專利名稱：用于轉(zhuǎn)向裝置的鑄鐵轉(zhuǎn)向底橋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于兩輪或三輪機(jī)動(dòng)車?yán)缒ν熊?、小型摩托車等的轉(zhuǎn)向裝置中的鑄鐵底橋。
用于兩輪機(jī)動(dòng)車?yán)缒ν熊?、小型摩托車等的轉(zhuǎn)向裝置具有一個(gè)作為一個(gè)組件的底橋，該底橋在其中央與一個(gè)柱管的下端相連接并且具有一對(duì)彼此隔開的孔，在該中央的各端各限定一個(gè)孔用來安裝各自的前叉件。該底橋需要有足夠的強(qiáng)度以承受當(dāng)兩輪機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎時(shí)通過前叉件傳遞的扭轉(zhuǎn)載荷或應(yīng)力。為此，通常使用對(duì)提供所要求的機(jī)械強(qiáng)度有利的鍛造方法來制造底橋。
該底橋還具有一對(duì)從與該柱管相連接的中心區(qū)域彼此離開向外延伸的支臂。該支臂分別具有一個(gè)預(yù)定寬度的凹腔，該凹腔由前、后和上壁形成在其下表面上并且具有一個(gè)向下開口的槽形剖面。
雖然鍛造的底橋具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，但是鍛造方法相對(duì)比較復(fù)雜并且費(fèi)時(shí)，機(jī)械加工鍛造的底橋也比較困難。另外一個(gè)缺點(diǎn)是鍛造的底橋的總重量較大。
一個(gè)解決辦法是使用比較簡(jiǎn)單的鑄造方法來制造底橋。雖然鑄造的底橋的重量較輕，但它們只具有較小的扭轉(zhuǎn)斷裂角和扭轉(zhuǎn)剛度并且當(dāng)兩輪機(jī)動(dòng)車的騎手在駕駛和轉(zhuǎn)彎時(shí)，不能給予兩輪機(jī)動(dòng)車的騎手與由鍛造底橋所能提供的感覺相當(dāng)?shù)母杏X。
附圖中的

圖1示出了用相當(dāng)于鋼S35C的鋼制成的鍛造底橋和用相當(dāng)于鑄鐵FCD450制成的鑄造底橋的扭轉(zhuǎn)斷裂角與扭轉(zhuǎn)剛度之間的關(guān)系，該圖是在該中心區(qū)域被固定，該底橋承受圍繞其一個(gè)支臂作用的扭矩的條件下測(cè)量的。特征曲線F0代表一個(gè)常規(guī)的鍛造底橋，該底橋具有在其各個(gè)支臂中由前、后和上壁所限定的凹腔，每個(gè)臂的厚度均為8毫米左右。特征曲線D1代表一個(gè)鑄造底橋，該底橋具有在其各個(gè)支臂中由前、后和上壁所限定的凹腔，每個(gè)壁的厚度均為8毫米左右。特征曲線D2代表一個(gè)鑄造底橋，該底橋具有在其各個(gè)支壁中由前、后和上壁所限定的凹腔，每個(gè)壁的厚度均為10毫米。特征曲線D3代表本發(fā)明的一個(gè)鑄造底橋，該底橋?qū)⒃谙旅婷枋觥?br> 當(dāng)摩托車在正常情況下運(yùn)行時(shí)，底橋(一個(gè)支臂)將承受最高到50公斤·米的扭矩。示于圖1中的測(cè)量數(shù)據(jù)表明，在這樣的扭矩范圍內(nèi)，用特征曲線D1代表的鑄造底橋具有較大的扭轉(zhuǎn)斷裂角，因而與特征曲線F0代表的鍛造底橋相比，能給騎手以柔和得多的感覺。由特征曲線D2代表的鑄造底橋具有較小的扭轉(zhuǎn)斷裂角因而與特征曲線F0代表的鍛造底橋相比，它給騎手以硬得多的感覺。對(duì)用特征曲線F0代表的鍛造底橋來說，其扭轉(zhuǎn)斷裂角為55度，其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為300公斤·米。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種用于兩輪機(jī)動(dòng)車?yán)缒ν熊嚒⑿∧ν熊嚨鹊霓D(zhuǎn)向裝置中的底橋，該底橋加工容易，具有較輕的重量和所要求的機(jī)械強(qiáng)度，并且在轉(zhuǎn)向操作時(shí)能給出相當(dāng)于鍛造底橋所提供的感覺。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有一個(gè)柱管和一對(duì)前叉件的用于轉(zhuǎn)向裝置的鑄造底橋，該底橋包括一個(gè)在其中限定有一個(gè)中心孔的中心區(qū)域，該中心孔用于安裝該柱管，一對(duì)從該中心區(qū)域彼此離開向外延伸的支臂，該支臂中分別限定有用來安裝各自的前叉件的孔，每個(gè)該支臂具有一個(gè)凹腔，該凹腔在該中心孔與一個(gè)該孔之間由該支臂的前、后和上壁限定在其下表面上，該上壁比該前和后壁更薄。
該上壁所具有的厚度范圍為該前和后壁的厚度的約40～80％。該支臂和該中心區(qū)域都可用與FCD380、FCD435或FCD550相當(dāng)?shù)目慑?球墨)鑄鐵制成。
該鑄造底橋還可包括一個(gè)由低碳鋼制成的柱管，該柱管的一端插過該孔并且有一個(gè)從該底橋中伸出的角隅，并且通過電弧焊形成的韌性焊縫連接在該底橋上。
該角隅可以通過該韌性焊縫與該底橋相連接，該焊縫是使用一種具有比該底橋的焊接熔點(diǎn)更低的銅基焊絲通過電弧銅焊而形成的。或者，該角隅可以通過該韌性焊縫與該底橋相連接，該焊縫是使用一種鎳基焊絲通過電弧焊而形成的。
本發(fā)明的上述和其他目的、細(xì)節(jié)及優(yōu)點(diǎn)通過下面的較佳實(shí)施例的詳細(xì)介紹，連同參考附圖將可一清二楚。
圖1是示出常規(guī)的底橋和本發(fā)明的底橋的扭轉(zhuǎn)斷裂角與扭轉(zhuǎn)剛度之間的關(guān)系曲線；圖2是摩托車的轉(zhuǎn)向裝置的局部透視圖，其中包括本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的鑄鐵底橋；圖3是示于圖2的該鑄鐵底橋的平面圖；圖4是圖2所示鑄鐵底橋的局部剖開的側(cè)視圖；圖5是沿圖3的V-V線截取的剖面圖；圖6是與圖5相類似的示出一個(gè)常規(guī)底橋的剖面圖；圖7是示出與FCD450相當(dāng)?shù)目慑戣T鐵的底橋的扭轉(zhuǎn)剛度如何隨該底橋的壁厚的變化而變化的曲線圖；圖8是示出與FCD450相當(dāng)?shù)脑摽慑戣T鐵的底橋的扭轉(zhuǎn)斷裂角如何隨該底橋的壁厚變化而變化的曲線圖；以及圖9是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的一個(gè)鑄鐵底橋的剖視圖。
如圖2所示，諸如摩托車、小型摩托車等兩輪機(jī)動(dòng)車都具有一根可轉(zhuǎn)動(dòng)地插入在車架1的前部的上部管2中的柱管3，該柱管的下端與在底橋4中所限定的中心孔5相配合并且牢固地連接在底橋4上。底橋4具有一對(duì)從限定中心孔5的中心區(qū)域彼此離開的向外延伸的支臂6(也請(qǐng)參閱圖3)。支臂6中分別限定有用來安裝各自的前叉件9的孔7，兩輪機(jī)動(dòng)車的前輪由該前叉件可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承著。
如圖4和5中所示，支臂6分別具有一個(gè)預(yù)定寬度的凹腔8，該凹腔由前、后和上壁5a，5b和5c限定在它們的下表面并且具有一個(gè)向下開口的槽形剖面。凹腔8位于中心孔5與孔7之間。
圖6示出了一個(gè)由鋼例如S3 5C制成的常規(guī)的鍛造底橋。如圖6中所示，該常規(guī)的鍛造底橋的每個(gè)支臂具有一個(gè)預(yù)定寬度的凹腔51，該凹腔由支臂的前、后和上壁51a、51b、51c限定在壁6的下面并且具有一個(gè)向下開口的槽形剖面。該前、后和上壁51a、51b、51c具有相等的厚度，例如約8毫米。該常規(guī)的鍛造底橋的重量約1602克。
根據(jù)本發(fā)明，底橋4由鑄鐵制成并且每個(gè)凹腔8具有與常規(guī)的鍛造底橋不同的剖面形成，以便減少底橋的重量，增加扭矩圍繞支臂6的軸線P(見圖3)作用時(shí)的扭轉(zhuǎn)斷裂角(即在該扭轉(zhuǎn)角下，支臂6將斷裂)和扭轉(zhuǎn)剛度(即在該扭轉(zhuǎn)載荷下，支臂6將斷裂)，并且當(dāng)騎手駕駛和操縱該兩輪機(jī)動(dòng)車時(shí)帶給他的感覺與騎上裝有鍛造底橋的摩托車的感覺相當(dāng)。該由鑄鐵制成的底橋4重量較輕，并且隨后的機(jī)械加工也很容易。
圖7示出了當(dāng)扭轉(zhuǎn)載荷圍繞支臂的軸線P以每分鐘30度的扭轉(zhuǎn)速率作用時(shí)，用相當(dāng)于鑄鐵FCD450的可鍛(球墨)鑄鐵制成的底橋試驗(yàn)件在上壁8c對(duì)前和后壁8a、8b的不同比值下的試驗(yàn)件的扭轉(zhuǎn)剛度。在圖7中，垂直軸線代表扭轉(zhuǎn)剛度，水平軸線代表上壁8c的厚度(B)對(duì)前和后壁8a，8b的厚度(A)的比值(B/A)。圖8示出了當(dāng)扭轉(zhuǎn)載荷圍繞支臂的軸線P以每分鐘30度的扭轉(zhuǎn)速率作用時(shí)，該同樣的底橋試驗(yàn)件在上壁8c對(duì)前和后壁8a，8b的不同比值下的扭轉(zhuǎn)斷裂角。在圖8中，垂直軸線代表扭轉(zhuǎn)斷裂角，水平軸線代表上壁8c的厚度(B)對(duì)前和右壁8a，8b的厚度(A)的比值(B/A)。底橋試驗(yàn)件的各凹腔8具有基本上相同的剖面積。
扭轉(zhuǎn)載荷圍繞支臂的軸線P作用，因?yàn)楫?dāng)騎手用手柄駕駛兩輪機(jī)動(dòng)車時(shí)有同樣類型的扭轉(zhuǎn)載荷通過前叉件作用在底橋4上。
從圖7和8中所示的測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)上壁8c的厚度(B)對(duì)前和后壁8a、8b的厚度(A)的比值(B/A)在40～80％的范圍內(nèi)時(shí)，該扭轉(zhuǎn)剛度約為190公斤·米或更大，而該扭轉(zhuǎn)裂角約為170度或更大。所以，如果比值(B/A)在40～80％的范圍內(nèi)，鑄鐵底橋的機(jī)械強(qiáng)度是令人滿意的。也已證實(shí)，如果比值(B/A)處在40～80％的范圍內(nèi)，兩輪機(jī)動(dòng)車的騎手在駕駛過程中就會(huì)感覺良好。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果比值(B/A)小于40％，這樣就很難用鑄造來制造底橋，并且扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)斷裂角也太小，從而在上壁8c內(nèi)將開始產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致底橋的機(jī)械強(qiáng)度不能達(dá)到所要求的水平。
也已發(fā)現(xiàn)，如果比值(B/A)大于80％，此時(shí)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)斷裂角太小，以致不能達(dá)到所要求水平的機(jī)械強(qiáng)度。在這種情況下，裂紋將在前壁8a的下端或在后壁8b的下端開始發(fā)生，當(dāng)在扭矩作用下受到扭轉(zhuǎn)時(shí)由于最大拉伸應(yīng)力作用在該下端上，該裂紋將擴(kuò)大。
鑒于本發(fā)明的上述發(fā)現(xiàn)，前和后壁8a、8b的厚度A應(yīng)選擇成基本上彼此相等，而上壁8c的厚度B應(yīng)選擇為前和后壁8a、8b的厚度A的40-80％。
這樣構(gòu)成的底橋4在扭矩圍繞支臂的軸線P作用時(shí)就具有更大的扭轉(zhuǎn)斷裂角和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，并且能給騎手在機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向操作時(shí)以改善的感覺。關(guān)于為什么通過使上壁8c的厚度小于前和后壁8a、8b的厚度A就能使扭轉(zhuǎn)斷裂角和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度增加的原因可以認(rèn)為是，當(dāng)扭轉(zhuǎn)力作用在該底橋4上時(shí)，該底橋4在該扭轉(zhuǎn)力作用下的彈性變形的能力增加，因而能進(jìn)行更大的彈性變形，從而延緩了在扭轉(zhuǎn)力作用下裂紋的發(fā)生。
用相當(dāng)于鑄鐵FCD450的可鍛(球墨)鑄鐵制成的底橋試驗(yàn)件作試驗(yàn)所測(cè)量的數(shù)據(jù)示于圖7和8中。業(yè)已證實(shí)，用相當(dāng)于鑄鐵FCD380和FCD550的可鍛(球墨)鑄鐵制成的底橋試驗(yàn)件也能產(chǎn)生類似的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的底橋的具體的實(shí)施例將在下面介紹。
主要的底橋樣品用相當(dāng)于鑄鐵FCD450的可鍛(球墨)鑄鐵制成，其重量為1476克。該主要的底橋樣品在中心孔5和孔7之間的前和后壁的厚度為10毫米，上壁的厚度為6.5毫米。
輔助的底橋樣品用相當(dāng)于鑄鐵FCD450的可鍛(球墨)鑄鐵制成，其重量為1468克、該輔助的底橋樣品在中心孔5和孔7之間的前壁厚度為10毫米，后壁的厚度為9毫米，上臂的厚度為5.5毫米。該輔助的底橋樣品在圖1中用特征曲線D3表示。
主要的和輔助的底橋樣品都通過圍繞支臂的軸線P作用以每分鐘30度的扭轉(zhuǎn)速率的扭轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行了其扭轉(zhuǎn)斷裂角、扭轉(zhuǎn)剛度的試驗(yàn)和在轉(zhuǎn)向操作時(shí)所能給出的感覺的試驗(yàn)。同時(shí)該底橋樣品的中心區(qū)域被固定就位。對(duì)于該主要的底橋樣品，其扭轉(zhuǎn)斷裂角為18度，而扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為203公斤·米，對(duì)于該輔助的底橋樣品，其扭轉(zhuǎn)斷裂角為19度而扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為216公斤·米。這些扭轉(zhuǎn)斷裂角和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度都高于預(yù)定的水平。也業(yè)已證實(shí)，該主要的和輔助的底橋樣品都能給兩輪機(jī)動(dòng)車的騎手以與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)母杏X。從圖1可以了解到，用D3代表的輔助的底橋樣品的扭轉(zhuǎn)斷裂角和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度基本上與常規(guī)的鍛造的底橋的扭轉(zhuǎn)斷裂角和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度相同，并且用D3代表的輔助的底橋樣品能提供給進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作的兩輪機(jī)動(dòng)車騎手的感覺與由常規(guī)的鍛造的底橋在通常的兩輪機(jī)動(dòng)車運(yùn)行條件下(此時(shí)作用的扭矩最高為50公斤·米)所給出的感覺相同。
因此該輔助的底橋樣品在重量和機(jī)械強(qiáng)度方面比該主要的底橋樣品更佳。
圖9示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的鑄鐵底橋10。如圖9中所示，用可鍛(球墨)鑄鐵制成的鑄鐵底橋10具有在其中心區(qū)域限定的中心孔11和從該中心區(qū)域彼此離開的向外延伸的支臂12。支臂12中分別限定有用來安裝各自的前叉件的孔13，該兩輪機(jī)動(dòng)車的前輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在該前叉件上。中心孔11中安裝了柱管14的下端。柱管14用低碳鋼例如STAM40G鋼制成。為把柱管14連接到底橋10上，柱管14的下端壓入配合到中心孔11中直到柱管14的末端從中心孔11的下端伸出稍許為止。然后用電弧焊把凸緣形焊縫15形成在圍繞柱管14下端的伸出角偶處。
該焊縫15很韌性以致不會(huì)由于來自底橋10的碳的進(jìn)入而變脆，因此不會(huì)產(chǎn)生焊縫裂紋。例如，當(dāng)柱管14的下端的伸出角偶使用一種具有比底橋10的焊接熔點(diǎn)低的銅基焊絲通過電弧銅焊相連接時(shí)，則可以形成韌性的焊縫15，因?yàn)闆]有碳從底橋14進(jìn)入其中。另外一個(gè)辦法是，當(dāng)柱管14的下端伸出的角偶使用一種鎳基焊絲通過電弧焊來連接時(shí)，也可以形成韌性的焊縫15，因?yàn)榧词固紡牡讟?4進(jìn)入焊縫15中，但鎳是韌性的，因此該韌性的焊縫15將不會(huì)由于脆性而產(chǎn)生焊縫裂紋。
本發(fā)明的底橋不局限于在兩輪機(jī)動(dòng)車中使用，它還可以在具有類似轉(zhuǎn)向裝置的三輪機(jī)動(dòng)車等中使用。
雖然上面已經(jīng)介紹了我們目前認(rèn)為是本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明的主要特征的情況下，本發(fā)明還可以用其他具體形式來體現(xiàn)。因此，現(xiàn)有實(shí)施例在所有方面都應(yīng)被看作是說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍通過后附的權(quán)利要求而不是上述說明來表示。
權(quán)利要求
1.一種具有一個(gè)柱管和一對(duì)前叉件的用于轉(zhuǎn)向裝置中的鑄鐵底橋，包括一個(gè)在其中限定有一個(gè)中心孔的中心區(qū)域，該中心孔用于安裝該柱管；一對(duì)從該中心區(qū)域彼此離開向外延伸的支臂，該支臂中分別限定有用來安裝各自的前叉件的孔；每個(gè)該支臂具有一個(gè)凹腔，該凹腔在該中心孔與一個(gè)該孔之間由該支臂的前、后和上壁形成在其下表面上，該上壁比該前和后臂更薄。
2.如權(quán)利要求1所述的鑄鐵底橋，其特征在于該上壁具有的厚度范圍為該前和后壁的厚度的40-80％左右。
3.如權(quán)利要求1所述的鑄鐵底橋，其特征在于該中心區(qū)域和該支臂都用相當(dāng)于FCD380、FCD450或FCD550的可鍛(球墨)鑄鐵制成。
4.如權(quán)利要求1所述的鑄鐵底橋，其特征在于該底橋還包括一個(gè)由低碳鋼制成的柱管，該柱管的一端插入該中心孔中并且有一個(gè)從該底橋伸出的角隅，利用通過電弧焊所形成的韌性焊縫將其連接在底橋上。
5.如權(quán)利要求4所述的鑄鐵底橋，其特征在于該角隅可以通過該韌性焊縫與該底橋相連接，而該焊縫是使用一種具有比該底橋的焊接熔點(diǎn)低的銅基焊絲通過電弧銅焊而形成的。
6.如權(quán)利要求4所述的鑄鐵底橋，其特征在于該角隅通過該韌性焊縫與該底橋相連接，而該焊縫是使用一種鎳基焊絲通過電弧焊而形成的。
全文摘要
一種具有一個(gè)柱管和一對(duì)前叉件的用于轉(zhuǎn)向裝置的鑄鐵底橋，它包括一個(gè)在其中限定有一個(gè)中心孔的中心區(qū)域，該中心孔用于安裝該柱管；一對(duì)從該中心區(qū)域彼此離開向外延伸的支臂，該支臂中分別限定有用來容納各自的前叉件的孔。每個(gè)該支壁具有一個(gè)凹腔，該凹腔在該中心孔與一個(gè)該孔之間由該支臂的前、后和上壁形成在其下表面上，該上壁比該前壁和后壁更薄。準(zhǔn)確地說，該上壁具有的厚度范圍為該前和后壁厚度的40～80％左右。
文檔編號(hào)B62K21/04GK1159409SQ96111630
公開日1997年9月17日 申請(qǐng)日期1996年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月8日
發(fā)明者光吉博司, 增田泰夫, 早川雅明, 平上裕二 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社