[发明专利]包括具有开口横截面并且侧面具有非直线边缘的横梁的机动车用挠性轴、横梁及相应的机动车

说明书

技术领域

本发明的技术领域为机动车。更具体地，本发明涉及机动车用挠性轴。

背景技术

已知术语挠性轴是指通常设计成在两个车轮之间形成扭转元件的轴。

通常，挠性轴包括各支承有用于安装车轮的支架的两个纵向臂，并且所述纵向臂由已知为横梁或型材部的横向连接元件相连。

在设计轴的过程中，当评定轴的质量时要考虑两个要素。所述两个要素是弯曲和扭转。

挠性轴的原理意味着：良好的弯曲刚度会与相对的扭转挠度相关联。一般是通过横梁的横截面的几何形状，以弯曲的和扭转的转动惯量的形式，来实现在弯曲刚度与(相对)扭转挠度之间的所要求的折衷。

为生产由钢(或者任意其它的各向同性材料)制成的横梁所选择的横截面通常是V形、U形或L形，这是因为这些类型的几何形状显示出弯曲惯量和扭转惯量之间的有利的关系。

由于挠性轴所显示出的多种优点，近几年来已见到挠性轴技术日益扩展到汽车结构范围的中部和下部，这些优点包括在所述轴能够呈现的特征与结构之间的极好的折衷，以及所述轴能够主要通过使用全焊接结构来经济地制造的性质。

这些优点使得地面接触系统的设计者在其最近的方案中做出持续的技术改进。这是因为挠性轴确实受到某些限制，其中包括在纵向和横向刚度之间的精确折衷，以及由该轴的每个经受显著弹性变形的组成部件的耐久性所决定的持久性。

特别地从耐用性的观点出发，连接元件或横梁是最难改进的组件之一。除了横梁体的完整性外，通常被焊接的与臂对接的区域的应力特别高，研发工程师必须高度关注该区域，以避免该连接过早断裂。

已知在各种类型的横梁以及在轴的纵向臂之间的安装所述横梁的各种方式。

在由图1a、1b和1c所示的第一已知技术中，横梁10在横梁的整个长度上具有V形横截面。另外，横梁的侧面的高度在横梁端部处增加从而使横梁在臂20上的覆盖区增加。

在由图2a、2b和2c所示的第二技术中，横梁10在YZ平面中弯曲(因此一般称为“香蕉”梁横梁)。这种横梁具有在安装时开口面向后方的开口截面，所述横梁在端部具有臂20对接在其内的切割部。在这种技术中，这些臂一般是方形的，因为这种结构需要借助于特定的弯曲、挤压等操作，所以会导致不可忽略的附加成本。

在由图3a、3b和3c所示的第三技术中，横梁10在YZ平面中弯曲，另外具有渐变的横截面，该渐变的横截面从横梁中间区域以V形形状开始在横梁端部处以梯形形状结束。

在该实例中发现：横梁和纵向臂之间的焊接连接根据车辆的使用方式或早或晚地开始退化。

现在，通过对这些现象的分析发现：在横梁/臂界面处的焊缝以“剥离”模式工作，这种类型的加载对应于焊缝的一种已知的缺陷，所述缺陷特别地由于焊缝冷却时的金相结构的取向而产生。

现有技术还提出了另一种用于轴的技术，所述技术在图4a、4b、4c和4d中示出。

根据该技术，横梁1在安装后具有开口面向下方的开口截面，所述结构通常会升高轴的扭转中心并且使该轴具有更好的弹性运动性能。

如图4a、4b、4c和4d可见，横梁10定位成基本上与纵向臂20成直角，横梁10的端部设计成与臂20的形状相配合。

为实现这种(结构)，横梁在侧向上具有形状对应于臂的形状(一般是柱形)的两个对接部分11。这些对接部分11通常以使横梁覆盖臂20的顶部的方式伸出。

图4d清楚地示出：连接部分14连接横梁的两个对接部分，与每个所述对接部分形成角部111。

对于这种方案，经常发现在缝的端部处，更具体地在横梁10的角部111处，焊接部受到较大载荷。这会导致焊缝中出现裂纹，这些裂纹最终使焊缝分裂为两部分。在某些情况下，这些裂纹甚至扩展到所述轴的臂中。

应当清楚地认识到，这会导致对轴的显著破坏，并且这可能会影响配备有所述轴的车辆所提供的安全等级。

在任何情况下，都要求消除或者至少限制前述的恶化。

另外，当在对接区域上施加显著的载荷，特别是由于横梁的连续弯曲引起的载荷时，角部111通常会刺入纵向臂的壁部。换句话说，这些角部111在由车辆传递的振动和颠簸的作用下，会向臂内进行微小的移动，并最终(以中心冲击的方式)敲击臂的壁部。

这种反复的敲击最终导致臂的壁部的裂缝和/或焊缝的剥离。

为了补救这种情况，一种方案可以是增加纵向臂的壁部厚度以便增加所述壁部的强度。

然而，这会导致纵向臂的重量增加。