車輛懸架及其板簧的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種包括板黃的車輛懸架（特別是用于商用車輛的懸架）W及用于運(yùn) 種懸架中的板黃。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，帶有包括縱梁的車架的大多數(shù)商用車輛裝配有單個(gè)可轉(zhuǎn)向的串聯(lián)車軸或多 車軸組件。通常，被提供用于支持和衰減每個(gè)車軸和車架之間的相對運(yùn)動(dòng)的懸架系統(tǒng)包括 單級多片式板黃、氣動(dòng)彈黃系統(tǒng)或其組合。許多車輛裝配有單級多片式板黃，該多片式板黃 被設(shè)計(jì)為在車輛運(yùn)行期間W機(jī)械方式衰減車架和車軸之間的運(yùn)動(dòng)。
[0003] 通常用板黃支撐運(yùn)種車輛，所述板黃在每一端處附接到車輛底盤并在彈黃的中屯、 附近附接到車軸。在運(yùn)種布置結(jié)構(gòu)中，當(dāng)懸架承受負(fù)載時(shí)，彈黃中的最大彎曲力矩發(fā)生在車 軸與彈黃的附接點(diǎn)處，并從該點(diǎn)沿著彈黃在任一方向上降低。為了實(shí)現(xiàn)彈黃材料的最有效 利用并減輕重量，一種選項(xiàng)是使用單一板黃。該彈黃可W沿著從附接到車軸的最大厚度點(diǎn) 處朝向其端部的任一方向形成為漸縮的。為了在漸縮的彈黃中實(shí)現(xiàn)可接受的偏轉(zhuǎn)特性，需 要W相對高的精確度制造該彈黃。制造漸縮的鋼板黃的成本相對高，因?yàn)檫\(yùn)要求使用特殊 的漸縮滾壓機(jī)。結(jié)果，雖然漸縮的單一板黃目前一般適合與較大車輛（例如重型卡車）一 起使用，但運(yùn)種漸縮的單一板黃明顯比常規(guī)的平板彈黃更貴。
[0004] 板黃懸架的設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要因素是所期望的彈黃剛度。彈黃剛度被定義為使 具有曉度的彈黃曉曲所需的力的增加率，它是截面慣性矩、彈黃長度W及彈黃材料的彈性 模量的函數(shù)。一般地，單一板黃必須設(shè)計(jì)為使得其具有足夠強(qiáng)度W承受在其運(yùn)行時(shí)施加的 載荷，且還要具有足夠低的彈黃剛度W提供可接受的乘坐質(zhì)量。另外，所期望的彈黃剛度必 須在施加于懸架上的特定幾何約束內(nèi)實(shí)現(xiàn)，例如彈黃的最大允許長度和彈黃的曉度。 陽〇化]為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)些各種設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)因素的折衷，設(shè)計(jì)者經(jīng)常使用"堆疊化Uilt-UP)"式 鋼彈黃組件，其包括多個(gè)彼此分開的彈黃片，運(yùn)些彈黃片的長度從該組件的頂部到底部遞 減W實(shí)現(xiàn)總體上漸縮的形狀。通常，運(yùn)些彈黃片在其中屯、處（車軸安裝在此中屯、處）被夾 在一起，但當(dāng)彈黃偏轉(zhuǎn)時(shí)，所述彈黃片相對于彼此自由地縱向滑動(dòng)。彈黃片通常具有恒定厚 度W降低制造成本，但使用漸縮的彈黃片獲得了更高的效率。然而，如前文所述，運(yùn)種漸縮 的彈黃片的制造成本相對高。
[0006] 堆疊式鋼彈黃組件的主要缺點(diǎn)之一是其重量。由于近年來燃料成本的急劇增加且 因此需要減輕車輛重量，設(shè)計(jì)者開始審視包括懸架在內(nèi)的所有主要的車輛部件，W觀察是 否可W找到減輕車輛部件的重量而不會負(fù)面地影響其成本或性能的方式。特別地，已有人 提出可通過各種現(xiàn)有技術(shù)的塑料或復(fù)合材料（而不是鋼）來制造遠(yuǎn)遠(yuǎn)更輕且更有效的彈 黃。運(yùn)些材料中的某些材料特別有益于用來構(gòu)建具有非均勻橫截面的彈黃，因?yàn)樗鼈兡軌?被容易地模制成型。
[0007] 盡管存在運(yùn)些努力，但塑料和復(fù)合材料的單一板黃由于各種原因尚未在商業(yè)上應(yīng) 用。通常都認(rèn)為，完全由塑料制成的彈黃不切實(shí)際，因?yàn)槠潴w積過大且不足W抵抗磨損和沖 擊。一種已知的塑料彈黃（由Exxon公司的部口W商標(biāo)GRAFT邸銷售）由帶有玻璃纖維強(qiáng) 化的環(huán)氧忍部的石墨蒙皮制成。該彈黃已被證明是不實(shí)際的，因?yàn)槠涓叱杀網(wǎng)及極度單向 的應(yīng)力承載能力。目P，該彈黃在豎直方向上足夠強(qiáng)，但在橫向方向或扭轉(zhuǎn)方向上太弱，從而 不能用在通常的懸架中。由于車輛彈黃必須吸收轉(zhuǎn)向載荷W及來自石頭和其他碎屑的高沖 擊載荷，所W，石墨作為可行的板黃成分是不令人滿意的。已有人提出了用金屬和塑料的復(fù) 合物來減輕運(yùn)些石墨問題中的一些問題。然而，運(yùn)些復(fù)合物彈黃的制造成本因此太高了而 不能用它們替代所有的鋼彈黃組件。
[0008] 單一板黃的另外缺點(diǎn)是：在彈黃失效的情況下，其安裝必須通過安全系統(tǒng)或裝置 在每一端處固定。對于轉(zhuǎn)向的前車軸，其前端設(shè)有安全孔眼W阻止前車軸脫位，且其后端設(shè) 有鋼帶或阻擋器。運(yùn)種安全系統(tǒng)增加了成本和重量且在彈黃斷裂時(shí)導(dǎo)致微小的車軸脫位， 運(yùn)可能導(dǎo)致在板黃斷裂之后維持轉(zhuǎn)向控制的問題。在彈黃斷裂之后，車輛可能無法被驅(qū)動(dòng) 且必須拖到維修廠。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案旨在提供一種克服了上述問題的、改進(jìn)的板黃組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 上述問題通過根據(jù)所附權(quán)利要求的懸架和板黃組件來解決。
[0011] 在下文中，所稱的"車輛"是商用型車輛，其包括由一對大致平行的梁構(gòu)成的車架， 例如帶有I形或C形橫截面的梁。優(yōu)選但非必須地，根據(jù)本發(fā)明的懸架旨在用于包括可轉(zhuǎn) 向輪的前輪懸架。應(yīng)當(dāng)注意，除非另外指出，所稱的所有距離均是指在車輛靜止且懸架處于 其未受載狀態(tài)時(shí)測得的距離。
[0012] 本發(fā)明設(shè)及一種用于車輛懸架的板黃組件，其布置成沿著車輛的縱向方向安裝在 車輛的兩側(cè)。每個(gè)板黃組件被附接在底盤或車架的兩個(gè)相反側(cè)上并布置成支撐橫向剛性車 軸的一端。該車軸優(yōu)選是轉(zhuǎn)向的車軸，但并非必須如此。
[0013] 該板黃組件具有第一端和第二端，該第一端布置成用于樞轉(zhuǎn)連接到車輛上的第一 支架，該第二端布置成用于連接到車輛上的彈黃吊耳。在常規(guī)的車輛懸架中，該第一支架是 前彈黃吊架或支架，該第二支架是后彈黃吊架或支架。如上文所示，該板黃組件被布置成在 所述板黃組件的第一端和第二端中間的位置處連接到橫向于所述板黃組件延伸的車軸。每 個(gè)彈黃組件中的上板黃的端部包括彈黃卷耳（springeye),也稱為孔眼卷耳（eyewrap)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，該板黃組件包括W預(yù)定間隔并排布置并在所述第一端和第二端之間 延伸的兩個(gè)獨(dú)立上板黃和至少一個(gè)布置在上板黃下方的獨(dú)立下板黃裝置。該獨(dú)立上板黃和 下板黃優(yōu)選是拋物線板黃，其中，運(yùn)兩個(gè)上板黃是相同的。因此，運(yùn)兩個(gè)上板黃在縱向延伸 和橫截面寬度及高度方面具有相同的尺寸，且具有相同的彈黃特性。
[0015] 所述上板黃布置成用于替代常規(guī)的單一板黃，其中，組裝在一起的上板黃的總寬 度等于被替代的常規(guī)單一板黃的寬度。運(yùn)樣，組裝在一起的上板黃能夠在改動(dòng)最小的情況 下安裝到現(xiàn)有的第一支架和第二支架。運(yùn)樣安裝的結(jié)果是：所述上板黃處于相同平面內(nèi)且 W相同的高度并排安裝，即，在工作（承載）模式和不工作（不承載）模式中，在側(cè)視圖中 運(yùn)兩個(gè)彈黃的投影將精確地重合。而且，由于上板黃被布置成用于替代單一板黃，運(yùn)兩個(gè)上 板黃在工作模式中將始終同時(shí)工作。在此上下文中，"單一板黃"被定義為在所述支架之間 延伸的一個(gè)實(shí)體的拋物線板黃。用語"組裝在一起的上板黃"或"上彈黃裝置"被定義一對 彼此間隔開且大致平行的、獨(dú)立的拋物線板黃。用語"下彈黃裝置"被定義為單一拋物線板 黃，或替代地，被定義為一對彼此間隔開且大致平行的、獨(dú)立的拋物線板黃。"板黃組件"被 定義為上板黃和下板黃或彈黃裝置的組合組件。根據(jù)本發(fā)明的板黃組件優(yōu)選包括拋物線彈 黃，其中每個(gè)拋物線板黃的寬度和高度可沿著其延伸范圍變化。
[0016] 所述獨(dú)立上板黃具有預(yù)定間隔和一定寬度，該間隔和寬度被選擇為提供板黃組件 的預(yù)定的總寬度。該間隔可W是恒定的或可沿板黃組件的長度變化。例如，可根據(jù)所選擇的 所述獨(dú)立板黃的邊緣半徑和橫截面來改變該間隔。優(yōu)選地，在沿著獨(dú)立板黃的在所述彈黃 卷耳之間的延伸范圍的任何位置處，所述獨(dú)立板黃具有W下的寬度、厚度和間隔：該寬度、 厚度和間隔被選擇為使得板黃組件的組合的截面慣性矩（secondmomentofinertia)至 少等于在相同位置處具有相同總寬度的單一板黃的截面慣性矩。
[0017] 對于具有矩形橫截面的單一實(shí)體上板黃，在經(jīng)過中屯、縱向軸線的X和y平面內(nèi)的 截面慣性矩Ll、Iyl被定義為：
巧） (2)
[0020] 其中，bi是實(shí)體板黃的寬度，h1是實(shí)體板黃的高度或厚度。[0021] 對于根據(jù)本發(fā)明的組裝在一起的板黃，截面慣性矩1、2、Iy2被定義為：
燃 ㈱ '鶴
[00%] 其中，b2是兩個(gè)獨(dú)立上板黃中的每個(gè)上板黃的寬度，且h2是每個(gè)上板黃的高度或 厚度。
[0027]圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)的彈黃和根據(jù)本發(fā)明的一對組裝在一起的上板黃的、在與主 方向成直角的豎直平面內(nèi)的示意性橫截面。在各自的橫截面中示出了上述測量量，為簡化 起見，所述橫截面被示出為包括矩形形狀。 陽02引例如，利用上述方程式（1)至巧），標(biāo)準(zhǔn)的單一板黃可具有IOOmm的寬度bi和IOmm的厚度hi。如果用具有IOOmm(各自的寬度bz為29mm，間隔b3為42mm)的相同總寬度bi的 彈黃組件替代標(biāo)準(zhǔn)的彈黃，則厚度h2必須至少為12mm。在此情況下，厚度的增加由Iy央 定，因?yàn)檫\(yùn)種并排的彈黃裝置對豎直平面內(nèi)的1,2的影響有限。在此示例中，該豎直平面被 布置在組裝在一起的上板黃的最厚的點(diǎn)處，在此情況下，該點(diǎn)鄰近于車軸的附接點(diǎn)。
[0029] 利用上述值，可計(jì)算出1x2略大于1x1，而Iy2的值為Iyl的值的111%。而且，組裝在 一起的上板黃中的兩個(gè)彈黃的總橫截面積Az僅為標(biāo)準(zhǔn)彈黃的橫截面積Al的70%。因此， 對于上述示例，通過使用根據(jù)本發(fā)明的組裝在一起的上板黃，在車輛的每一側(cè)上減輕的重 量大約為30%。由此可見，根據(jù)本發(fā)明的組裝在一起的上板黃可替代標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體板黃，僅需 要使厚度有限地增加幾毫米。所述標(biāo)準(zhǔn)的支架和彈黃吊耳也可W保留，從而允許將上彈黃 安裝在由間隔器分開的相同保持器內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)明顯的重量