本發(fā)明涉及一種特別是用于卡車的軸單元。

背景技術(shù)：

迄今為止現(xiàn)有技術(shù)中已知的軸單元為軸管，其通常為剛性軸、安裝或固定到卡車的框架上以便經(jīng)由懸掛臂裝置而被彈起或阻尼，其中一個或多個車輛車輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸管上。這里，軸管和縱向懸掛臂之間的連接區(qū)域是卡車底盤懸架的受到特別重的負(fù)荷的一部分并且特別地承受周期性的負(fù)荷變化。在過去，為了使縱向懸掛臂和軸管之間的連接區(qū)域適應(yīng)這些高負(fù)荷進(jìn)行了許多嘗試。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的許多軸單元由于設(shè)計成具有較高的安全性以防止軸單元和懸掛臂元件之間的連接區(qū)域疲勞斷裂或產(chǎn)生類似損壞而不得不制成過大尺寸并因此造成軸單元的重量非常大。因此，需要提高卡車車輪懸架的縱向懸掛臂和軸管之間的連接面積，以特別減輕軸單元的重量并且同時實(shí)現(xiàn)足夠的強(qiáng)度值，并允許簡單的制造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種軸單元，其可以容易地制造，同時在軸管和懸掛臂元件之間的連接區(qū)域具有特別高的強(qiáng)度值并且部件重量也很低。

這個目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的軸單元來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)和特征。

根據(jù)本發(fā)明，所述軸單元包括軸管和懸掛臂元件，其中所述軸管基本上沿著管的軸線延伸，其中所述懸掛臂元件具有構(gòu)造成凹部的第一接合區(qū)域，其中所述懸掛臂元件配置成使得第一接合區(qū)域鄰近所述軸管并且基本上橫向于所述管的軸線，以及其中所述懸掛臂元件和所述軸管之間的焊接部能夠在第一接合區(qū)域中形成。軸管優(yōu)選為卡車的剛性軸，卡車的車輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在其遠(yuǎn)端。懸掛臂元件優(yōu)選為卡車的縱向懸掛臂或這種縱向懸掛臂的一部分，其中懸掛臂元件優(yōu)選在第一端樞轉(zhuǎn)地安裝在卡車的框架上。優(yōu)選地，懸掛臂元件在其與第一端相對的端部連接到軸管上。為了與軸管進(jìn)行連接，懸掛臂元件具有構(gòu)造成凹部的接合區(qū)域。在這種情況下的凹部優(yōu)選為懸掛臂元件中的開口，懸掛臂元件和軸管之間的焊縫可以沿著該開口的內(nèi)邊緣產(chǎn)生。換句話說，接合區(qū)域構(gòu)造成"眼狀物"。由于優(yōu)選在第一接合區(qū)域的區(qū)域中將懸掛臂元件固定到軸管，所以特別優(yōu)選地可以將懸掛臂元件和軸管之間的連接區(qū)域中的材料應(yīng)力最小化，原因是構(gòu)造成凹部的第一接合區(qū)域允許軸管和懸掛臂元件之間力和力矩的特別良好的傳遞?？梢栽诮雍蠀^(qū)域中產(chǎn)生的焊縫優(yōu)選是部分地由軸管的材料構(gòu)成、部分地由懸掛臂元件的材料構(gòu)成以及部分地由在焊接過程中添加的額外焊接材料構(gòu)成的焊縫。因此，焊接部優(yōu)選是在軸管和懸掛臂元件之間的材料區(qū)域，經(jīng)由它在軸管和懸掛臂元件之間傳遞力和力矩。

優(yōu)選地，所述軸管和所述懸掛臂元件僅在第一接合區(qū)域中彼此固定。換句話說，這意味著優(yōu)選在第一接合區(qū)域之外沒有設(shè)置軸管和懸掛臂元件之間的物質(zhì)粘結(jié)和/或壓配合和/或形狀配合的連接。本實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于軸單元的制造特別簡單，原因是軸管和懸掛臂元件之間的焊接連接僅需要在第一接合區(qū)域中產(chǎn)生并且滿足軸管和懸掛臂元件之間的連接強(qiáng)度的所有要求。

特別優(yōu)選地，所述軸管具有壓力半部和張力半部，其中所述焊接部僅設(shè)置在所述軸管的壓力半部中。軸管的壓力半部優(yōu)選為軸管的在軸單元的操作中在彎曲負(fù)荷下主要受到壓縮應(yīng)力的負(fù)荷的區(qū)域。特別地，優(yōu)選的是，相對于軸管裝配在軸單元上的狀態(tài)下的空間配置，軸管的壓力半部為基本上位于軸管的上側(cè)的半部。軸管的張力半部優(yōu)選為與壓力半部相對的軸管的半部。在張力半部中，軸管優(yōu)選主要受到張應(yīng)力的負(fù)荷。在本發(fā)明的上下文中，已經(jīng)證明了有利的是在軸管的壓力半部上配置懸掛臂元件和軸管之間的焊接連接。以這種方式，可以顯著提高懸掛臂元件和軸管之間的連接部的使用壽命，原因是在懸掛臂元件和軸管之間的焊接連接的區(qū)域中的軸單元基本上僅受到壓縮應(yīng)力的作用。在軸管上產(chǎn)生壓力半部和張力半部的使軸管變形的力優(yōu)選是作用在軸管的外側(cè)或遠(yuǎn)端的卡車車輪的支撐力和通過懸掛臂元件傳遞到軸管上的卡車的重量的力。優(yōu)選地，軸管的壓力半部配置在軸管的與重力取向相反的一側(cè)。特別優(yōu)選地，焊接部基本上配置在軸管的壓力半部的面向懸掛臂元件的樞轉(zhuǎn)軸的半部分中。優(yōu)選地，焊接部的延伸的至少80％配置在懸掛臂元件上，特別優(yōu)選地全部配置在軸管的指向樞轉(zhuǎn)軸的半部分中。以這種方式，通過壓力半部中的焊接，軸管和懸掛臂元件之間的連接部的高疲勞強(qiáng)度可以與軸單元的簡易組裝相結(jié)合。特別地，通過將焊接部配置在面向樞轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，懸掛臂元件的區(qū)域仍然有空地，諸如承載元件等軸單元的其他元件可以固定到其上。

特別優(yōu)選地，在所述軸管的張力半部中未設(shè)置在所述軸管和所述懸掛臂元件之間的焊接連接。優(yōu)選地，軸單元僅在軸管的壓力半部中設(shè)置有軸管和懸掛臂元件之間的焊接連接。這防止了由于在軸管和懸掛臂元件之間的焊接連接的區(qū)域中或者焊接部的區(qū)域中出現(xiàn)的張應(yīng)力而導(dǎo)致的局部裂紋形成引起的材料損壞，并因此防止縮短懸掛臂元件和軸管之間的連接部的使用壽命。有利地，懸掛臂元件的焊接部定制和配置成使得其未突出到軸管的牽引半部中。

在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述焊接部相對于所述管的軸線最大以焊接弧度角延伸，其中所述焊接弧度角小于120°，優(yōu)選小于100°，特別優(yōu)選小于90°。焊接弧度角優(yōu)選是指在垂直于管的軸線延伸的斷面中，在管的軸線上的點(diǎn)與分別從管的軸線延伸到焊接部的各端部的兩條直線之間的角度。斷面優(yōu)選延伸穿過焊接部的區(qū)域，其中該區(qū)域跨過最大弧度角。焊接部優(yōu)選構(gòu)造成橢圓形。在替代的實(shí)施方案中，焊接部也可以構(gòu)造成基本矩形，其中優(yōu)選地設(shè)置矩形的圓形邊緣。在本發(fā)明的上下文中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過小于120°的焊接弧度角始終可以實(shí)現(xiàn)懸掛臂元件和軸管之間的連接部的足夠強(qiáng)度。為了在焊接部中獲得焊縫的足夠長度，焊接部沿著或平行于管的軸線的延伸可以大于平行于圍繞管的軸線的圓周或軌道的延伸。在焊接弧度角小于100°的優(yōu)選情況下，特別優(yōu)選地焊接部可以最佳地配置在軸管的壓力半部中。小于90°的焊接弧度角的優(yōu)點(diǎn)為其中軸管的由產(chǎn)生焊接連接而弱化的區(qū)域盡可能小，但是通過第一焊接部的足夠長度的焊縫仍然可以實(shí)現(xiàn)足夠的強(qiáng)度。

特別優(yōu)選地，所述懸掛臂元件相對于所述管的軸線以懸掛臂弧度角包圍所述軸管，其中所述懸掛臂弧度角小于180°。換句話說，懸掛臂弧度角是懸掛臂元件通過優(yōu)選包括接合區(qū)域和與其相鄰的區(qū)域的接收區(qū)域包圍軸管的角度。這里，懸掛臂元件優(yōu)選不在軸管的全部包圍區(qū)域焊接到軸管上。因此，優(yōu)選地，焊接弧度角小于懸掛臂弧度角。在懸掛臂弧度角小于180°或者恰好為180°的優(yōu)選情況下，軸管可以側(cè)向(換句話說橫向于管的軸線)插入也包圍接合區(qū)域的接收區(qū)域中。以這種方式，有利地在形成到懸掛臂元件的連接之前，可以將其他附接系統(tǒng)固定到軸管上，其中不必推動軸管穿過接收區(qū)域。

有利地，所述懸掛臂弧度角為所述焊接弧度角的1.05～2.5倍，優(yōu)選1.2～2倍，特別優(yōu)選1.6～1.8倍。懸掛臂弧度角和焊接弧度角之間的大小比表示懸掛臂元件在焊接部中的焊接連接外側(cè)包住軸管的數(shù)量級。特別地，第一焊接部外側(cè)的區(qū)域優(yōu)選用于將卡車的重量的力傳遞到軸管。在本發(fā)明的上下文中，特別優(yōu)選的是，懸掛臂元件不在力傳遞的全部區(qū)域中焊接到軸管上，而是僅在懸掛臂元件和軸管之間的接觸區(qū)域的特定部分中產(chǎn)生焊接連接。以這種方式，軸管和懸掛臂元件之間的接觸區(qū)域中的材料損壞和材料弱化可以最小化。因此，在本發(fā)明的上下文中優(yōu)選的是，懸掛臂弧度角與焊接弧度角的比值不降至低于值1.05。值范圍2.5的上限優(yōu)選用于其中預(yù)期在懸掛臂元件和軸管之間的連接部上基本上作用有壓力的懸掛系統(tǒng)，其中也可以將壓力傳遞到焊接部外側(cè)。已經(jīng)證明，1.6～1.8的特別優(yōu)選的范圍特別適于重載卡車，其中由于焊接連接的產(chǎn)生而引起的相對較低的材料弱化的原因，在傳遞高的最大力和彎矩的可能性與軸管和懸掛臂元件之間的連接部的足夠使用壽命之間發(fā)現(xiàn)了最好的折衷。

優(yōu)選地，第一接合區(qū)域適于構(gòu)造成在所述懸掛臂元件上的周向封閉的凹部，其中所述焊接部在第一接合區(qū)域處具有周面。換句話說，第一接合區(qū)域因此優(yōu)選構(gòu)造成通過其可以接近懸掛臂元件和軸管之間的接觸區(qū)域的凹部，從而使得可以在第一焊接部中產(chǎn)生焊縫。這里，焊接部優(yōu)選具有周面。周面優(yōu)選限定為構(gòu)造成凹部的接合區(qū)域的向內(nèi)的表面。特別優(yōu)選地，周面構(gòu)造成環(huán)形和彎曲的，其中彎曲部分橫向于環(huán)形軌道延伸。

特別優(yōu)選地，在第一接合區(qū)域的區(qū)域中，所述周面的平均長度與所述軸管的圓周的比值為0.4～1.3，優(yōu)選為0.6～1，特別優(yōu)選為約0.85～0.95。焊接部的周面的平均長度的變化是影響實(shí)際連接長度(換句話說，在軸管和懸掛臂元件之間的焊縫沿著其產(chǎn)生的長度)的可能因素。本文中的平均長度限定為在軸管和懸掛臂元件之間的中間部測量的周面的延伸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在比值為0.4～1.3的限度內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)焊接部外側(cè)的懸掛臂元件的其余剩余壁厚度與懸掛臂元件和軸管之間足夠大的連接長度或焊縫長度之間的有利折衷。這里，0.6～1的優(yōu)選比值通過優(yōu)選略呈橢圓形構(gòu)造的焊接部而允許周面的平均長度達(dá)到基本上大于或等于軸管的周長，由此在軸單元的設(shè)計中，優(yōu)選地僅需要進(jìn)行比例縮放并且在焊接部的邊緣長度和軸管的厚度或周長之間始終可以選擇相應(yīng)有利的比值。

進(jìn)一步優(yōu)選地，第一接合區(qū)域設(shè)置在所述懸掛臂元件上從而使得形成鄰近第一接合區(qū)域并且基本上彼此相對的兩個懸掛臂腹板，其中所述各懸掛臂腹板優(yōu)選地具有最小腹板寬度，其中第一接合區(qū)域優(yōu)選地具有平行于所述管的軸線的最大切口延伸，其中優(yōu)選地所述最小腹板寬度之和與所述切口延伸的比值為0.1～1，優(yōu)選為0.2～0.8，特別優(yōu)選為約0.3～0.5。鄰近接合區(qū)域的腹板區(qū)域橫向于懸掛臂的軸線或管的軸線的延伸優(yōu)選大于其腹板寬度。以這種方式，懸掛臂腹板在接合區(qū)域的區(qū)域中形成懸掛臂元件的優(yōu)選的材料增強(qiáng)部，這補(bǔ)償了由接合區(qū)域的凹部導(dǎo)致的材料弱化。為了實(shí)現(xiàn)懸掛臂元件的足夠的材料厚度以及同時還有接合區(qū)域可以沿其固定到軸管上的充足的邊緣長度之間的良好折衷，切口延伸優(yōu)選與腹板寬度的延伸具有特定比值。優(yōu)選地，控制臂腹板具有其最小值小于焊接部沿著或平行于懸掛臂的軸線或管的軸線的延伸的腹板寬度。最小腹板寬度優(yōu)選為在第一接合區(qū)域的凹部的區(qū)域中的懸掛臂元件的材料厚度的最小量。優(yōu)選地，最小腹板寬度是在懸掛臂元件的外側(cè)和凹部的邊緣之間測量的。因此在最小腹板寬度的區(qū)域中，懸掛臂元件具有材料弱化部，如果最小腹板寬度之和與凹部延伸的比值不降至低于值0.1，那么可以將該材料弱化部對懸掛臂元件的強(qiáng)度的負(fù)面影響保持為較低。最小腹板寬度之和與切口延伸的比值為0.1～1的優(yōu)選比值范圍確保了用于將懸掛臂元件焊接到軸管上的足夠邊緣長度與懸掛臂元件抵抗變形的足夠強(qiáng)度之間的特別良好的折衷。以這種方式，可以實(shí)現(xiàn)在懸掛臂元件和軸管之間的焊接連接的強(qiáng)度與懸掛臂元件本身的強(qiáng)度之間的特別良好的折衷。已經(jīng)證明，0.2～0.8的特別優(yōu)選范圍特別適于其中需要懸掛臂元件和軸管之間的連接部的特別緊湊的結(jié)構(gòu)的軸系統(tǒng)。根據(jù)申請人的實(shí)驗(yàn)，0.3～0.4的特別優(yōu)選比值范圍首先實(shí)現(xiàn)了懸掛臂元件的強(qiáng)度的最佳值，其次實(shí)現(xiàn)了懸掛臂元件和軸管之間的焊接連接的強(qiáng)度。

在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述懸掛臂元件形成為一體鑄件。通過以鑄造工藝制造懸掛臂元件，特別地可以減少制造所必需的制造持續(xù)時間和工藝步驟的數(shù)量。另外，鑄造實(shí)現(xiàn)了懸掛臂元件的特別均勻的材料結(jié)構(gòu)，這實(shí)現(xiàn)了特別高的強(qiáng)度值。

特別優(yōu)選地，設(shè)置有用于將彈簧元件固定到所述軸單元上的承載元件，其中所述承載元件優(yōu)選地能夠經(jīng)由第二接合區(qū)域固定到所述軸管上，以及其中第二接合區(qū)域優(yōu)選地構(gòu)造成在所述承載元件上的凹部。特別優(yōu)選地，像第一接合區(qū)域那樣，第二接合區(qū)域構(gòu)造成凹部，由此可以容易地制造承載元件和軸管之間的周向焊縫。特別優(yōu)選地，承載元件也可以具有接合區(qū)域，在該處可以產(chǎn)生連接到懸掛臂元件的物質(zhì)粘結(jié)。

特別優(yōu)選地，所述承載元件僅在第二接合區(qū)域中固定到所述軸管上。為了將軸管上的材料弱化保持為盡可能低，優(yōu)選將承載元件和軸管之間的固定區(qū)域或者換句話說焊接區(qū)域限制到第二接合區(qū)域。特別優(yōu)選地，懸掛臂元件和承載元件因此都經(jīng)由構(gòu)造成凹部的接合區(qū)域固定到軸管上。此外，為了支撐軸單元的強(qiáng)度，還可以產(chǎn)生承載元件和懸掛臂元件之間的焊接連接。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的軸單元的優(yōu)選實(shí)施方案的局部斷面?zhèn)纫晥D，

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的軸單元的實(shí)施方案的詳細(xì)視圖，和

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的軸單元的優(yōu)選實(shí)施方案的俯視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的軸單元的優(yōu)選實(shí)施方案的局部斷面?zhèn)纫晥D。特別地，示出了第一接合區(qū)域5、軸管2和承載元件7(優(yōu)選設(shè)置的)的斷面。懸掛臂元件4經(jīng)由第一接合區(qū)域5通過焊接連接固定到軸管2上。設(shè)置在第一接合區(qū)域5中的焊接部54優(yōu)選相對于管的軸線R以焊接弧度角α延伸。此外，優(yōu)選地，焊接部54僅在軸管2的壓力半部22中延伸，而在軸管2的張力半部24中不存在懸掛臂元件4和軸管2之間的焊接連接。承載元件7優(yōu)選具有其中將該承載元件固定到軸管2上的第二接合區(qū)域72。

圖2示出了圖1中示出的第一接合區(qū)域5的詳細(xì)視圖，其中焊接部54優(yōu)選相對于管的軸線R以焊接弧度角α延伸。優(yōu)選地，懸掛臂元件4以懸掛臂弧度角包圍軸管2，該懸掛臂弧度角優(yōu)選地小于180°。此外，優(yōu)選地，懸掛臂弧度角顯著大于焊接弧度角α。因?yàn)閼覓毂墼?以顯著大于焊接弧度角α的懸掛臂弧度角包圍軸管2，所以優(yōu)選非常大的力傳遞面可用于將重量和保持力傳遞到軸管2。此外，由于優(yōu)選將焊縫或焊接部54的擴(kuò)展限制到軸管2的壓力半部22，所以避免了在懸掛臂元件4和軸管2之間的焊接連接的區(qū)域中出現(xiàn)張應(yīng)力，由此可以顯著延長使用壽命。優(yōu)選地，焊接弧度角α的角度為約105°。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的懸掛臂元件4的優(yōu)選實(shí)施方案的俯視圖。其示出了優(yōu)選基本上橢圓形幾何形狀的第一接合區(qū)域5(優(yōu)選地至少在部分區(qū)域中偏離圓形)。優(yōu)選地，懸掛臂元件4的樞轉(zhuǎn)懸掛在卡車的框架上的區(qū)域設(shè)置在懸掛臂元件4的左側(cè)。在這個區(qū)域中，懸掛臂元件4優(yōu)選相對于懸掛臂中心軸線L面對稱地延伸。此外，還示出了保持部6相對于懸掛臂中心面偏心配置以簡化承載元件7(未示出，參見圖1)的安裝。此外，圖3示出了懸掛臂元件4的焊接部54，其優(yōu)選構(gòu)造成凹部并且沿著其內(nèi)表面可以產(chǎn)生與軸管2(未示出)的焊接連接。焊接部54的周面55優(yōu)選具有與軸管的圓周呈一定比值的平均長度K。此外，圖3示出了軸單元的優(yōu)選特征，其中懸掛臂元件4在接合部5中具有第一懸掛臂腹板45和第二懸掛臂腹板45。懸掛臂腹板45具有最小腹板寬度B，其中焊接部54具有平行于管的軸線R的與腹板寬度B之和呈特定比值的切口延伸A。腹板寬度B優(yōu)選在圖3所示的懸掛臂元件4的俯視圖中測量。優(yōu)選地，腹板寬度B小于切口延伸A。在這個例子中，兩個腹板寬度B之和為切口延伸A的約0.3～0.5倍。

附圖標(biāo)記列表

2 軸管

4 懸掛臂元件

45 懸掛臂腹板

5 第一接合區(qū)域

54 焊接部

55 周面

6 保持部

7 承載元件

72 第二接合區(qū)域

A 切口延伸

B 腹板寬度

K 平均長度

L 懸掛臂中心軸線

R 管的軸線

α 焊接弧度角

懸掛臂弧度角