機動車軸和用于制造機動車軸的橫梁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機動車軸，包括兩個縱拉桿和一個連接這兩個縱拉桿的橫梁，其中，所述橫梁包括具有U形橫截面的開口的型材，所述型材具有腹板和在縱向側(cè)從該腹板彎曲的側(cè)邊；所述型材的開口在裝入位置指向車道。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造相應(yīng)的機動車軸的橫梁的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明的軸結(jié)構(gòu)也大多稱為復(fù)合轉(zhuǎn)向軸。對其提出非常確定的要求:產(chǎn)生預(yù)先規(guī)定的行駛特性和相應(yīng)的行駛舒適性。
[0003]在設(shè)計復(fù)合轉(zhuǎn)向軸的橫梁時在現(xiàn)有技術(shù)中已知大量的變體方案。例如WO2013/185217 Al或者DE 10 2007 058 582 A2公開了用于機動車軸的橫梁，該橫梁用管狀的型材制造。該型材的中間部段變形，使得在那里產(chǎn)生一個具有大致U形橫截面的雙壁型材。由此該區(qū)域容易扭轉(zhuǎn)，而該型材的保持管狀的端部部段具有相應(yīng)較高的剛度。
[0004]DE 10 2009 050 058 Al公開了一種用于機動車的復(fù)合轉(zhuǎn)向軸，其中，橫梁用成形的板坯構(gòu)造并且具有U形橫截面。在端部區(qū)域內(nèi)橫梁通過加強元件加固，橫梁在加強元件的端部區(qū)域內(nèi)具有變大的壁厚，由此實現(xiàn)從橫梁的容易扭轉(zhuǎn)的中間部段向橫梁的端部區(qū)域的非常平穩(wěn)的剛度過渡。
[0005]在DE 10 2009 004 441 Al中，通過有利地在橫梁的端部區(qū)域內(nèi)設(shè)置彈簧座圈來減小剛度躍變。
[0006]從JP2000-052733A中獲知一種用于制造機動車軸的橫梁的方法，其中首先剪裁板坯并且由該被剪裁的板坯成形橫梁。在該橫梁的情況下橫截面也在它的長度上變化，以便以相應(yīng)的方式調(diào)整剛度。
[0007]從DE 199 49 341 Al中也得知一種用于機動車軸的橫梁。這里同樣首先剪裁板坯，其中該剪裁這樣進行，使得在后來將該板坯變形為大致管狀橫梁的情況下，所產(chǎn)生的型材的中間部段不被完全封閉，從而在該區(qū)域內(nèi)存在比在所述型材的端部區(qū)域內(nèi)較小的扭轉(zhuǎn)剛度。
[0008]大多數(shù)復(fù)合轉(zhuǎn)向軸應(yīng)該具有小的滾動剛度或者扭轉(zhuǎn)剛度。這意味著:復(fù)合轉(zhuǎn)向軸的橫梁能夠圍繞其縱軸線旋轉(zhuǎn)。特別是在通過復(fù)合轉(zhuǎn)向軸連接的兩個車輪沿相反方向跳動的情況下，該特性具有重要意義。
[0009]但是同時在側(cè)向力作用的情況下輪距調(diào)整和外傾調(diào)整都應(yīng)該盡可能保持。這意味著:復(fù)合轉(zhuǎn)向軸應(yīng)該具有高的輪距剛度和外傾剛度。這點能夠通過復(fù)合轉(zhuǎn)向軸的橫梁在側(cè)向力作用的情況下具有高的抗彎強度而實現(xiàn)。這種高的抗彎強度能夠通過相應(yīng)調(diào)整橫梁的幾何條件而實現(xiàn)。具有矩形或U形型材橫截面的橫梁就橫截面面積而言具有大的抗彎強度，從而該橫截面形狀十分經(jīng)常地在發(fā)明的軸中使用。型材橫截面越大，抗彎強度也越大。
[0010]在JP S58-53504A中公開了一種包括具有矩形橫截面的橫梁的機動車軸。該橫梁的橫截面(更確切而言無論高度還是寬度)逐漸變化。該橫梁在它的中心具有最大的橫截面并且該橫截面朝向相對置的端部連續(xù)減小。
[0011]然而，隨著型材橫截面的增大，橫梁的滾動剛度也升高。但是這與應(yīng)該使?jié)L動剛度保持得盡可能小的要求相反。
[0012]為了使?jié)L動剛度相對于抗彎強度在型材橫截面增大的情況下仍然保持得小，通常在復(fù)合轉(zhuǎn)向軸的情況下減小橫梁的壁厚。該壁厚減小具有降低滾動剛度的效果。但是壁厚不能任意薄。橫梁型材的過薄壁厚導(dǎo)致型材的焊接性變差。為了保持橫梁的端部區(qū)域的強度，通常給端部區(qū)域提供多個加強板。這些加強板在型材的開口內(nèi)與其焊接。在壁過薄的情況下具有加強板的型材的持久牢固的焊接不再可能。因此，可實現(xiàn)的、復(fù)合轉(zhuǎn)向軸的輪距或外傾剛度與滾動剛度之比受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因此本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種機動車軸，其允許較大程度地將復(fù)合轉(zhuǎn)向軸的輪距和外傾剛度與滾動剛度彼此解耦并且消除所述的現(xiàn)有技術(shù)缺點。另外，本發(fā)明的任務(wù)是，建議一種相應(yīng)的用于制造這種機動車軸的方法。
[0014]該任務(wù)的裝置方面通過一種具有權(quán)利要求1的特征的機動車軸解決。
[0015]本發(fā)明的機動車軸的特別設(shè)計方案是從屬權(quán)利要求2到5的主題。
[0016]該任務(wù)的方法方面通過一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造機動車軸的橫梁的方法解決。
[0017]該方法的優(yōu)選設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求7到10中敘述。
[0018]本發(fā)明的主題是機動車軸，其包括兩個縱拉桿和一個連接兩個縱拉桿的橫梁，其中，橫梁包括具有U形橫截面的開口的型材，所述型材具有一個腹板和在縱向側(cè)從該腹板彎曲的側(cè)邊；所述型材的開口在裝入位置指向車道。另外，車輛前側(cè)的側(cè)邊在型材的端部部段內(nèi)具有相對于型材的中間部段減小的高度。
[0019]本發(fā)明的機動車軸是具有原則上常規(guī)的結(jié)構(gòu)圖的復(fù)合轉(zhuǎn)向軸。該軸包括兩個縱拉桿，這兩個縱拉桿在它們的一個端部與車身連接，而縱拉桿的另一端部分別設(shè)有用于容納車輪的車輪支架。這兩個縱拉桿與一個橫梁連接，橫梁包括具有U形橫截面的開口的型材。這里該型材具有一個腹板，該腹板基本上從一個縱拉桿到達(dá)另一個縱拉桿。縱向側(cè)的側(cè)邊從該腹板彎曲，這些側(cè)邊構(gòu)成橫梁型材的側(cè)壁。另外，U形橫截面在這里應(yīng)該理解為矩形的橫截面或帽形的橫截面。這兩個側(cè)邊還限定該型材的開口，該開口在裝入位置指向車道。
[0020]通過在型材的端部部段內(nèi)減小車輛前側(cè)的側(cè)邊的高度，在那里減小滾動剛度。但是抗彎強度通過該措施不受影響。因此型材橫截面能夠選擇為，使得橫梁型材的抗彎強度達(dá)到希望的值，從而調(diào)出在側(cè)向力下的高的輪距剛度和外傾剛度。同時通過減小車輛前側(cè)的側(cè)邊在型材的端部部段內(nèi)的高度而減小整個軸的滾動剛度，而抗彎強度保持不變。
[0021]也就是說能夠得到一種新的和附加的可能性:在很大程度上互相獨立地調(diào)整本發(fā)明的機動車軸的剛度，從而能夠覆蓋大范圍的結(jié)構(gòu)規(guī)定參數(shù)。
[0022]同時，不再需要改變壁厚或者不必選擇小的壁厚，從而也消除與此關(guān)聯(lián)的焊接問題。
[0023]結(jié)果得到一種在其動力學(xué)特性方面極大改善的機動車軸，此外其通過可靠的焊接性還具有較長的使用壽命和在制造中較小的廢品率。
[0024]優(yōu)選地，車輛前側(cè)的側(cè)邊的高度在從中間部段向端部部段過渡時連續(xù)變化。
[0025]這具有這樣的優(yōu)點，即:在橫梁和機動車軸的機械特性方面在橫梁的長度上不發(fā)生有害的躍變。沿橫梁的縱軸線的剛度躍變例如能夠?qū)е抡麄€軸的使用壽命縮短，因為在該位置優(yōu)先發(fā)生折斷或者裂縫。在高度沿橫梁的縱軸線連續(xù)或均勻變化的情況下避免這點。車輛前側(cè)的側(cè)邊的自由邊緣因而優(yōu)選具有波形的輪廓。
[0026]這樣的波形輪廓特別是在車輛前側(cè)的側(cè)邊的高度通過縱向側(cè)的、形狀為圓弧形或橢圓弧形的凹進而變化時產(chǎn)生。這種凹進特別是能夠使剛度在沒有大的剛度躍變的情況下均勻地變化，由此在沒有有害的應(yīng)力峰值的情況下對整個軸施加負(fù)荷。
[0027]特別是，高度在型材的端部區(qū)域內(nèi)到中間部段的連續(xù)過渡與形狀為圓弧形或橢圓弧形的凹進的結(jié)合以有利的方式影響橫梁型材內(nèi)的應(yīng)力分布。
[0028]在橫梁的縱拉桿側(cè)的端部基本上存在要改變的側(cè)邊的最大高度。但是縱拉桿側(cè)的端部的精確設(shè)計始終依賴于橫梁在縱拉桿上的連接部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。隨著距各個縱拉桿的距離的增加，車輛前側(cè)的側(cè)邊的高度降低，例如以圓弧形或橢圓弧形的形狀降低，直到側(cè)邊的高度達(dá)到最小值。之后，側(cè)邊的高度再次連續(xù)升高，直到該高度在橫梁的中間部段內(nèi)再次達(dá)到最大值。如果側(cè)邊在型材的中間部段內(nèi)的高度達(dá)到最大值，該高度就基