后部分之间的这种点接触和/或线接触生成轴在其前部分和后部分中的每一个上的至少稍微变形D (图11)，并且导致在轴与前部和后部U型螺栓支架/轴座的互连构件表面262 (与互连构件下部分253相邻)之间的压缩预载荷。压缩预载荷也在轴217与梁212的侧壁266的弓形部250的前部分之间生成。应当注意的是，轴217必须具有足够的刚性以承受压缩预载荷的产生而没有轴的塑性变形。此夕卜，轴217在轴-梁连接件200的局部区域中必须足够刚性，使得弹性变形在车辆的操作期间产生。图9示出了在前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的表面262之间的距离Ds与轴217的外径Da之间的比较。更具体地，图7-图11示出了在组装之后的本发明的优选的轴-梁连接件200，其中距离Ds在组装之前小于距离Da，这在轴217与轴终端边缘259附近并且优选地在轴的水平中线HCL处或附近在轴217与前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的互连构件241的下部分253的表面262之间产生点接触和/或优选的线接触过盈配合。当距离Ds在组装之前等于外径Da时，在轴-梁连接件200的组装之后在轴217的前部分和后部分以及与前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的终端边缘259相邻的表面262之间产生接触。应当理解的是，本发明的轴-梁连接件200能够采用为如上述地在轴217与前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的互连构件241的下部分253的表面262之间的简单接触或过盈配合。为了本文的优选实施例的描述的目的，仅仅过盈配合将被描述，其中应当理解的是，接触配合也能够被利用而不会改变本发明的整体概念或操作。根据本发明的轴-梁连接件的又一重要特征，轴217通过前部三焊道焊接部290F(图10和图11)固定地附接至前部U型螺栓支架/轴座228F，前部三焊道焊接部290F沿着在轴与前部U型螺栓支架/轴座的竖直部分241的终端边缘259之间的接合部设置在轴的水平中线HCL处或优选地刚超出水平中线HCL，其是轴对于在车辆的操作期间的竖直载荷进行反应的最少活性部分，并且是在轴上通过轴在前部和后部U型螺栓支架/轴座内的点接触和/或线接触过盈配合产生的残余压缩应力场的位置。轴217通过后部三焊道焊接部290R固定地附接至后部U型螺栓支架/轴座228R，后部三焊道焊接部290R沿着在轴与后部U型螺栓支架/轴座的竖直部分241的终端边缘259之间的接合部也设置在轴的水平中线HCL处或优选地刚超出水平中线HCL，并且其是在轴上通过轴在前部和后部U型螺栓支架/轴座内的点接触和/或线接触过盈配合产生的残余压缩应力场的位置。应当理解的是，轴217的水平中线HCL示出为基本水平地定向，其中前部和后部三焊道焊接部290F、290R在轴的水平中线处或附近布置在前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的终端边缘259与轴的前部分和后部分的接合部处，但是，可以构想出其他构型。例如，前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的互连构件241能够相对于彼此成角度和/或围绕轴217旋转 任意角度，只要前部和后部U型螺栓支架/轴座的终端边缘259终止在轴的给定中线处或之外而无论中线的角度为水平、竖直或其他，其中前部和后部三焊道焊接部设置在中线处或附近，在该中线处，残余压缩应力场通过前部和后部U型螺栓支架/轴座在轴上生成。现在转至图7和图8，本发明的轴-梁连接件200需要用于每个悬挂组件211的一对大致相同的内侧和外侧连接件。为了清楚起见，仅仅悬挂组件的内侧连接件将被描述，其中应当理解的是相同的外侧连接件也存在用于相同的悬挂组件。U型螺栓227围绕轴217布置并且穿过一对开口 272，开口中的每一个在前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R中的对应一个的水平构件261的内侧中形成。一对垫圈252 (图7)中的每一个设置在U型螺栓227的该对端部中的对应一个上，而一对螺母273中的每一个与U型螺栓的该对螺纹端部中的对应一个螺纹啮合，并且紧固以将轴217固定在梁212的轴轨迹251内以生成刚性轴-梁连接件。如上述，本发明的轴-梁连接件200克服与现有技术的轴-梁连接件相关联的问题，其包括在轴17与前部和后部U型螺栓支架/轴座28F和28R的互连构件41的终端边缘59之间的焊接部的潜在更小的最佳焊接疲劳寿命、和轴在轴-梁连接件处或附近的潜在更小的最佳耐久性。这种改经通过将前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的互连构件241的终端边缘259设置在轴217的水平中线HCL附近或之外的位置而实现。这确保当终端边缘259的一部分在将前部和后部焊接部290F和290R布置在轴217与终端边缘之间的接合部期间被消耗时，焊接部设置在轴的水平中线HCL附近或者优选地设置在轴的水平中线HCL处，并且位于通过在轴-梁连接件200的组装期间由前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R的无间隙的点接触和/或线接触过盈配合而在轴上产生的残余压缩应力场内。这确保在车辆的操作期间作用在本发明的轴-梁连接件200上的特定载荷在前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的互连构件241以及沿着在轴217与前部和后部U型螺栓支架/轴座的终端边缘259之间的接合部设置的前部和后部三焊道焊接部290F、290R分担。更具体地，在车辆的操作期间，存在载荷路径LP1，其延伸穿过轴217、穿过前部三焊道焊接部290F、穿过前部U型螺栓支架/轴座228F的下部分253的终端边缘259、并且抵达梁212的其他部件(图10)。类似地，在车辆的操作期间，也存在第二个载荷路径LP1,其延伸穿过轴217、穿过后部三焊道焊接部290R、穿过后部U型螺栓支架/轴座228R的下部分253的终端边缘259、并且抵达梁212的其他部件。另外，在车辆的操作期间，存在载荷路径LP2，其延伸穿过轴217、穿过前部U型螺栓支架/轴座228F的相邻竖直下部分253的互连构件表面262并且抵达梁212的其他部件。类似地，在车辆的操作期间，也存在第二个载荷路径LP2，其延伸穿过轴217、穿过后部U型螺栓支架/轴座228R的相邻竖直下部分253的互连构件表面262并且抵达梁212的其他部件。另外，在车辆的操作期间，存在载荷路径LP3，其延伸穿过轴217、并且进入梁212的侧壁266的弓形不250的前部分内。本发明的轴-梁连接件200通过提供下述结构增大在轴-梁连接件处的焊接疲劳寿命，并且也增大轴在轴-梁连接件处或附近的耐久性，其中，在车辆的操作期间施加到轴-梁连接件上的特定载荷在如上具体阐释且如本发明的附图中所示的前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R、前部和后部三焊道290F、290R以及梁212的侧壁266的弓形部250的前部分之间分担。此外，由于前部和后部焊接部290F、290R设置在通过前部和后部 U型螺栓支架/轴座228F、228R的无间隙的过盈配合而在轴上产生的残余压缩应力场上，因此焊接部将具有增大的疲劳寿命，从而导致更长寿命的轴-梁连接件。由此，本发明的轴-梁连接件200增大焊接疲劳寿命，增大轴217在轴-梁连接件处或附近的耐久性，并且比已知的现有技术的轴-梁连接件更佳地响应于载荷。构想的是，本发明的优选实施例的轴-梁连接件200能够在具有一根或多于一根的轴的牵引拖车或重型车辆上使用而不改变本发明的整体概念。优选的是，本发明的轴-梁连接件200通过梁212以及前部和后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的组装而形成，使得在互连构件241的表面262之间的距离Ds等于或小于轴217的外径Da，使得必须通过对于本领域的技术人员已知的任意合适的过程将轴迫压到介于前部和后部U型螺栓支架/轴座的表面之间的轴轨迹251内，从而生成在轴与前部和后部U型螺栓支架/轴座的互连构件的相对表面之间的点接触和/或优选地线接触。还构想的是，在轴217与梁212的侧壁266的弓形部250的前部分之间的压缩预载荷能够设置在沿着弓形部的长度的其他位置处，例如顶部分或后部分，而不会改变本发明的整体概念和范围。进一步构想的是，本发明的轴-梁连接件200能够形成为采用布置在轴217与前部和/或后部U型螺栓支架/轴座228F和228R的互连构件241的表面262之间的一个或多个垫片以限定在垫片之间的距离Ds，其中距离Ds等于或小于轴的外径Da而不改变本发明的整体概念。进一步构想的是，本发明的轴-梁连接件200能够通过机加工前部和/或后部U型螺栓支架/轴座228的互连构件241的表面262或者轴217的前表面和后表面以产生介于前部和后部U型螺栓支架/轴座的互连构件的表面之间的距离Ds而形成，其中距离Ds等于或小于轴的外径Da，而不改变本发明的整体概念。仍然构想的是，本发明的轴-梁连接件200能够形成有前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R，它们具有相对于彼此成对称或不对称角度的互连构件241和表面262。例如，前部和后部U型螺栓支架/轴座的终端边缘259能够比互连构件的相对端部彼此更靠近。应当理解的是，以上详细描述的本发明的优选实施例的轴-梁连接件200包括用于将轴217附接至前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R上的装置，该装置包括前部和后部三焊道焊接部290F、290R。还构想的是，用于将轴217附接至前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R上的其他装置能够替代于三焊道焊接部290R、290R使用，例如单焊道、双焊道或其他多焊道焊接部而不改变本发明的整体概念和操作。应当理解的是，以上详细描述的本发明的优选实施例的轴-梁连接件200包括用于固定轴217与梁212的连接的另外的装置，即一对U型螺栓227。还构想的是，用于固定轴217与梁212的连接的其他另外的装置能够替代于成对U型螺栓227使用，例如单个U型螺栓；围绕轴设置的绑带，该绑带直接附接至轴或者具有设置在轴内的销以相对于轴设置绑带；位于轴的顶部上的板，该板直接附接至轴或者具有设置在轴内的销以相对于轴设置板；或者用于固定轴与梁的连接的其他相似的另外的装置以提供用于轴的另外的定位支承。还构想的是，分别在前部和后部U型螺栓支架/轴座228F、228R的表面262与轴217的前部分和后部分之间的点接触和/或线接触也能够为区域接触而不改变本发明的整体概念或操作。进一步构想的是，本发明的轴-梁连接件200能够在具有活动或固定的框架或子框架的车辆上采用而不改变本发明的整体概念。还构想的是，本发明的轴-梁连接件200能够与底部安装/下方悬吊式梁结合使用而不改变本发明的整体概念或操作。进一步构想的是，本发明的轴-梁连接件200能够在对于本领域的技术人员已知的所有类型的引导臂和/或摇曳臂梁式轴/悬挂系统设计中使用而不改变本发明的整体概念。例如，本发明发现在由除了钢以外的材 料例如铝、其他金属、金属合金、复合物、和/或它们的组合制成的梁或臂中的应用。本发明还发现在具有与以上所示的设计和/或构型不同的设计和/或构型中的应用，例如实心梁、贝壳状梁、桁架梁、交叉梁、弹性梁和平行板。本发明还发现在中间结构例如弹簧座中的应用。仍然构想的是，本发明的轴-梁连接件200能够与具有不同壁厚度的轴结合使用而不改变本发明的整体概念或操作。因此，本发明的轴-梁连接件被简化，提供了实现所有列举目的的有效的、安全的、便宜的和高效的结构和方法，提供用于消除现有技术的轴-梁连接件所面临的困难，并且解决本领域中的问题和获得新的结果。在前面的描述中，特定术语已经为了简单、清除和理解而被使用，但是没有不必要的限制将由其在现有技术的要求以外暗示，这是由于这些术语用于说明性的目的并且意为宽广的理解。此外，本发明的描述和说明作为示例，并且本发明的范围不限于所示或所述的精确细节。现在已经描述了本发明的特征、发现和原理、本发明的轴-梁连接件被使用和安装的方式、构造的特征、布置和方法步骤、以及优点、所获得的新的和有用结果；在所附权利要求中阐释了新的和有用的结构、装置、元件、布置、过程、零件、部件和组合。
权利要求
1.一种用于轴/悬挂系统的悬挂组件的轴-梁连接件，包括 a)轴,所述轴具有外径； b)梁，所述梁包括 i) 一对支架，所述一对支架以彼此间的距离设置以形成轴座的至少一部分，介于所述支架之间的所述距离等于或小于所述轴的外径，所述轴设置在所述轴座中并且设置在所述支架之间，所述支架延伸至或延伸出所述轴的选定中线，所述轴固定地附接至所述支架；以及 i i )用于固定所述轴与所述梁的连接的装置。
2.如权利要求I所述的轴-梁连接件，其中，介于所述支架之间的所述距离小于所述轴的外径。
3.如权利要求I所述轴-梁连接件，所述一对支架包括一对U型螺栓支架。
4.如权利要求I所述的轴-梁连接件，所述用于固定所述轴与所述梁的连接的装置包括至少一个U型螺栓。
5.如权利要求4所述的轴-梁连接件，其中，所述至少一个U型螺栓还包括一对U型螺栓，所述一对U型螺栓中的每一个围绕所述轴的一部分设置并且附接至所述一对支架中的每一个上。
6.如权利要求I所述的轴-梁连接件，还包括设置在所述轴与所述一对支架中的至少一个之间的界面处的焊接部，所述焊接部设置在所述轴的所述选定中线处或之外。
7.如权利要求6所述的轴-梁连接件，其中，所述焊接部为多焊道焊接部。
8.如权利要求2所述的轴-梁连接件，其中，所述轴在所述轴座中的所述设置以及在所述支架之间的设置导致在所述轴与所述支架之间的点接触或线接触式过盈配合，并且导致在所述轴上的残余压缩应力场。
9.如权利要求8所述的轴-梁连接件，还包括布置在所述轴与所述一对支架中的至少一个之间的界面处的焊接部，所述焊接部设置在所述轴的所述残余压缩应力场内。
10.如权利要求9所述的轴-梁连接件，其中，所述焊接部为多焊道焊接部。
11.如权利要求I所述的轴-梁连接件，所述一对支架中的每一个还包括具有终端端部的互连构件，所述互连构件延伸出所述选定中线并且所述终端端部中的每一个以彼此间的距离设置以形成轴座的至少一部分，介于所述终端端部之间的所述距离等于或小于所述轴的外径，所述轴设置在所述终端端部之间。
12.如权利要求I所述轴-梁连接件，所述梁还包括一对侧壁，所述侧壁中的每一个具有弓形部，所述梁的侧壁成弓形，从而形成所述轴座的一部分。
13.如权利要求I所述的轴-梁连接件，其中，介于所述支架之间的所述距离等于所述轴的外径。
14.如权利要求13所述的轴-梁连接件，其中，所述轴在所述轴座中的设置以及在所述支架之间的设置导致在所述轴与所述支架之间的接触配合。
15.如权利要求14所述的轴-梁连接件，还包括布置在所述轴与所述一对支架中的至少一个之间的界面处的焊接部。
16.如权利要求15所述的轴-梁连接件，其中，所述焊接部为多焊道焊接部。
17.如权利要求I所述的轴-梁连接件，其中，所述轴的所述选定中线包括所述轴的水平中 线。
全文摘要
一种用于轴/悬挂系统的轴-梁连接件，包括大致延伸至所述轴的选定中线或延伸出所述轴的选定中线的一对U型螺栓支架。所述U型螺栓支架以彼此间的距离设置，使得在所述U型螺栓支架之间的所述距离等于或优选地小于所述轴的外径，从而当所述轴座靠在所述U型支架之间时导致所述轴的轻微变形以及在所述轴与所述U型螺栓支架之间的压缩预载荷。焊接部在所述轴的所述水平中线处或之外布置在所述U型螺栓支架与所述轴之间、在所述轴上的残余压缩应力场内，所述压缩应力场通过所述轴在所述U型螺栓支架内的过盈配合生成。用于固定所述轴与所述梁的连接包括U型螺栓或其他相似装置以提供对所述轴的另外的定位支承。
文档编号B60G7/02GK102712230SQ201180006323
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月17日 优先权日2010年1月18日
发明者D·格雷格, K·卡尔, K·埃德曼, P·皮尔斯, R·S·富尔顿 申请人:亨德里克森美国有限责任公司