專利名稱：工字梁結(jié)構(gòu)汽車懸架臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車懸架部件的制造工藝，尤其涉及那些要求高的剛度重量比和高的強(qiáng)度重量比的部件。特別是，本發(fā)明涉及一種汽車懸架臂。
背景技術(shù)：
大多數(shù)現(xiàn)代公路車輛利用一些懸架系統(tǒng)將客室與由于路面的不規(guī)則引起的車輪干擾隔離。這些懸架系統(tǒng)通常包括一些形式的儲(chǔ)能介質(zhì)例如彈簧、一控制彈簧運(yùn)動(dòng)的裝置例如阻尼器、以及一控制車輪運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)的連接裝置。這些部件的這種組合被構(gòu)造成允許車輛輪以可控方式上提并越過公路不規(guī)則處。該連接裝置的最常用形式為四桿機(jī)構(gòu)，其由芯軸組件、車體以及兩個(gè)通常稱作控制臂的可樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成。
圖1圖解了一常用現(xiàn)有技術(shù)中的四桿機(jī)構(gòu)?？刂票?1)(2)相對(duì)于車體(4)定位并引導(dǎo)芯軸組件(3)的運(yùn)動(dòng)。芯軸組件承載車輪、輪胎、軸承組件和制動(dòng)器組件，其總體上被稱作車輛的簧下質(zhì)量(5)。該簧下質(zhì)量也包括控制臂重量的一部分。因?yàn)榫哂谢上沦|(zhì)量越過道路表面干擾運(yùn)動(dòng)時(shí)的重要能量，優(yōu)選盡可能地減小該子組件的組合重量。另外，由于車輛的操作特性直接取決于未支承于彈簧上的部件的受控運(yùn)動(dòng)，因此控制臂必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度，以抵抗施加在其上的實(shí)際負(fù)荷。
因此，重要的是，當(dāng)被施加負(fù)荷時(shí)，懸架控制臂應(yīng)足夠堅(jiān)固且剛硬，以良好地工作，同時(shí)重量輕，以減小簧下質(zhì)量。減小重量通常導(dǎo)致強(qiáng)度和剛度的降低。極大的靈敏性要求設(shè)計(jì)具有減輕的重量但具有等效結(jié)構(gòu)性能特性的部件。施加在懸架控制臂上的工作負(fù)荷是不連續(xù)的，并且易于理解，因此不均勻的結(jié)構(gòu)可以被研制，以在應(yīng)用中所要求的方向和位置上提供可選的剛度和強(qiáng)度。根據(jù)本體安裝件的結(jié)構(gòu)與芯軸的關(guān)系，車輛懸架控制臂通常被構(gòu)造為在平面圖(俯視圖)中呈“A”或“L”形結(jié)構(gòu)。在任一種情況下，主要的誘發(fā)負(fù)荷位于“A”或“L”形結(jié)構(gòu)的平面中，因此要求高的面內(nèi)剛度。抵制這些誘發(fā)負(fù)荷的最有效的形狀要求位于環(huán)繞“A”或“L”形結(jié)構(gòu)的邊緣處的材料高度集中，以使該區(qū)域的面內(nèi)第二力矩(慣量)最大化。圖2圖解了一常用現(xiàn)有技術(shù)中的“L”形懸架控制臂(8)，其具有圍繞著便于通過鑄造加工工藝形成的該結(jié)構(gòu)的邊緣的高度集中的材料。該結(jié)構(gòu)與普通結(jié)構(gòu)型材的應(yīng)用實(shí)踐相一致，其中在該結(jié)構(gòu)型材的應(yīng)用實(shí)踐中，工字梁被認(rèn)為是承載彎曲負(fù)荷的最有效方式。工字梁結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)離矩心或中性軸的截面末端集中材料。圖2A為一典型現(xiàn)有技術(shù)、即圖2中的鑄造“L”形懸架控制臂的工字梁的橫截面視圖。工字梁的相對(duì)末端被稱為凸緣(6)，同時(shí)單一的中間部分被稱為梁腹(7)。具有至少與梁腹一樣的厚度的凸緣是有利的，以充分實(shí)現(xiàn)工字梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。
優(yōu)化控制臂結(jié)構(gòu)為非均勻形狀的需求促使采用大量的復(fù)雜制造工藝。與車輛控制臂結(jié)構(gòu)相關(guān)的大多數(shù)常用制造方法是鑄造、鍛造以及將壓制金屬模壓件焊接成子組件。由于所涉及的復(fù)雜形狀，幾乎不可能通過簡(jiǎn)單的壓制成形金屬模壓件制造優(yōu)化的車輛控制臂。
在其結(jié)構(gòu)中采用壓制成形金屬模壓件的大多數(shù)懸架控制臂被構(gòu)造成封閉的盒狀截面。圖3圖解了由兩個(gè)U形壓制成形金屬模壓件構(gòu)成的一典型懸架控制臂的截面。這種類型的結(jié)構(gòu)型材在抗彎曲負(fù)荷方面遠(yuǎn)不及工字梁有效并且要求材料的顯著重疊，以利于所需的角焊縫接頭。該材料的重疊在結(jié)構(gòu)上最終是多余的，并導(dǎo)致比可選擇的鑄造或鍛造結(jié)構(gòu)更重的結(jié)構(gòu)。
Kusama等的美國專利No.5,662,348公開了一種由壓制成形部件制造的懸架臂。該專利請(qǐng)求保護(hù)—寬范圍的、所有針對(duì)以與誘發(fā)負(fù)荷相適應(yīng)的方式強(qiáng)化車輛懸架控制臂的不同型材(或截面)結(jié)構(gòu)。然而，該專利沒有教導(dǎo)用壓制成形工藝生產(chǎn)真正的工字梁型材的方法。
工字梁型材的使用在懸架臂技術(shù)中是已知的，并通常涉及如圖2和2A中所示的利用鑄造或鍛造工藝的制造過程。然而，利用背對(duì)背放置并凸焊在一起的兩個(gè)杯狀壓制成形的模壓件以形成一具有所要求平面視圖形狀的工字梁型材已經(jīng)成為一種習(xí)慣作法。盡管通過這種方式將兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的模壓件結(jié)合在一起可以生產(chǎn)出工字梁，但是其中的凸緣厚度只有梁腹厚度的一半，這導(dǎo)致了不良的結(jié)構(gòu)性能。圖4圖解了由兩個(gè)杯狀壓制成形的模壓件構(gòu)成的一典型現(xiàn)有技術(shù)的工字梁懸架控制臂的橫截面視圖。重點(diǎn)指出的是，該現(xiàn)有技術(shù)中的制造工藝表明當(dāng)梁腹具有雙倍材料厚度時(shí)，凸緣只具有單倍材料厚度。這不是最佳的結(jié)構(gòu)形式。

發(fā)明內(nèi)容
因此，生產(chǎn)一種采用低成本制造工藝(例如金屬板壓制成形)在維持相對(duì)低質(zhì)量的同時(shí)能夠提供高的固有剛度和強(qiáng)度的懸架控制臂是有利的。已經(jīng)證實(shí)，對(duì)于例如汽車工業(yè)中所涉及的大量生產(chǎn)應(yīng)用而言，金屬板壓制成形是制造結(jié)構(gòu)部件最節(jié)省成本的方法。幾乎每一目前生產(chǎn)的車輛均采用了幾乎完全由壓制成形工藝制造的鋁或鋼模壓件的本體結(jié)構(gòu)和可選副架。因此，本發(fā)明的目的是在車輛懸架控制臂的制造中利用金屬壓制成形技術(shù)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，通過將兩個(gè)復(fù)雜的壓制成形模壓件焊接在一起以形成一高效工字梁型材的方式構(gòu)造一車輛懸架控制臂。每一模壓件被構(gòu)造成具有恰當(dāng)?shù)钠矫鎴D形狀，即“A”、“L”形或適于應(yīng)用的其它形狀，并形成為具有在其上完全折回以有效地加倍其厚度的直立凸緣的杯狀型材(或截面)。該兩個(gè)模壓件隨后背對(duì)背地放置在一起并沿其自由外周邊焊接。該結(jié)構(gòu)的一關(guān)鍵方面是該折疊直立凸緣的修整邊(外側(cè)邊)留出一恰當(dāng)?shù)拈g隙，以利于高質(zhì)量的四種材料的焊接。換句話說，該焊接沿著該部件的每一外周邊既將兩個(gè)梁腹部分連接在一起，又將兩個(gè)凸緣部分連接在一起。由于凸緣和梁腹基本上具有相同的厚度，最終組件具有有利的工字梁結(jié)構(gòu)截面。
因此，一種車輛懸架臂包括一上部金屬板模壓部件，其具有一第一外表面和一第一內(nèi)表面，并包括一第一中央梁腹部分和位于所述第一梁腹部分的相對(duì)側(cè)的第一直立凸緣部分；一下部金屬板模壓部件，其具有一第二外表面和一第二內(nèi)表面，并包括一第二中央梁腹部分和位于所述第二梁腹部分的相對(duì)側(cè)的第二直立凸緣部分；所述第一和第二內(nèi)表面適于沿著所述第一和第二梁腹部分的基本部分彼此接觸；所述上部和下部模壓部件適于彼此剛性連接，以形成一工字梁結(jié)構(gòu)型材，其中每一直立凸緣部分的厚度至少等于第一和第二梁腹部分的組合厚度。
在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中a)該上部和下部模壓部件由具有均勻厚度的金屬板壓制成形，并且每一直立凸緣部分包括所述金屬板的一完全折回節(jié)段，由此每一直立凸緣部分的厚度至少為每一梁腹部分的厚度的兩倍；b)該上部模壓部件和下部模壓部件由鋁板、鋼板或類似金屬材料板壓制成形；c)該上部模壓部件和下部模壓部件通過焊接、螺栓連接、鉚接、粘接或類似的固定方式以彼此背對(duì)背的結(jié)構(gòu)形式剛性連接；
d)該上部模壓部件和下部模壓部件這樣構(gòu)造，以使得當(dāng)它們沿所述第一和第二內(nèi)表面接觸放置時(shí)將沿一外周連接邊形成一間隙，以適于便于形成一高質(zhì)量的焊縫(或焊接頭)，該焊縫將對(duì)焊和角焊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以將上部和下部部件的四種材料表面連接在一起，所述上部和下部部件通過所述焊縫彼此剛性連接；e)該上部模壓部件和下部模壓部件通過橫跨相應(yīng)第一和第二梁腹部分的凸焊沿所述第一和第二內(nèi)表面以背對(duì)背的形式彼此剛性連接；f)該上部模壓部件被構(gòu)造成在該第一梁腹部分的預(yù)定點(diǎn)處具有一第一突出孔，并且該下部模壓部件被類似地構(gòu)造成在第二梁腹部分中具有一第二突出孔，這樣，當(dāng)上部和下部模壓部件彼此剛性連接時(shí)，該第一和第二突出孔對(duì)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生一適宜的結(jié)構(gòu)，以接收一芯軸組件的球窩接頭；g)在完全折回的凸緣中引入至少一個(gè)不連續(xù)(或中斷)部，從而產(chǎn)生一適宜的結(jié)構(gòu)，以接收車體附件。


圖1是一常用四桿機(jī)構(gòu)車輛懸架系統(tǒng)的透視圖；圖2是一典型現(xiàn)有技術(shù)的鑄造懸架控制臂的透視圖；圖2A是圖2中的典型現(xiàn)有技術(shù)的懸架控制臂的剖視圖；圖3是一典型現(xiàn)有技術(shù)的模壓懸架控制臂的剖視圖；圖4是一典型現(xiàn)有技術(shù)的懸架控制臂的模壓工字梁型材的剖視圖；圖5是本發(fā)明的懸架控制臂的透視圖；圖6是本發(fā)明的懸架控制臂的分解透視圖；圖7是本發(fā)明的懸架控制臂的典型剖視圖；圖7A是本發(fā)明的懸架控制臂的典型分解剖視圖；
圖8是包括有焊縫的細(xì)節(jié)的本發(fā)明的懸架控制臂的一優(yōu)選實(shí)施例的典型剖視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖5、6、7、7A和8，一車輛懸架控制臂(10)基本上由一上部模壓部件(11)和一下部模壓部件(12)構(gòu)成。該上部和下部模壓部件均以這樣的方式制造，即將鋼、鋁或其它適宜的金屬或合金的平板壓制成根據(jù)該車輛懸架幾何形狀要求所確定的所需平面視圖形狀。另外，在壓制過程中，該上部和下部模壓部件均被構(gòu)造具有一包含有直立凸緣(13)的杯狀橫截面，其中在該直立凸緣(13)中，材料被完全折回在其自身上，以在該區(qū)域上有效地使該截面的厚度加倍。具有雙倍材料厚度的該完全折回的凸緣(13)環(huán)繞著該模壓部件中除了要求特殊結(jié)構(gòu)以利于車體附件(14)(15)和芯軸附件(20)的安裝的局部區(qū)域以外的整個(gè)外周。
通過利用螺栓連接、焊接、膠粘、鉚接或類似的固定方式將上部模壓部件(11)和下部模壓部件(12)以背對(duì)背的形式剛性連接而完成最終的懸架控制臂結(jié)構(gòu)(10)。由兩個(gè)模壓部件背對(duì)背連接而產(chǎn)生的典型型材在圖7的橫截面視圖中示出。通過這種方式，形成一高效的工字梁型材，其中完全折回的凸緣(13)的厚度(T1)和與梁腹(11)的厚度(T2)相等，因此在結(jié)構(gòu)上優(yōu)于圖4中所示的現(xiàn)有技術(shù)中的型材。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，上部模壓部件(11)和下部模壓部件(12)的完全折回的凸緣(13)形成有一修整邊(18)，該修整邊與梁腹(17)的分界面(19)之間具有一預(yù)定距離(D1)。于是，該距離(D1)在上部模壓部件(11)和下部模壓部件(12)的修整邊之間產(chǎn)生一間隙(D2)，以便于由GMAW或類似焊接方式產(chǎn)生高質(zhì)量的四種材料的焊接。在組裝好的控制臂的每一邊上，相對(duì)的凸緣和相對(duì)的梁腹由此被連接。圖8圖解了該優(yōu)選實(shí)施例的懸架控制臂的橫截面視圖，其中示出了如何通過圍繞著該結(jié)構(gòu)外周的四種材料的焊縫產(chǎn)生極高剛度的連續(xù)工字梁型材。由于要連接的是四種不同的材料表面，因此產(chǎn)生的焊縫是獨(dú)特的垂直角焊和對(duì)焊的組合結(jié)構(gòu)。該焊接可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。
參考圖5和圖6，懸架控制臂(10)形成有一凸緣孔(20)，其適于接收芯軸組件(3)的球窩接頭。該凸緣孔(20)通過在上部模壓部件(11)和下部模壓部件(12)內(nèi)沖孔并壓制出一突出孔的方式形成，以使得其突出方向大體上與直立凸緣(13)的突出方向相同，并且該孔在兩個(gè)模壓部件(11) (12)中空間定位，以當(dāng)它們部件剛性連接時(shí)可以精確對(duì)準(zhǔn)。懸架控制臂(10)還在該直立凸緣上具有至少一個(gè)不連續(xù)或中斷部，以便于車體附件(14) (15)的連接。該不連續(xù)或中斷部可以呈復(fù)雜形狀，以適于接收垂直取向的環(huán)形套筒支承件(14)，或者其可以是簡(jiǎn)單的直接切斷部分，以適于接收一直線銷(15)。
雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很顯然，可以在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行各種變型或修改。
權(quán)利要求
1.一種車輛懸架臂，包括一上部金屬板模壓部件，其具有一第一外表面和一第二內(nèi)表面，并包括一具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)面的第一中央梁腹部分和位于所述第一梁腹部分的所述相對(duì)側(cè)面處的第一直立凸緣部分；一下部金屬板模壓部件，其具有一第二外表面和一第二內(nèi)表面，并包括一具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)面的第二中央梁腹部分和位于所述第二梁腹部分的所述相對(duì)側(cè)處的第二直立凸緣部分；所述第一和第二內(nèi)表面適于沿所述第一和第二梁腹部分的基本部分彼此接觸；所述上部和下部模壓部件適于彼此剛性連接，以產(chǎn)生一工字梁結(jié)構(gòu)型材，其中每一直立凸緣部分的厚度至少等于所述第一和第二梁腹部分的組合厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛懸架臂，其特征在于，所述上部和下部模壓部件由均勻厚度的金屬板壓制成形，并且每一直立凸緣部分包括一所述金屬板的完全折回節(jié)段，由此每一直立凸緣部分的厚度至少為每一梁腹部分的厚度的兩倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的車輛懸架控制臂，其特征在于，所述上部模壓部件和下部模壓部件由鋁板、鋼板或類似金屬材料板壓制成形。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的車輛懸架控制臂，其特征在于，所述上部模壓部件和下部模壓部件通過螺栓連接、焊接、粘接、鉚接或類似固定方式以背對(duì)背形式沿所述第一和第二內(nèi)表面彼此剛性連接。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的車輛懸架控制臂，其特征在于，所述上部模壓部件和下部模壓部件這樣構(gòu)造，以使得當(dāng)它們沿所述第一和第二內(nèi)表面接觸放置時(shí)將沿一外周連接邊形成一間隙，以適于便于形成一高質(zhì)量的焊縫，該焊縫將對(duì)焊和角焊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以將上部和下部部件的四種材料表面連接在一起，所述上部和下部部件通過所述焊縫彼此剛性連接。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的車輛懸架控制臂，其特征在于，所述上部模壓部件和下部模壓部件通過橫跨相應(yīng)的第一和第二梁腹部分的凸焊以背對(duì)背的形式沿所述第一和第二內(nèi)表面彼此剛性連接。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的車輛懸架控制臂，其特征在于，所述上部模壓部件具有位于所述第一梁腹部分的預(yù)定點(diǎn)處的第一突出孔，所述下部模壓部件類似地具有位于所述第二梁腹部分中的第二突出孔，以便當(dāng)所述上部和下部模壓部件彼此剛性連接時(shí)，所述第一和第二孔對(duì)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生一適宜的結(jié)構(gòu)，以接收一芯軸組件的球窩接頭。
8.如權(quán)利要求2、3、4、5、6或7所述的車輛懸架控制臂，其特征在于，在所述完全折回的凸緣中引入至少一個(gè)不連續(xù)部，從而產(chǎn)生一適宜的結(jié)構(gòu)，以接收車體附件。
全文摘要
一種車輛懸架臂(10)，它包括一上部金屬板模壓部件(11)，其具有一第一外表面和一第二內(nèi)表面(19)，并包括一具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)面的第一中央梁腹部分(17)和位于該第一梁腹部分的相對(duì)側(cè)面處的第一直立凸緣部分(13)；一下部金屬板模壓部件(12)，其具有一第二外表面和一第二內(nèi)表面(19)，并包括一具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)面的第二中央梁腹部分(17)和位于該第二梁腹部分的相對(duì)側(cè)面處的第二直立凸緣部分(13)；該第一和第二內(nèi)表面(19)適于沿該第一和第二梁腹部分(17)的基本部分彼此接觸；該上部和下部模壓部件(11、12)適于彼此剛性連接，以產(chǎn)生一工字梁結(jié)構(gòu)型材，其中每一直立凸緣部分(13)的厚度至少等于第一和第二梁腹部分(17)的組合厚度。
文檔編號(hào)B60G7/00GK1697740SQ200480000419
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者羅伯特·亞歷山大·豪厄爾, 魯?shù)婪颉じ耵斬悹?申請(qǐng)人:穆爾蒂馬蒂奇公司