模塊化懸架系統及其構件的制作方法
【專利說明】模塊化懸架系統及其構件
[0001] 本申請是于2012年2月1日提交的分案申請（申請日為2009年3月10日，國家 申請號為201210028528. 0,發明名稱"模塊化懸架系統及其構件"）的分案申請。于2012年 2月1日提交的上述分案申請為已進入中國國家階段的PCT專利申請（國際申請日為2009 年3月10日，國家申請號為200980000082. 7,國際申請號為PCT/US2009/036662,發明名稱 "模塊化懸架系統及其構件"）的分案申請。
[0002] 置量
[0003] 本發明大體涉及車輛懸架。更具體地說，本發明涉及彈性體彈簧車輛懸架，例如用 于行業或重型拖車應用的彈性體彈簧車輛懸架。
[0004] 用于行業或重型拖車應用的單彈性系數懸架和可變彈性系數懸架是已知。
[0005] 單彈性系數懸架具有固定的彈性系數，其通常必須設定在產生乘坐舒適的懸架或 呈現足夠的側傾穩定性（rollstability)的堅實懸架的水平。因此，在單彈性系數懸架中， 取決于所選擇的彈性系數而在側傾穩定性或乘坐品質上作出讓步。
[0006] 可變剛度懸架通過在操作期間提供多個彈性系數而克服了單剛度懸架的這個缺 陷。隨著彈簧負載的增加，彈性系數得到相應的增加。
[0007] 在美國專利No. 6, 585, 286中顯示了用于行業或重型拖車應用中的可變彈性系數 的彈性體彈簧懸架的一個示例，其發明公開通過引用而結合在本文中。那種懸架利用搖枕 彈簧和輔助彈簧來實現其可變彈性系數。
[0008]用于這種懸架的彈性系數可由于輔助彈簧依據負載的接合或分離而變化。具有這 種懸架的輕負載底盤的乘坐品質相當良好，而沒有犧牲額定底盤負載下的側傾穩定性。當 帶有這種懸架的輕度至中度載重的底盤遭遇到路面或工作條件的中度到較大的變化時，輔 助彈簧可能發生頻繁的接合和分離。對于輔助彈簧的各種這樣的接合或分離，用于系統的 彈性系數可能經歷突然變化，其被稱為突變（strike-through)效應。結果可能有損于乘坐 品質。以圖表的方式來看，在輔助彈簧接合或脫離時的負載下，彈性系數具有非連續性，其 可由階梯函數表示。
[0009] 用于行業或重型拖車應用的現有彈性體彈簧懸架需要其彈性體彈簧承受性質上 為壓縮、拉伸和/或剪切的負載。拉伸負載造成彈性體斷裂。
[0010] 考慮到上面參照用于行業或重型拖車應用的現有彈簧車輛懸架所確立的條件，需 要提供一種用于那些應用的新型的改進的懸架。
[0011] 圖紙簡要說明
[0012] 本文參照附圖來描述本發明的示例性實施例，其中相似的部件由相似的參考標號 表示，且其中：
[0013] 圖1是根據本文所公開的原理而構造的車輛懸架的側視圖；
[0014] 圖2是圖1中所示的車架懸吊器組件和鞍座組件的側視圖；
[0015] 圖3是圖2中所示的車架懸吊器組件和鞍座組件的端視圖；
[0016] 圖4是圖1中所示的車架懸吊器彈簧模塊的側視圖；
[0017] 圖5是圖4中所示的車架懸吊器彈簧模塊的端視圖；
[0018] 圖6是圖1中所示的車架懸吊器的側視圖；
[0019] 圖7是圖6中所示的車架懸吊器沿著其線7-7得到的截面圖；
[0020] 圖8是根據一個示例性實施例的剪切彈簧的透視圖；
[0021] 圖8A是圖8中所示的剪切彈簧的俯視圖；
[0022] 圖8B是圖8中所示的剪切彈簧的側視圖；
[0023] 圖8C是圖8A中所示的剪切彈簧沿著其線8C-8C得到的截面圖；
[0024] 圖8D是圖8A中所示的剪切彈簧沿著其線8D-8D得到的截面圖；
[0025] 圖9是根據一個示例性實施例的另一剪切彈簧的透視圖；
[0026] 圖10是圖1中所示的彈性系數遞增的負載緩沖墊的正視圖；
[0027] 圖11是彈性系數遞增的負載緩沖墊的另一實施例的透視圖；
[0028] 圖12是圖1中所示的彈簧支座的側視圖；
[0029] 圖13是圖12中所示的彈簧支座沿著其線13-13得到的截面圖；
[0030] 圖14是圖12中所示的彈簧支座的俯視平面圖；
[0031] 圖15是圖14中所示的彈簧支座沿著其線15-15得到的截面圖；
[0032] 圖16是圖1中所示的鞍座組件的側視圖；
[0033] 圖17是圖16中所示的鞍座組件的鞍座部分的側視圖；
[0034] 圖18是圖17中所示的鞍座的仰視平面圖；
[0035] 圖19是圖17中所示的鞍座的端視圖；
[0036] 圖20是圖1中所示的裝配式（fabricated)平衡梁的側視圖；
[0037] 圖21是圖20中所示的裝配式平衡梁的俯視平面圖；
[0038] 圖22是根據本文所公開的原理而構造的另一懸架的側視圖；
[0039] 圖23是根據本文所公開的原理而構造的又一懸架的側視圖；
[0040] 圖24A和24B是與根據本文所公開的原理而構造的懸架的操作特征相關的曲線 圖；
[0041] 圖25是用于根據本文所公開的原理而構造的懸架中使用的備選車架懸吊器組件 的側視圖；
[0042] 圖26是根據一個示例性實施例的車架懸吊器組件的側視圖；
[0043] 圖27是圖26中所示的車架懸吊器組件的俯視平面圖；
[0044] 圖28是圖26中所示的車架懸吊器組件的端視圖；
[0045] 圖29是根據一個示例性實施例的彈簧罩的側視圖；
[0046] 圖30是圖29中所示的彈簧罩的俯視平面圖；
[0047] 圖31是圖29中所示的彈簧罩的端視圖；
[0048] 圖32是圖29中所示的彈簧罩沿著其線32-32得到的截面圖；
[0049] 圖33是圖31中所示的彈簧罩沿著線33-33得到的截面圖；
[0050] 圖34是根據一個示例性實施例的負載緩沖墊的側視圖；
[0051] 圖35是圖34中所示的負載緩沖墊的俯視平面圖；
[0052] 圖36是圖34中所示的負載緩沖墊的端視圖；
[0053] 圖37是圖34中所示的負載緩沖墊沿著其線37-37得到的豎直截面圖；
[0054] 圖38是圖36中所示的負載緩沖墊沿著其線38-38得到的豎直截面圖；
[0055] 圖39是根據一個示例性實施例的彈簧支座的透視圖；
[0056] 圖40是圖39中所示的彈簧支座的俯視平面圖；
[0057] 圖41是圖39中所示的彈簧支座的仰視平面圖；
[0058] 圖42是圖39中所示的彈簧支座的端視圖；
[0059] 圖43是圖42中所示的彈簧支座沿著其線A-A得到的截面圖；
[0060] 圖44是圖41中所示的彈簧支座沿著其線B-B得到的截面圖；
[0061] 圖45是根據一個不例性實施例的鞍座的側視圖；
[0062] 圖46是圖45中所示的鞍座的仰視平面圖；
[0063] 圖47是圖45中所示的鞍座的端視圖；
[0064] 圖48是根據一個示例性實施例的鞍座蓋端部部分的透視圖；
[0065] 圖49是圖48中所示的鞍座蓋端部部分的側視圖；
[0066] 圖50顯示了圖34中所示的負載緩沖墊的一種示例性底板；
[0067] 圖51顯示了圖34中所示的負載緩沖墊的一種示例性級板（rateplate);
[0068] 圖52顯示了根據一個示例性實施例的另一負載緩沖墊的透視圖；
[0069] 圖53顯示了根據一個示例性實施例的另一負載緩沖墊的透視圖；
[0070]圖54是可由根據本文所公開的原理而構造的懸架獲得的操作特征的曲線圖；
[0071] 圖55是根據一個示例性實施例的車架懸吊器組件的側視圖；
[0072] 圖56是圖55中所示的車架懸吊器組件的俯視平面圖；且
[0073] 圖57是圖55中所示的車架懸吊器組件的端視圖。
[0074] 本發明的詳細描沐
[0075] 1.示例性懸架
[0076] 圖1-21顯示了大體標示為50的車輛懸架和其構件的實施例。車輛懸架50設計 成以便支承位于車輛串列軸構造的橫向地延伸的軸（未顯示）上方的縱向地延伸的C形車 架軌52。在一個備選實施例中，車架軌52可包括箱式車架軌、工字形車架軌（例如包括工 字梁的車架軌）或某些其它類型的車架軌。本領域中的技術人員將理解，用于車輛懸架50 的構件和本文所述的其它懸架在車輛的各側上是復制（即相同）的。還將理解車輪（未顯 示）以已知的方式安裝在軸的端部。此外，將理解的是，車架軌52可通過一個或多個車架 橫梁（未顯示）進行連接。
[0077] 本領域中的技術人員還將理解的是，根據懸架50設置的懸架和其構件備選地可 附連到拖車（例如連接到半掛牽引車上的拖車）的車架軌上。拖車的車架軌可包括諸如上 述那些的車架軌或另一類型的車架軌。
[0078] 為了本說明書的目的，除非特別作出其它說明，否則后文中"車輛"指汽車或拖 車。這樣，例如，車架指汽車車架或拖車架。此外，為了本說明書的目的，車輛的左側指當觀 察者面向車輛背面時位于觀察者左手側的車輛一側，并且車輛右側指當觀察者面向車輛背 面時位于觀察者右手側的車輛一側。此外，為了本說明書的目的，"外側〃指相對于〃內側 "更加遠離從車輛的前面延伸至后面的中心線的位置，"內側"指更靠近該同一個中心線的 位置。
[0079] 根據一個給定的實施例，車輛懸架50可具有和/或提供但不局限于具有和/或提 供以下特征中的一個或多個：（i)依據施加在懸架50上的遞增負載而連續遞增的彈性系數 (曲線性且無間斷性），（ii)依據施加在懸架50上的遞增負載而幾乎線性遞增的彈性系數， (iii)由于在平衡梁78的中心襯套76處所產生的樞軸點而實現最小的軸間制動負載傳遞 和/或改進的鉸接，（iv)對懸架50的一個或多個彈簧的最小的或無拉伸負載，（v)由于減 少了緊固件、機械聯接（其降低了緊固件預負載的臨界值）的數量并消除了懸架50的一個 或多個彈簧中的拉伸負載而改進的耐用性，（vi)關于輕負載底盤的良好的乘坐品質，而沒 有犧牲額定底盤負載下的側傾穩定性，（vii)關于輪胎鏈條的使用沒有限制，以及（viii) 當采用懸架50的車輛在路面或操作條件上遭遇到中度至較大的變動時，不會由于輔助彈 簧的接合或分離而在彈性系數上發生突變。
[0080] 如圖1中所示，懸架50包括具有以已知方式安裝在車架軌52上的兩個彈簧模塊 56的車架懸吊器組件54。在這點上，各個彈簧模塊56包括車架附連部分58,其具有用于將 彈簧模塊附連到相鄰的車架軌52上的孔。
[0081] 各個彈簧模塊56包括由頂壁62、側壁64和底壁66限定的窗狀開口 60(還可參見 例如圖6和圖7)。在各個開口 60中，剪切彈簧68定位在側壁64和居中地定位在開口中的 彈簧支座70之間。剪切彈簧68優選壓縮地安裝在彈簧模塊56中。施加在剪切彈簧68、側 壁64和彈簧支座70上的壓縮負載可隨著車輛的預期最大額定負載的增加而增加。例如， 對于第一預期最大額定負載，剪切彈簧68、側壁64和/或彈簧支座70可以在大約13, 000 鎊左右的負載下安裝成處于壓縮中。作為另一示例，對于比第一預期最大額定負載更大的 第二預期最大額定負載，剪切彈簧68、側壁64和/或彈簧支座70可以在大約20, 000鎊左 右的負載下安裝成處于壓縮中。
[0082]另外，在各個開口60中，彈性系數遞增的負載緩沖墊72定位在彈簧支座70和開 口60的頂壁62之間。如以下更詳細地所述的，負載緩沖墊72優選具有連續增加的彈性系 數（在負載緩沖墊72的加載期間）。
[0083] 在本文中始終應懂得，雖然將彈簧模塊56描述為具有剪切彈簧68和彈性系數遞 增的負載緩沖墊72,但是如果車輛負載在完全加載狀態下具有足夠小的大小，那么只具有 剪切彈簧68的彈簧模塊56(即，不具有彈性系數遞增的負載緩沖墊）可能就足夠了。僅作 為示例，在完全加載狀態下足夠小的車輛負載的大小可以是在〇至8, 000鎊之間或在0至 10, 000鎊之間的車輛負載。
[0084] 兩個懸架鞍座組件74附連在包括于各個開口 60中的彈簧支座70上。如圖3中 所示，一個鞍座組件74定位在彈簧模塊56的外側。還如圖3中所示，另一鞍座組件74定 位在彈簧模塊56的相對（內）側上。鞍座組件74附連在縱向地延伸的裝配式平衡梁78 的中心襯套76上，其在本領域中也被稱為搖擺梁。
[0085] 各個梁78包括定位在其相對端上的襯套管或筒80。梁78的各端以已知方式連接 在軸（未顯示）的相應端部上。
[0086] 圖2和圖3顯示了車架懸吊器組件54和鞍座組件74的實施例。在這個實施例中， 車架懸吊器組件54包括兩個彈簧模塊56,其中各個彈簧模塊56包括車架懸吊器82、兩個 剪切彈簧68、彈性系數遞增的負載緩沖墊72和彈簧支座70。類似地，在這個實施例中，各 個鞍座組件74包括鞍座部分84和鞍座蓋端部部分86。各個鞍座組件74的鞍座部分84連 接在彈簧支座70上，該彈簧支座70為剪切彈簧68和彈性系數遞增的負載緩沖墊72提供 了安裝表面。
[0087]當安裝在彈簧支座70和側壁64之間，剪切彈簧68優選以處于壓縮中的方式保持 在彈簧支座70和側壁64之間（優選在大約13, 000至20, 000鎊的負載下）。換句話說，剪 切彈簧68不承受拉伸負載。這樣，同受到這種負載的彈性體彈簧相比，增加了剪切彈簧68 的疲勞壽命。剪切彈簧68也通常是側向定向的，如圖所示，使其以剪力起作用并從而改進 了性能。彈簧模塊56中的一個或兩個剪切彈簧68可用構造成類似于剪切彈簧68的另外 的一個或多個剪切彈簧進行替換。
[0088] 彈性系數遞增的負載緩沖墊72安裝在彈簧支座70和相應的開口60的頂壁62之 間。負載緩沖墊72優選具有在加載期間連續增加的彈性系數。因此，懸架50具有在加載 期間連續增加的彈性系數。負載緩沖墊72以壓縮方式起作用，并且不承受拉伸負載，從而 其還具有比承受這種負載的其它彈簧（例如彈性體彈簧）更長的疲勞壽命。
[0089] 圖4和圖5顯示了完整的車架懸吊器彈簧模塊56的一個實施例。在這個實施例 中，各個完整的車架懸吊器彈簧模塊56包括車架懸吊器82、彈簧支座70、兩個剪切彈簧 68和彈性系數遞增的負載緩沖墊72 (見圖2)。各個彈簧支座70包括兩個鞍座安裝孔口 114(見圖12-15)，其分別定位在車架懸吊器82的內側和外側，以允許鞍座組件74附連在 它上面（也參見圖2和圖3)。
[0090] 開口 60的底壁66構成用于懸架50的回彈限位器。這種整體式回彈控制器消除 了對用于此目的的輔助裝置的需求。可包括緩沖器90,并且該緩沖器90可附連在開口 60 的底壁66上，如圖所示，以進一步降低當懸架被回彈時可能產生的可聽得到的噪聲。作為 一個示例，緩沖器90可包括可利用粘合劑或其它緊固件而附連在底壁66上的彈性體材料。 以下描述的彈性體材料的示例可適用于緩沖器90的彈性體材料。
[0091] 圖6和圖7顯示了車架懸吊器82的一個實施例的額外細節。具體地說，圖6和圖7 顯示了這個實施例的側壁64包括凹部92。另一側壁64優選包括類似地設置的凹部92 (未 顯示）。凹部92優選具有經優化以便定位相應的剪切彈簧68的高度和寬度尺寸，并且因 而這個實施例消除了對于用來保持剪切彈簧68的可能備選地使用的緊固件的需求。車架 懸吊器開口 60的寬度和因而在凹部92之間的跨度也優選進行優化，以便在組裝時用于剪 切彈簧68的壓縮。此外，凹部92的深度針對在操作中當剪切彈簧68穿過其全部行程時剪 切彈簧68的間隙進行了優化。除了由剪切彈簧68的壓縮以及在剪切彈簧68和配合部件 (例如側壁64中的凹部或彈簧支座70中的凹部）之間的摩擦系數所提供的保持力之外，凹 部深度的優化也提供了對剪切彈簧68的輔助的豎直和水平保持力。在優選的尺寸下，組裝 時不需要緊固件來保持剪切彈簧68,但是需要緊固件的實施例也處于本文所公開的主題的 范圍內。
[0092] 再次參看圖7,各個開口 60的頂壁62可使用和/或包括例如兩個位于豎直面中的 橢圓形狀，以形成圓頂狀構造94,從而控制彈性系數遞增的負載緩沖墊72在加載狀態期間 的膨脹，從而提高負載緩沖墊的有效壽命。圓頂狀構造94的另一優勢是其消除了可能損傷 負載緩沖墊的潛在尖緣。
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