專利名稱：具有可變縱向壁厚的扭力軸的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于懸掛和底盤結(jié)構(gòu)的管狀部件的領域，特別應用于車輛的管狀扭力軸。
背景技術：
在車輛中，扭力梁或扭力軸經(jīng)常用作后懸掛結(jié)構(gòu)。扭力軸具有兩個拖臂和一個橫梁部件，其中拖臂用于將車輪連接至車架，橫梁部件與拖臂連接以形成整體。每個拖臂樞轉(zhuǎn)連接到車架。當車輪相對于車架作不相同的移動時，例如當車輪遇到不平坦的表面或者車輛正在轉(zhuǎn)彎時，這種不相同的移動導致拖臂樞轉(zhuǎn)不同的量，從而引起橫梁部件的扭轉(zhuǎn)。橫梁部件固有的抗扭剛度或抗扭強度提供回復力給不均衡移動的車輪。為了車輛駕駛的舒適性和可控性(即，可操作性)，扭力軸一般需要滿足抗扭剛度的服從性要求。滿足抗扭剛度的服從性需求是指，扭力軸需要在特定的范圍內(nèi)具有抗扭剛度。另一方面，扭力軸是承重部件，必須設計為具有足夠的強度來支持線性負載，例如車輛的靜態(tài)重量和當車輛移動時產(chǎn)生的動態(tài)負載。已經(jīng)有很多制造滿足抗扭剛度或滾動剛度的需要和承載需要的扭力軸的建議。例如，已經(jīng)有許多制造合并有單獨扭桿的扭力軸的建議。這樣設計的扭桿提供了所需的抗扭剛度或抗扭強度。在一些設計中，例如在第WO 2006/096980號國際公布中描述的設計，用焊接在橫梁部件上的扭轉(zhuǎn)組件來取代扭桿以提供所需的抗扭強度。獨立的部分允許滿足獨立設計的需要。但是，這些建議需要額外的制造成本和材料成本。還有一些利用管狀毛坯制造橫梁部件的建議，例如在美國專利第6，616，157號和美國專利第6，487，886號中描述的。 這樣的橫梁部件在兩個高抗扭剛度的過渡段之間具有低抗扭剛度的中間段，以滿足總體抗扭剛度的需要。中間段具有U形、V形或星形的雙壁的低抗扭剛度的橫截面輪廓。但是，當扭轉(zhuǎn)力施加在這樣的橫梁部件上時，壓力往往會集中在中間段和尾段之間的過渡區(qū)域內(nèi)， 可能會引起對耐久性的關注。已經(jīng)存在了以下建議，例如美國專利第6，758，921號中所教導的，選擇性地對過渡區(qū)域進行熱處理，將期望的物理特性加在過渡區(qū)域上以防止開裂。但是，該方法引入了附加的制造步驟并且也需要附加的熱處理裝置。本發(fā)明的目的是減少或消除至少一個以上提到的缺陷。發(fā)明概述本發(fā)明針對用于扭力軸的橫梁部件以及制造該橫梁部件的方法。本發(fā)明廣泛的方面包括具有可變壁厚的橫梁部件，其中該壁厚沿著橫梁部件的長度變化以滿足預期的局部應力要求和整體抗扭剛度要求。在一個實施方式中，所述橫梁部件具有兩個連接區(qū)和位于兩個連接區(qū)之間的中間部分。中間部分是扭轉(zhuǎn)彈性的而連接區(qū)是扭轉(zhuǎn)剛性的。所述連接區(qū)是拖臂剛性固定或者連接到橫梁部件的區(qū)域。管狀橫梁部件的壁厚從扭轉(zhuǎn)彈性的中間部分向每個扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)縱向地變化。本發(fā)明的一個特征是至少一部分連接區(qū)的壁厚大于中間段的壁厚。本發(fā)明的另一特征是壁厚沿著橫梁部件平滑地從扭轉(zhuǎn)彈性的中間部分向每個扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)變化。
在另一個實施方式中，扭力軸具有可變壁厚的橫梁部件。橫梁部件是由管狀毛坯形成的整體件(unitary piece)。橫梁部件具有扭轉(zhuǎn)彈性的中間部分和兩個扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)。橫梁部件的壁厚沿著橫梁部件長度從扭轉(zhuǎn)彈性的中間部分向每個扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)縱向地變化。該實施方式的一個特征是橫梁部件具有大致為U形的形狀，橫梁部件包括兩個拖臂，每個拖臂在垂直于由中間段限定的方向上從其中一個連接區(qū)延伸并與該連接區(qū)整體成形。每個拖臂的末端適于將車輪附接于其上。該實施方式的另一特征是扭力軸具有兩個剛性緊固至橫梁部件的相對端的拖臂。拖臂的一端適于連接至車架，而拖臂的另一端適于連接至車輪。在其它方面中，本發(fā)明提供了以上描述的各方面的各種結(jié)合和子集。


出于說明而非限制的目的，參考附圖更詳細地解釋本發(fā)明前面敘述的內(nèi)容和其它方面，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的包括橫梁部件的扭力軸的立體圖；圖2示出了用于如圖1所示的扭力軸的橫梁部件的立體圖；圖3示出了圖2中的橫梁部件沿著直線3-3的剖面圖；圖4示出了圖2中的橫梁部件沿著直線4-4的剖面圖；圖5示出了圖2中的橫梁部件沿著直線5-5的剖面圖；圖6示出了圖2中的橫梁部件沿著直線6-6的剖面圖；圖7A圖解說明了用于制造圖2中示出的橫梁部件的管狀毛坯的縱向剖面圖；圖7B圖解說明了具有恒定壁厚并且用于形成如圖7A所示的管狀毛坯的初始毛坯；圖7C圖解說明了由圖7A中所示出的管狀毛坯形成的局部壓扁的管狀毛坯；圖8A示出了壁厚的縱向輪廓示例(僅顯示出一半；另一半是其鏡像)；圖8B示出了圖2中橫梁部件的壁厚的縱向輪廓的另一示例，其中橫梁部件的過渡段被分成三個設計區(qū)域(僅顯示出一半；另一半是其鏡像)；圖8C示出了圖2中橫梁部件的壁厚的縱向輪廓的又一示例，其中該橫梁部件具有逐漸變小的壁厚(僅顯示出一半；另一半是其鏡像)；圖8D示出了壁厚的縱向輪廓的進一步示例，其中該壁厚沿著橫梁部件的一半逐漸縮小(僅顯示出一半；另一半是其鏡像)；圖9A是作為如圖2所示的可選實施方式的一個實施例的橫梁部件的俯視圖；圖9B圖解說明了圖9A中所示的橫梁部件的壁厚的縱向輪廓的示例(僅顯示出一半；另一半是其鏡像)；圖9C示出了制造圖9A所示的橫梁部件的工序的步驟。
具體實施例方式隨后的說明以及其中描述的實施方式是通過圖解說明本發(fā)明原理的特殊實施方式的一個或多個實施例來提供的。出于解釋那些原理和本發(fā)明的目的提供了這些實施例， 而非對其進行限制。在隨后的描述中，在整個說明書和附圖中的類似部件分別用相同的參考標號標記。圖1示出了懸掛結(jié)構(gòu)中、特別在后懸掛結(jié)構(gòu)中的扭力軸100。扭力軸100包括橫梁部件102。該橫梁部件一般是細長的，具有兩個相對端104。扭力軸100通常被提供有兩個側(cè)向拖臂106。每個拖臂106具有如圖1所示的第一端108和第二端110。第一端108適合于樞轉(zhuǎn)連接至車架(未示出)，例如通過連接管件(connection fitting) 112樞轉(zhuǎn)連接。每個拖臂106都具有鄰近第二端110緊固至其上的車輪安裝架114，用來支撐車輪(未示出)。彈簧座116或者其它用于支撐懸掛部件或其它附屬裝置的支撐結(jié)構(gòu)，也可以緊固至拖臂106， 和/或緊固至橫梁部件102。每個拖臂106通過焊接、栓接、或者任何其它適當?shù)姆绞絼傂跃o固至橫梁部件102。將拖臂連接至橫梁部件102的區(qū)域是連接區(qū)118，并且在這種情況下， 所述區(qū)域位于橫梁部件102的一端104處。當車輛沿著不平坦的路面移動時，其車輪會隨著路面上下移動。當車輛兩側(cè)的車輪相對于車身的上下移動量不同時，車輪不平衡的垂直位移會導致兩個拖臂106樞轉(zhuǎn)不同的角度量。當橫梁部件102的兩端104附接至拖臂106時，拖臂106在橫梁部件102的相對端不同角度量的樞轉(zhuǎn)將導致相對端轉(zhuǎn)動不同的量，從而引起橫梁部件102的扭轉(zhuǎn)。橫梁部件因為其固有的抗扭剛度而提供回復力來響應這種扭轉(zhuǎn)。同樣地，當車輛轉(zhuǎn)彎時，作用在車輛的簧上質(zhì)量的重心上的離心力導致重量從車輛的一側(cè)移動到另一側(cè)，并因此導致重量從一個車輪移動到另一個車輪，這種情況也會導致拖臂由于橫梁部件的抗扭強度的原因作不同的樞轉(zhuǎn)。期望橫梁部件具有足夠的抗扭剛度，但又不是太大的抗扭剛度來提供良好的駕駛舒適性，以及提供輪胎與地面良好的接觸，從而提供良好的可控性。圖2-6圖解說明了孤立的橫梁部件102以及其在幾個選定的位置處的橫向橫截面形狀。正如所提到的，橫梁部件102—般是細長的，具有兩個相對端104，端104定義了縱向方向。橫梁部件102具有中央部分，即中間段202，和兩個端部。每個端部包括尾段204和過渡段206，其中尾段在相對端104的其中一個處形成，過渡段在尾段204和中間段202之間形成。中間段202具有扭轉(zhuǎn)彈性并且提供所需的抗扭強度。在該實施方式中的尾段204 是連接區(qū)118，并且具有扭轉(zhuǎn)剛性。過渡段206提供從扭轉(zhuǎn)彈性的中間段向扭轉(zhuǎn)剛性的尾段的過渡。正如以下將要討論的，橫梁部件102優(yōu)選地由管狀毛坯形成，由此中間段202、過渡段206和尾段204形成一個整體。尾段204優(yōu)選地適合附接至側(cè)向拖臂106。橫梁部件102的橫向橫截面形狀，即，垂直于縱向方向的橫截面形狀，沿著橫截面部件的長度方向變化。中間段202的橫向橫截面具有大致開放的輪廓，即，輪廓至少有兩個腿，這些腿連接在一起或者至少在一端連接并且一般垂直于縱向方向延伸，使得另一端相互隔開以形成開放的輪廓。這種大致開放的輪廓的一些實例包括U形、V形、C形、X形或者大致星形輪廓。這種大致開放的輪廓允許中間段202具有扭轉(zhuǎn)彈性，當作用在橫梁部件上的扭矩引起腿沿著縱向方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲時，就會導致腿發(fā)生彈性形狀的改變，當扭矩被移除時，腿隨后回彈。這種中間段的扭轉(zhuǎn)彈性或抗扭剛度是可以調(diào)整的，例如通過調(diào)整具有大致開放的橫向輪廓的中間段的長度、其橫截面形狀、或者橫梁部件在中間段的壁厚來實現(xiàn)。也可以選擇任何其它適合于提供扭轉(zhuǎn)彈性的中間段的橫向橫截面輪廓。圖3和4中圖解說明的橫梁部件的橫截面輪廓210是大致U形的。該U形的橫向橫截面輪廓210具有兩個腿212和連接這些腿的中央連接部分214。中間段202的橫向橫截面輪廓具有扁平環(huán)的形狀。這樣的輪廓可以通過先將管狀毛坯壓扁進而將壓扁的部分成型為U形來得到。這可以是兩步工序，即，壓扁然后成型，或者可以是組合成一步的成型工序。從圖6中可以看出，尾段204的端部橫截面形狀可以是圓形、橢圓形、或者其它非圓形形狀。這種形狀適于將尾段附接至側(cè)向拖臂。這樣的橫向橫截面形狀也可以提供扭轉(zhuǎn)剛性的尾段，正如前面所提到的，該尾段是連接區(qū)。過渡段206的橫向橫截面形狀從中間段 202的橫向橫截面形狀過渡到尾段204的橫向橫截面形狀。圖5示出的是一個示例。優(yōu)選地，這種過渡是平滑而平緩的。當橫梁部件由于施加在相對端104上的相反的扭轉(zhuǎn)力發(fā)生扭曲時，過渡段將這些扭轉(zhuǎn)力傳遞給中間段。當中間段由于施加在尾段并通過過渡段傳遞的扭轉(zhuǎn)力發(fā)生扭曲時，平滑的過渡有助于避免過渡段上出現(xiàn)任何集中積聚的壓力。過渡段的橫截面形狀從中間段的橫截面形狀，例如U形或V形，過渡到尾段的端部橫截面形狀，例如橢圓形。由于過渡段沿著垂直于縱向向內(nèi)的方向被局部加壓，所以過渡段的形狀的改變也會傳遞一些扭轉(zhuǎn)彈性給過渡段。由于過渡段的橫截面形狀的改變，其在靠近中間段的位置比在靠近尾段的位置具有更大的扭轉(zhuǎn)彈性。過渡段的橫截面形狀和橫截面形狀的縱向變化可通過成型工序確定，例如，在對中間段加壓和成型的同時保持尾段固定， 或者可以通過為過渡段設計的成型模具來確定，這種成型模具可以更精確地控制過渡段的扭轉(zhuǎn)彈性和縱向變化。還可以理解的是，過渡段的壁厚及其縱向變化也將影響過渡段的扭轉(zhuǎn)彈性和縱向變化。參見圖2，本發(fā)明的橫梁部件102優(yōu)選地被提供有沿著長度變化的壁厚t，其中t 在圖2典型的縱向輪廓222中示出。從圖3至6中可以看出，橫梁部件102的示例具有沿著圓周方向大致均勻的壁厚，并且從圖2中可以看出，其沿著橫梁部件縱向地變化。典型地， 縱向輪廓222通常是對稱的。也就是說，從橫梁部件的中心向其任何一端移動時橫梁部件的壁厚的變化是相同的。但是，非對稱的縱向輪廓也是有可能的，例如，當需要適應任何非對稱形狀或適應負載情況時。圖2圖解說明了壁厚的縱向變化的示例，即壁厚沿著橫梁部件102的縱向長度的變化。圖2中所圖解說明的中間段202具有最薄的壁，S卩，厚度最小。橫梁部件的更大的壁厚出現(xiàn)在過渡段206。在優(yōu)選實施方式中，如整體縱向輪廓222所示，壁厚t從一個段到下一個段平滑地過渡。與過渡段的橫向橫截面輪廓的平滑過渡類似，壁厚從一個壁厚到下一個壁厚的平滑過渡，或者從一個段的壁厚到另一個段的平滑過渡，也有助于防止局部應力的集中積聚，特別是防止在非平滑過渡的任何區(qū)域中應力的集中積聚。如前所述，橫梁部件必須滿足抗扭剛度的服從性要求。橫梁部件也是承重部件，也必須擁有所需的強度以符合由扭轉(zhuǎn)負載、彎曲負載、切變負載和軸向負載產(chǎn)生的應力水平。 正如指出的，過渡段將施加在相對端的扭轉(zhuǎn)力傳遞給中間段。當橫梁部件扭曲時，橫截面形狀的過渡可能造成應力在過渡段集中。在過渡段的高應力區(qū)域由于頻繁的扭轉(zhuǎn)而引起的任何潛在的斷裂都會影響耐久性，這是另一個應該關注的問題。能夠理解的是，較大的厚度能減少在任何給定結(jié)構(gòu)上的應力，但是也會成比例地增加剛度。為橫梁部件選擇可變的壁厚而不是選擇恒定的壁厚將是在低剛度需求與最大容許應力需求之間的妥協(xié)，壁厚及其沿橫梁部件長度的變化都是“可調(diào)諧的”。換句話說，壁厚及其縱向的變化都是根據(jù)設計需求來調(diào)整的，例如總體承載和扭轉(zhuǎn)剛度的需求以及預期局部應力的集中。選擇壁厚的變化以支持局部應力的集中。例如，在期待有較大應力集中的區(qū)域壁厚較大，而在期待沒有這種較大的應力集中的區(qū)域壁厚較小。在需要區(qū)域更服從需求時也可以減少壁厚。壁厚的變化也可以用于將局部應力集中最小化，這樣的結(jié)果就是有分布更均勻的局部應力。特別是在惡劣的負載情況下，由于在這些高應力地段較小的應力集中會引發(fā)較少的早期故障，因此均勻分布的局部應力有助于延長部件的使用壽命。可以理解的是，橫梁部件的中間段、過渡段和尾段中的任何一個都能夠被“調(diào)諧” 并且經(jīng)常為了優(yōu)化沿著橫梁部件長度的質(zhì)量分布而被調(diào)諧，并同時滿足設計的要求，比如局部應力分布、整體扭轉(zhuǎn)剛度等要求。例如，根據(jù)承載的需要，中間段的壁厚可大于過渡段的壁厚、大于尾段的壁厚或者比過渡段和尾段的壁厚都要大，或者和其它段之一的壁厚大致相同。類似地，其它段根據(jù)需要也可以具有較大或較小的壁厚。任何兩段，例如尾段和過渡段，也可能有相同的壁厚。此外，將橫梁部件劃分為中間段、兩個過渡段和兩個尾段并且將每個段處理為具有基本相同的壁厚都僅是為了描述的方便。如果需要或者必要，這些段中的任何一個都可以被劃分出在該段內(nèi)具有可變壁厚的分段。一般來說，根據(jù)需要橫梁部件的壁厚縱向變化。例如，每段自身可以有可變的壁厚。各段之間以及每段內(nèi)的壁厚變化可以被調(diào)諧，即，被調(diào)整，這種調(diào)整是根據(jù)預期的局部應力進行的并且受制于附加的因素，例如抗扭剛度的整體需求、承載需求、所選的材料、橫梁部件整體大小和每段的長度、耐久性需求，等等。圖2所示的縱向輪廓僅是一個示例。也可以理解，橫梁部件102可具有其它形狀，并不局限于圖2示出的情況。橫梁部件形狀的改變也可導致不同的局部應力分布、不同的整體抗扭強度和不同的承載能力，這些不同也可引起壁厚的不同的縱向變化。如圖2所示的具有可變壁厚的橫梁部件可以由管狀毛坯700形成，該管狀毛坯具有如圖7所示的可變的內(nèi)徑和恒定的外徑，這一點將在下面描述。具有可變壁厚的管狀毛坯700本身可以運用任何適當?shù)募夹g形成，例如PCT申請第PCT/CA2002/00464號中描述的，該申請全部的內(nèi)容通過引用并入本文。簡單來說，具有均勻外徑和可變壁厚的管狀毛坯 700是由具有恒定壁厚的初始管720 (圖7B)利用作往復運動的心軸和壓模裝置通過冷成型工序形成的。該模具的模腔具有與管狀毛坯700的外徑相配的開口。心軸具有不同直徑的多個段或者可以逐漸變細。當對管狀毛坯進行冷成型時，心軸被置于管內(nèi)并有選擇地從模具開口中被移進或被移出，或者有選擇地與不同直徑的節(jié)段一起被置于模具開口內(nèi)。模具開口的尺寸比初始管的初始外徑要小。初始管720通過模具開口被拉出。當迫使初始管穿過模具開口時，已成型管的外徑減小為模具開口的尺寸。穿過模具的管的壁在期望的位置受到心軸和模具開口的限制，從而控制壁厚為由放置在模具開口的心軸的段和模具開口本身之間的間隙所限定的厚度。如果從模具開口中移出心軸，就不可能有這樣的限制并且壁厚也不會受心軸的影響。當從模具開口中拉出管時，通過選擇性地將心軸移入模具開口和從模具開口中移出并且在模具開口中選擇性地放置不同直徑的心軸段，就可以得到可變壁厚的管狀毛坯。當管狀毛坯達到需要的長度或設計的長度后，就從初始管上切下或割下該管。例如，當通過模具開口第一次拉出初始管720時，放置在模具開口中的心軸段的直徑使得心軸的直徑和模具開口的直徑之間的差異是尾段壁厚的兩倍以形成具有期望壁厚的尾段。當具有期望長度的尾段形成后，心軸的不同段逐漸地進入模具開口以形成過渡段。該區(qū)域的心軸直徑和模具開口直徑之間的差異是過渡段壁厚的兩倍。隨著心軸的逐漸重新定位，引起壁厚的改變，也就是說從尾段的壁厚到過渡段的壁厚之間的過渡也趨向于平滑。當過渡段形成所期望的長度后，將心軸的另一個不同段逐漸地移進模具開口。模具開口直徑和該區(qū)域的心軸直徑之間的差異是中間段壁厚的兩倍。當中間段形成后，心軸又重新定位以形成第二個過渡段，之后，又重新定位以形成第二個尾段。于是將管切斷從而得到具有對應于橫梁部件的壁厚的可變壁厚的管狀毛坯。當以這種方式將初始的均勻壁厚的管狀毛坯冷成型為變化壁厚的管狀毛坯時，冷成型過程經(jīng)常在變形的區(qū)域引入應力，以至于使冷成型的管狀毛坯對于進一步加工而言變得太硬或太脆。優(yōu)選地，冷成型管狀毛坯的應力在管狀毛坯進一步成型為橫梁部件之前消失?？梢岳斫獾氖?，雖然圖7A所示的管狀毛坯700具有均勻的外徑，但是運用這樣的管狀毛坯僅是為了方便。特別地，使用固定的模具開口的模具是為了制造管狀毛坯的方便。 其它類型的模具和其它成型技術都可以用來生產(chǎn)管狀毛坯700。因此管狀毛坯可以具有可變壁厚的原因在于其內(nèi)徑的變化，外徑的變化或者內(nèi)徑和外徑變化的結(jié)合。例如，圖7A所示的管狀毛坯具有沿著管狀毛坯700的長度變化的內(nèi)徑710和恒定的外徑712。內(nèi)徑和外徑之間的距離就是壁厚。隨著該差值沿著管狀毛坯的長度變化，壁厚也相應地改變。在如圖7A所示的示例中，管狀毛坯壁厚的變化以及因此由管狀毛坯構(gòu)成的橫梁部件的壁厚的變化，僅是由于內(nèi)徑的變化，而外徑仍然保持大致恒定。還可以使內(nèi)徑710保持恒定同時使外徑712沿著管狀毛坯的長度改變。那么臂厚的變化就僅是因為外徑的變化而發(fā)生的。當然，內(nèi)徑和外徑都可以沿著管狀毛坯的長度發(fā)生改變，并且促成壁厚沿著管狀毛坯的變化以及因此引起的橫梁部件壁厚的變化。圖7A示出了管狀毛坯700的一個示例，該管狀毛坯具有與圖2所示的橫梁部件壁厚對應的壁厚702的縱向輪廓。圖7A所示的管狀毛坯具有兩個相對的尾部區(qū)706、兩個中間的過渡區(qū)708和一個中心區(qū)704，其中尾部區(qū)706與尾段204相對應，過渡區(qū)708在尾部區(qū)706和中心區(qū)704之間形成而中心區(qū)704在兩個過渡區(qū)708之間形成。過渡區(qū)708與過渡段206相對應并且中心區(qū)704與中間段202相對應。除了一些可能由下述成型工序造成的壁厚的小變化之外，尾部區(qū)的壁厚基本與橫梁部件尾段204的壁厚相同，過渡區(qū)708的壁厚基本與過渡段206的壁厚相同并且中心區(qū)704的壁厚基本與橫梁部件中間段的壁厚相同。得到這樣的管狀毛坯700后，將管狀毛坯變形，例如加壓成形，以得到橫梁部件。為了形成橫梁部件102，首先管狀毛坯700在其大致中間的部分被壓扁而后在中心區(qū)704進一步變形為U形橫截面輪廓。例如，將中心區(qū)704成形為U形輪廓可以由兩步工序得到。如圖7C所示，在兩步工序中，第一步是將中心區(qū)、中心區(qū)的實質(zhì)部分、或者中心區(qū)和過渡區(qū)附近的部分壓扁，以得到部分壓扁的管狀毛坯730。接下來將部分壓扁的管狀毛坯730的壓扁部分732彎曲以形成U形橫截面輪廓。當然，這兩個步驟，即壓扁和彎曲，也可以結(jié)合成一步工序執(zhí)行。例如，管狀毛坯700可以被置于具有縱向U形表面的成型模具中，而后管狀毛坯的實質(zhì)部分被壓扁并且同時變形以符合成型模具的U形表面。當中心區(qū) 704變形，例如通過成型模具塑形或受壓并被彎曲時，中間的過渡區(qū)708受到由正在變形的中心區(qū)704施加的力而產(chǎn)生變形。橫梁部件的橫截面輪廓優(yōu)選地從一個尾段，經(jīng)過過渡段和中間段，平滑地過渡到另一個尾段。具有縱向輪廓222的壁厚以及從中心區(qū)大致U形過
10渡到靠近端部大致變平的橢圓形的橫截面輪廓的橫梁部件102可以由管狀毛坯形成。如前所述，尾段、過渡段和中間段一般都不需要具有恒定的壁厚。尾段、過渡段和中間段中的任何一個都可以具有壁厚不同的區(qū)域以滿足對這些段的設計要求。圖8A示出了代表橫梁部件的縱向輪廓的示例，該橫梁部件的過渡段被分割成兩個區(qū)域，鄰近尾段的區(qū)域具有較大的壁厚而另一個區(qū)域的壁厚較小。圖8B示出了另一個示例，其中過渡段206 被分割成三個區(qū)域，即區(qū)域1、區(qū)域2和區(qū)域3，區(qū)域1鄰近尾段204而區(qū)域3鄰近中間段 202。區(qū)域2位于區(qū)域1和區(qū)域3之間。每個區(qū)域都可以被調(diào)諧，即，壁厚根據(jù)設計的需要被調(diào)整，因此被稱為設計區(qū)域。舉一個示例，區(qū)域1的壁厚可以比區(qū)域2的壁厚大，也可以比區(qū)域3的壁厚大，反過來可以比中間段的壁厚大。再舉一個示例，區(qū)域3的壁厚可以最小， 而區(qū)域2的壁厚最大，中間段的壁厚在區(qū)域2的壁厚和區(qū)域3的壁厚之間。當然，根據(jù)對不同的特定車輛的特定設計需要和限制，每段中不同的設計區(qū)域數(shù)量，這些設計區(qū)域中其他的壁厚分布以及它們相對于中間段和尾段的壁厚的值也是可能的。圖8C舉例說明了壁厚變化的另一個示例。尾段204的壁厚比中間段202的壁厚大。在尾段204和中間段202之間的過渡段206具有逐漸減小的壁厚，即，過渡段的壁厚朝著中間段連續(xù)地減小。圖8D還提供了另一個示例，其中在三段，即尾段204、過渡段206和中間段202中，壁厚全部朝著橫梁部件的中間連續(xù)地減小。圖9A圖解說明了扭力軸100'的另一實施方式的實施例。扭力軸100'沒有大致筆直的橫梁部件，而是具有大致U形的橫梁部件102'。U形橫梁部件102'具有大致筆直的中間段202和兩個過渡段206，同時有兩個一體化的拖臂120以形成該U形的腿。每個構(gòu)成整體的拖臂120從U形橫梁部件102'的連接區(qū)118'延伸出。每個一體化的拖臂 120具有末端122，用于將車輪連接于此，例如將車輪安裝架114緊固于此。該U形橫梁部件102'包括中間段202、過渡段206、連接區(qū)118'和一體化地形成的拖臂120，正如以下將詳細描述的，該橫梁部件是一整塊并且由一個管狀毛坯形成。除了連接區(qū)118的彎曲之外，中間段202、過渡段206以及連接區(qū)118'的大致形狀和橫向橫截面輪廓都與扭力軸100 的大致筆直的橫梁部件102中的這些段的大致形狀和橫向橫截面輪廓基本上相同，因此在這里將不再詳細描述。扭力軸100'還具有一對側(cè)臂124，該側(cè)臂與圖2中示出的扭力軸100的拖臂106 的前部相符。每個側(cè)臂1 具有一個端部，該端部適合緊固至橫梁部件102'的連接區(qū)。這可以通過例如焊接、栓接或其它適當?shù)姆绞綄崿F(xiàn)。在圖9A示出的示例中，側(cè)臂IM在連接區(qū)118'處與彈簧座116焊接并且與橫梁部件102'焊接。每個側(cè)臂124的另一端適合連接至車架，例如通過連接管件112連接。側(cè)臂IM可以是管狀的或者是被沖壓出的。它們還可以具有開放的或封閉的橫截面形狀。橫梁部件102'具有沿著長度變化的可變壁厚。壁厚的變化提供了扭轉(zhuǎn)彈性的中間段和扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)。至少，每個連接區(qū)118'中形成整體成形的拖臂106的部分是扭轉(zhuǎn)剛性的。壁厚沿著橫梁部件從一個末端122向另一個末端122大致平滑地變化。圖9B示出了橫梁部件102'的壁厚的示例性縱向輪廓(僅顯示了一半，另一半是其鏡像)。一體化的拖臂120的壁厚是約2. 7mm而后在連接區(qū)118'處壁厚增加到約3. 4mm。 在這個示例中，中間段202的壁厚最小，約1. 7mm。圖9B示出的橫梁部件102'的示例也具有過渡段206，過渡段206在每個連接區(qū)118'和中間段202之間形成。在這個示例中的過
11渡段206的壁厚處于連接區(qū)的壁厚和中間段的壁厚之間，約是2. 3mm。當然，可以理解的是在這個示例中不同區(qū)域的相對壁厚和壁厚值僅是為了舉例說明，并且根據(jù)針對不同的特定車輛的特定設計要求和限制可以不同。為了形成橫梁部件102'，典型地將需要一系列的步驟。圖9C圖解說明了工序的步驟，該工序還包括一些用于形成橫梁部件102'的可選步驟。工序900開始于形成具有可變壁厚的管狀毛坯700(步驟910)。形成具有可變壁厚的管狀毛坯的細節(jié)已經(jīng)在有關橫梁部件102的形成中提供，在此就不重述了。管狀毛坯700的壁厚的縱向輪廓與橫梁部件 102'的相對應，圖9B顯示了其中的一個示例。接下來管狀毛坯700在預期有顯著變形的區(qū)域應力消失(步驟912)，例如在與橫梁部件的中間段和連接區(qū)相對應的區(qū)域。接下來并且可選擇地，在預彎曲步驟914中，應力消失的管狀毛坯在連接區(qū)被彎曲以使應力消失的管狀毛坯成形為“U”形。接下來在步驟916，中間段按照之前關于形成大致筆直的橫梁部件 102所描述的方式，形成大致開放的橫向輪廓，這里將不再重述。然后，在步驟918，形成一體化的拖臂120。在這個步驟形成的一體化的拖臂120必要時可以進一步調(diào)整尺寸。最后并且可選擇地，可以在需要更高力量的地方或希望有更高力量的地方應用加熱和淬火(步驟920)，例如在連接區(qū)或過渡段，并且在這些區(qū)域可以進一步應用噴丸強化(步驟92 。方便地或者優(yōu)選地，加熱和淬火可以應用到整個橫梁部件102'。同樣地，無論是在局部表面還是在全部表面進行噴丸強化都是可預期的。在管狀橫梁部件102'的內(nèi)表面或外表面或者既在內(nèi)表面又在外表面都可以應用噴丸強化。如前所述，以上所描述的步驟中的一些是可選擇的。例如，根據(jù)特定的應用或生產(chǎn)需要，加熱和淬火(步驟920)以及緊隨其后的噴丸強化步驟922可以是不必要的。此外， 可以理解的是，一些步驟不必遵循舉例說明和描述的順序。例如，加熱和淬火(步驟920) 以及緊隨其后的噴丸強化步驟922也可以在預彎曲步驟(步驟914)之前進行，當然取決于設計需要。可以理解的是，對于任何給定的負載要求和抗扭強度要求，臂厚受到所選材料的影響。一種適合制造橫梁部件的材料是HSLA鋼材，例如HSLA80F鋼材(屈服強度(YS)SO 肯埃斯(ksi)，極限抗拉強度(UTS) 95肯埃斯，20%均勻延伸率(Uniform Elongation)). HSLA鋼材通常是優(yōu)選的，因為它為一些典型的應用提供所需的高強度卻不需要在橫梁部件形成以后的淬火和回火操作。雖然HSLA鋼材是優(yōu)選的，但是也可以使用其它材料。例如， 雖然優(yōu)選地不進行加熱處理，但是為了減少重量或進一步滿足特別低的剛度值，也可以計劃使用其它具有更高強度但需要加熱處理的材料。這樣的一種材料就是硼鋼。硼鋼因為其具有相當高的強度，可以比HSLA鋼更容易滿足負載要求，而重量更小或軸的剛度更低。橫梁部件可以由硼鋼制成，例如Mn22B5鋼材。但是，一般需要對過渡段進行加熱處理以使得該加熱處理段變硬到需要的屈服點?？梢栽谥虚g段成型為U形橫截面輪廓之前或之后對過渡段進行熱處理。在某些特殊的需要具有更高強度的區(qū)域也可以進行加熱處理。以上在關于形成U形橫梁部件的描述中提供了這樣的示例。現(xiàn)在已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的各個實施方式。本領域技術人員可以理解對實施方式做出的不偏離本發(fā)明范圍的許多修改、改動和變化。既然可以對以上描述的最優(yōu)方式做出的改變和添加、改變或添加不偏離本發(fā)明的本質(zhì)、精神或范圍，那么本發(fā)明不限于這些詳細描述而是限于所附的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛扭力軸的整體型管狀橫梁部件，所述扭力軸被提供有兩個拖臂，所述橫梁部件在所述拖臂之間延伸并且在其兩個連接區(qū)處與所述拖臂連接，從而形成成一體的軸，所述橫梁部件包括在所述兩個連接區(qū)之間形成的中間段，所述中間段是扭轉(zhuǎn)彈性的，而且每個所述連接區(qū)在靠近與每個所述拖臂連接的所述連接區(qū)的至少一部分處是扭轉(zhuǎn)剛性的，所述橫梁部件具有沿著圓周方向大致均勻的壁厚并沿著縱向方向從所述扭轉(zhuǎn)彈性的中間段向每個所述扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)變化。
2.如權(quán)利要求1所述的橫梁部件，其中，所述橫梁部件的壁厚從所述扭轉(zhuǎn)彈性段到每個所述扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)平滑地變化。
3.如權(quán)利要求1所述的橫梁部件，其中，所述連接區(qū)的至少一部分的壁厚大于所述中間段的壁厚。
4.如權(quán)利要求1所述的橫梁部件，其中，所述連接區(qū)的至少一部分的壁厚小于所述中間段的壁厚。
5.如權(quán)利要求1所述的橫梁部件，其中，所述中間段具有大致開放的橫向輪廓以提供扭轉(zhuǎn)彈性。
6.如權(quán)利要求1所述的橫梁部件，其中，所述橫梁部件具有兩個相對端并且每個所述連接區(qū)在所述兩個相對端之一處形成，并且其中每個所述連接區(qū)進一步包括尾段和過渡段，所述尾段在所述橫梁部件的每個所述相對端處形成并且是扭轉(zhuǎn)剛性的，所述中間段在所述尾段和所述中間段之間形成。
7.如權(quán)利要求6所述的橫梁部件，其中，所述橫梁部件具有橫向橫截面輪廓，所述橫向橫截面輪廓在所述中間段處具有大致U形或V形的形狀而且從所述過渡段的所述大致U形或V形的形狀平滑地過渡到所述尾段的端部橫截面形狀。
8.如權(quán)利要求6所述的橫梁部件，其中，所述壁厚在所述中間段、所述過渡段和所述尾段的其中一段或其中幾段變化。
9.如權(quán)利要求6所述的橫梁部件，其中，所述過渡段的壁厚大于所述中間段的壁厚。
10.如權(quán)利要求6所述的橫梁部件，其中，所述過渡段的壁厚小于所述中間段的壁厚。
11.如權(quán)利要求6所述的橫梁部件，其中，所述過渡段的壁厚大于所述尾段的壁厚。
12.如權(quán)利要求6所述的橫梁部件，其中，所述過渡段的壁厚小于所述尾段的壁厚。
13.如權(quán)利要求1所述的橫梁部件，其中，所述橫梁部件具有大致U形的形狀并且進一步包括所述兩個拖臂，每個所述拖臂與所述連接區(qū)之一一體化地形成并且沿著垂直于所述連接區(qū)所限定的縱向方向從所述連接區(qū)之一延伸出。
14.如權(quán)利要求13所述的橫梁部件，其中，每個所述一體化的拖臂具有末端，所述末端適于使車輪連接至其上。
15.一種制造用于車輛扭力軸的整體型管狀橫梁部件的方法，其中，所述橫梁部件具有限定縱向方向的兩個連接區(qū)和在所述連接區(qū)之間形成的中間段，所述中間段是扭轉(zhuǎn)彈性的并且具有大致開放的橫向輪廓，所述連接區(qū)的至少一部分是扭轉(zhuǎn)剛性的，所述橫梁部件具有沿圓周方向大致均勻的壁厚并且從所述扭轉(zhuǎn)彈性的中間段向每個所述扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)縱向地變化，所述方法包括a)將均勻壁厚的初始管狀毛坯冷成型為可變壁厚的管狀毛坯，所述管狀毛坯具有與所述中間段相對應的中心區(qū)，并且所述管狀毛坯的可變壁厚與所述橫梁部件的壁厚相對應，以及b)使所述管狀毛坯的所述中心區(qū)變形以符合所述中間段的大致開發(fā)的橫向輪廓從而得到所述橫梁部件。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，步驟a)包括提供從所述中心區(qū)到所述連接區(qū)的壁厚的逐漸過渡。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述橫梁部件具有兩個相對端并且每個所述連接區(qū)在所述兩個相對端之一處形成，所述橫梁部件進一步包括尾段和過渡段，所述尾段在所述橫梁部件的每個所述相對端處形成并且所述中間段在所述尾段和所述中間段之間形成，步驟b)進一步包括將中心區(qū)變形同時保持每個所述尾段的端部橫截面輪廓不變并允許所述橫梁部件的橫向橫截面輪廓在每個所述過渡段逐漸地變化。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述橫梁部件具有沿著所述橫梁部件的長度縱向地變化的橫向橫截面輪廓，所述橫向橫截面輪廓在所述中間段具有U形或V形，其中步驟 b)包括將對應于所述中間段的中心區(qū)壓扁以得到局部壓扁的管狀毛坯，和將已壓扁的區(qū)域彎曲以形成所述U形或V形的橫向輪廓，其中允許所述橫梁部件的所述橫向橫截面輪廓從所述中間段的U形或V形平滑地變化到所述連接區(qū)的端部橫截面輪廓。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，步驟a)包括提供具有均勻壁厚和初始外徑的初始管狀毛坯，將所述初始管狀毛坯從心軸和模具組件拉出，所述心軸和壓模裝置包括模具和心軸， 所述模具的模具開口小于所述初始外徑并且所述心軸具有不同直徑的區(qū)域，其中當從所述模具開口中拉出所述初始管狀毛坯時，將所述心軸選擇性地置于所述模具開口中以得到所述管狀毛坯的可變壁厚。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括在步驟b)之前釋放可變壁厚的管狀毛坯中的應力。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述橫梁部件具有大致為U形的形狀并包括兩個拖臂，每個所述拖臂與所述連接區(qū)之一一體化地形成并且沿著垂直于所述連接區(qū)所限定的縱向的方向從所述連接區(qū)之一延伸，所述方法進一步包括c)在每個所述連接區(qū)處將所述橫梁部件彎曲以形成所述一體化的拖臂。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括bl)在步驟b)之前，將所述管狀毛坯預彎曲以得到U形的預變形的管狀毛坯。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，進一步包括d)在步驟c)之后或者在步驟b)之前，對所述橫梁部件進行加熱和淬火。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，在所述連接區(qū)內(nèi)應用所述加熱和淬火。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，進一步包括e)緊隨步驟d)之后對所述橫梁部件進行噴丸強化。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，在所述連接區(qū)進行噴丸強化。
27.一種用于車輛的扭力軸，包括兩個拖臂，其中每個所述拖臂具有第一端，所述第一端適于附接至車架； 管狀的整體型橫梁部件，所述橫梁部件在所述拖臂之間延伸并且在其兩個連接區(qū)處與所述拖臂連接以形成成一體的軸；所述管狀橫梁部件進一步包括在所述兩個連接區(qū)之間形成的中間段，所述中間段是扭轉(zhuǎn)彈性的，而且每個所述連接區(qū)在靠近與每個所述拖臂連接的所述連接區(qū)的至少一部分處是扭轉(zhuǎn)剛性的，所述管狀橫梁部件具有沿圓周方向大致均勻的壁厚并且沿著所述橫梁部件從所述扭轉(zhuǎn)彈性的中間段到每個所述扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)縱向地變化。
28.如權(quán)利要求27所述的扭力軸，其中，每個所述拖臂具有適于將車輪連接至其上的A-Ap ■上山弟一順。
29.如權(quán)利要求27所述的扭力軸，其中，所述橫梁部件具有大致U形的形狀并且進一步包括兩個一體化的拖臂，每個所述拖臂與所述連接區(qū)之一一體化地形成并沿著垂直于所述連接區(qū)所限定的縱向的方向從所述連接區(qū)之一延伸。
30.如權(quán)利要求四所述的扭力軸，其中，每個所述一體化的拖臂具有末端，所述末端適于將車輪連接至其上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種扭力軸，其包括橫梁和兩個拖臂，每個拖臂在該橫梁的兩個連接區(qū)之一處與該橫梁剛性緊固或者與兩個連接區(qū)之一一體化地形成并且從兩個連接區(qū)之一延伸。該橫梁由管狀毛坯形成并具有扭轉(zhuǎn)彈性的中間部分和兩個扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)。該橫梁具有沿著該橫梁的長度方向從扭轉(zhuǎn)彈性的中間部分向每個扭轉(zhuǎn)剛性的連接區(qū)縱向地變化的壁厚。
文檔編號B60G21/05GK102177036SQ200980139911
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者斯特法諾·萊普爾 申請人:阿瑟奧米特爾·特布拉產(chǎn)品加拿大公司