CN106560332A - 底盘轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于设置在机动车车轴上的橡胶固体轴承(1)，该橡胶固体轴承包括内套筒(3)和外套筒(2)，其中，在内套筒(3)和外套筒(2)之间设有弹性的中间层(7)，并且内套筒(3)在一侧上具有止挡盘(4)，该止挡盘从内套筒(3)径向向外延伸，其中，外套筒(2)沿着轴向方向(A)在内套筒(3)的一部分上延伸，并且在外套筒(2)和止挡盘(4)之间形成间隔(6)，其特征在于，在间隔(6)的区域中设有至少一个由固体材料制成的中间件(10)。

Description

底盘轴承
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分特征的用于设置在机动车车轴上的橡胶固体轴承。
背景技术
由现有技术已知的是，在机动车上固定有底盘构件。在现代的机动车上通常在自承载的车身上联接有用于耦合的多拉杆轴或组合拉杆轴。轴构件在此可转动运动地固定在车身或辅助车架上。为了能够实现车架与底盘构件的运动学耦合，不仅安装有纯旋转轴承而且安装有弹性运动学轴承。这些轴承能实现同时使在车辆运行中产生的振动和/或噪声降低或者说减弱。
这种轴承也被称为橡胶金属轴承或橡胶固体轴承。通常，这些轴承的特征是，内套筒和外套筒在中间***弹性材料的情况下彼此耦合。内套筒或外套筒能实现例如绕着销的转动运动。弹性材料能实现振动和/或噪声的减弱并且同样在较小的程度上实现基于弹性变形的转动。
这种轴承例如由DE 102009040163A1已知。
发明内容
本发明的任务在于，提高在同种类型的橡胶固体轴承中的轴向刚性。
根据本发明，上述任务通过具有权利要求1特征的用于设置在机动车车轴上的橡胶固体轴承来解决。
本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
用于设置在机动车车轴上的橡胶固体轴承具有内套筒和外套筒，其中，在内套筒和外套筒之间设有弹性的中间层。内套筒沿轴向方向在一侧上具有止挡盘，该止挡盘从内套筒径向向外延伸。外套筒沿轴向方向仅在内套筒的一部分上延伸并且因而具有比内套筒本身小的轴向长度。因而沿轴向方向在外套筒和止挡盘之间形成间隔。优选地，在此在止挡盘的对置端部上内套筒和外套筒的端部在轴向上以相同高度设置。根据本发明现在规定，在间隔的区域中、即在止挡盘和外套筒的端部之间设有由固体材料制成的中间件。
由固体材料制成的该中间件优选由塑料或由金属材料构成。由此，弹性中间层的弹性存在的体积减小，由此轴向刚性提高。因为中间件不设置在内套筒和外套筒之间，所以径向刚性相比轴向刚性较小地提高。轴向刚性与径向刚性的比值由此可以升高并且优选大于1.5比1、尤其是大于2比1并且优选大于等于2.5比1。在最后一种情况下这意味着，在按本发明的橡胶固体轴承的情况下实现相对于径向刚性2.5倍高的轴向刚性。关于轴向方向，优选在外套筒和中间件之间和在止挡盘和中间件之间分别保留有一个具有弹性中间层的区域，使得不在轴向上实现刚性的耦合。尤其是轴向刚性累进上升地提高，而径向刚性线性上升地提高。固体中间层的设置使轴向刚性相对于径向刚性得到明显提高。
中间层本身由弹性材料、尤其是橡胶状材料或者弹性体材料构成。优选地，中间层与内套筒和/或外套筒和/或止挡盘材料锁合地耦合。尤其是通过粘接或硫化耦合。同样地，中间层优选材料锁合地与中间件耦合。
中间件本身在一种优选的设计方案中按照环绕的盘的形式进行构造并且沿橡胶固体轴承的轴向方向以盘本身的厚度延伸。但在本发明的范围内也可能的是，中间件以例如四分之二盘或三分之三的盘、即分段地构造。由此，该中间件不是完全径向环绕地而是分别仅绕着一个部段沿径向方向环绕地构造。
在有利的扩展方案中同样也可能的是，沿橡胶固体轴承的轴向方向彼此平行地彼此间隔开距离地设置多个中间件、尤其是多个盘。因此，例如两个中间件可以以两个盘的形式沿轴向方向彼此平行地间隔开距离。
此外特别优选地，中间件和内套筒的外周面彼此间隔开距离地构造。中间层由此也在该间隔开的空间中设置。
在另外的优选的设计方案中可能的是，在内套筒的内部横截面中的内轮廓不仅可以构造为圆形的而且可以例如构造为多角形、多边形或花形的。优选地，这些形状在其向内构成的端部上形成柱形的接纳面。由此，穿过内套筒的销能够可转动地与该接纳面耦合，但明显地减轻重量。
此外，特别优选地，弹性的中间层在外套筒和止挡盘之间的间隔的区域中沿径向方向相对于外套筒的内周面伸出。
此外，特别优选地，外套筒可以具有径向向外定向的凸缘，从而此外优选地凸缘和止挡盘彼此平行地延伸并且尤其是具有相同的半径。在它们之间优选设有中间层以及尤其是还设有中间件。沿轴向方向的力由此分别在位于中间的中间层弹性变形的情况下经由中间件从凸缘传递到止挡盘上并且分布到较大的面上。这提高了寿命期望。同时提高了轴向刚性。
止挡盘本身可以与内套筒一件式且材料统一地构造，但该止挡盘也可以作为外部构件与内套筒、尤其是与内套筒的外周面耦合。
此外，优选地，可以在止挡盘上和/或在凸缘上在外侧构成形锁合元件、例如突出的凸起部。这能够实现轴承在装配状态中的无相对转动的形锁合的位置可靠性和/或在轴承定向的情况下的定向辅助。
此外，优选地，中间层可以具有沿轴向方向至少在部分区段上且在径向上至少部分地环绕的空隙。由此设定累进的径向刚性。首先，所述空隙几乎无阻力地变形，同时，中间层的由此增加的变形和/或剩余的中间层部分的实体化引起累进的径向刚性。
此外，特别优选地，外套筒可以具有沿轴向方向至少在部分区段上且在径向上至少部分地环绕的空隙。这能实现提供大外径外的套筒，但同时仅有小的重量。
内套筒和外套筒优选由金属材料构成。
本发明还涉及一种轴组件、尤其是组合拉杆轴组件，其中，按本发明的橡胶固体轴承用作车身轴承。尤其是在轴组件中在组合拉杆轴的情况下两个橡胶固体轴承作为车身轴承位于机动车左侧和右侧的区域中。橡胶固体车身轴承的轴向方向优选沿机动车横向方向定向。组合拉杆轴的向上和向下运动、或者说枢转运动始终优选绕着橡胶固体轴承的轴向方向进行。
尤其是按本发明的轴组件的轴具有另外的校正轨迹的机构。对此，优选地，车轮支架绕着一个虚拟的转向轴线、也称作横向支撑轴线(Spreizachse)可枢转地支承，使得尤其是在驶过弯道和/或制动过程中关于行驶特性校正轨迹的机构通过绕着虚拟的纵轴线的枢转运动执行。尤其是这在前束中进行控制或在车轮的负的车轮外倾中进行控制。
这种校正轨迹的机构的一种优选的设计方案在DE 102011013265A1中已知，该设计方案的整个公开内容以及附图说明一并包含在本申请方案中。
由此，这种校正轨迹的机构的特征优选描述如下：
按本发明的机动车车轴尤其是组合拉杆轴，该组合拉杆轴由扭转型材连同联接在其上的纵向振动件构成，其中，分别有一个车轮悬架经由至少一个弹性的支承件耦合在纵向振动件的自由端部上，使得车轮悬架绕着虚拟的转向轴线可枢转地耦合。根据本发明，机动车车轴的特征在于，车轮悬架经由枢转轴承与至少一个旋转自由度耦合并且经由两个橡胶金属轴承与纵向振动件耦合，其中，旋转自由度绕着虚拟转向轴线转动。
枢转轴承在本发明的范围内仅具有旋转自由度，但仅绕着转向轴线本身的旋转自由度是强制所需的。为了实现该功能，例如可设想关节轴承、球窝关节、橡胶轴承或其它的具有至少一个旋转自由度的轴承。由此确定一个实际的转动点，车轮悬架以及耦合在其上的车轮通过调节轨迹和/或车轮外倾绕着该转动点可枢转。
两个橡胶金属轴承这样设置，使得它们形成一个弹簧重心，该弹簧重心关于机动车坐标***位于机动车之外。弹簧重心以及枢转轴承形成(aufspannen)转向轴线。
优选地，橡胶金属轴承对此分别具有一个纵轴线，其中，纵轴线的延长部大致形成上述的弹簧重心。由此，在枢转轴承和弹簧重心之间夹紧有转向轴线，该转向轴线又特别优选地与车轮中点相交。由此得到如下可能性：实现在机动车车轴、尤其是组合拉杆后轴上的被动操纵的虚拟的转向轴线。按本发明的组件的特点是其简单的结构、有利的可生产性以及在运行期间的特别的免维修性。此外，按本发明的机动车车轴的特征尤其是，在提高的载荷、例如行李舱载荷的情况下或在驶过凸凹不平的路面时、即在设置在轴上的两个车轮平行弹入时不进行在车轮悬架和纵向振动件之间的相对的轨迹校正。
根据本发明，保留真正的弹入或弹出特性、即组合拉杆轴的悬架运动学特性。轨迹校正、尤其是在车轮悬架和纵向振动件之间的相对的轨迹校正(该轨迹校正通过车轮悬架在纵向振动件上的按本发明的耦合实现)在此几乎仅通过制动力作用、即通过沿机动车X方向的制动力作用Fx实现或者通过侧向力作用Fy(例如在驶过弯道时)实现。
在制动力作用的情况下进行前束校正，其中，标准制动措施在直行时在一个轴的两个机动车轮上产生前束校正。在驶过弯道时又在弯道外部的车轮中进行前束校正并且在弯道内部的车轮中必要时进行车轮外倾校正。该轨迹校正决定性地基于在车轮悬架和纵向振动件之间的相对移动实现。一般性地，组合拉杆轴的相应的耦合运动学特性在相应的措施的情况下一起实施。
在本发明的另一种优选的设计方案中，关于机动车坐标***枢转轴承设置在橡胶金属轴承上方、优选设置在车轮中点上方。由此，确保虚拟转向轴线的变化，该变化沿机动车Z方向和Y方向类似于负的车轮外倾定向并且沿机动车Z方向和X方向优选具有负的主销后倾(Nachlauf)。优选地，虚拟的转向轴线此外这样定位，使得在相应的车轮上存在负的主销后倾行程。同样地，根据本发明有利的是，虚拟的转向轴线这样定位，使得在相应的车轮上存在负的转向半径。
优选地，枢转轴承构造为球窝关节。球窝关节具有三个旋转自由度，其中，决定性地或仅利用绕着虚拟的转向轴线的旋转自由度。对于下部的橡胶金属轴承，使用具有在该方面较高轴向刚性和与之相比较低径向刚性的轴承。然而，基于橡胶金属轴承在机动车的运行期间的由运行决定的磨损，球窝关节附加地提供两个另外的转动自由度，使得在此可以补偿误差和振动，而不会避免相对于具有仅一个转动自由度的轴承的偏差或类似情况。因此，***是无磨损的并且通常在机动车寿命内是无维修的。
优选地，径向刚性与轴向刚性的比值选择成，使得该比值在1比30至1比50的范围内。在此可见小的径向刚性以及在比值中三十至五十倍大的轴向刚性。尤其是刚性比值也可以在1比35至1比45之间的范围内或者尤其是径向刚性与轴向刚性的比值可以设计为1比40。
根据本发明，轴向刚性在此尤其是在提高的力作用的情况下累进地提高。径向刚性对此以小的增加量几乎线性地变化。尤其是当橡胶金属轴承预紧地安装时，由此可以提高径向刚性和轴向刚性的比值。由此确保：两个橡胶金属轴承作为弹性***形成一个弹簧重心，其中，经由替代***的小的转动刚性，弹簧重心可以被理解为弹性***的转动点。弹簧重心的位置在此与弹性部件的定向以及弹性部件的径向刚性与轴向刚性的比值相关。
优选地，两个橡胶金属轴承关于机动车坐标***设置在枢转轴承下方，特别优选车轮中心下方。在车轮中心下方的关系又意味着不是关于机动车坐标***，使得其竖直地、即沿Z方向直接处于车轮中心下方，而是也可以竖直地在下方和与之水平错开地设置。沿着主行驶方向在后部的橡胶金属轴承此外优选利用其纵轴向基本上与车轮转动轴线平行地定向。
此外，优选地，沿行驶方向位于前方的橡胶金属轴承以其纵轴线与车轮转动轴线成角度α地设置，该角度优选在10°至40°的范围内、尤其是20°至35°的范围内并且优选为30°。
在另一种特别优选的设计方案中，分别在枢转轴承、前部的橡胶金属轴承和弹簧重心之间或者在枢转轴承、后部的橡胶金属轴承和弹簧重心之间形成一个平面。相应的橡胶金属轴承的径向方向在此垂直于相应的平面。
在本发明的另一种优选的实施方案中，车轮悬架是单层的金属板构件。车轮悬架在本发明的范围内可以理解为一个悬架构件，该悬架构件经由按本发明的耦合件联接到纵向振动件上。车轮悬架本身又可以接纳车轮支架或者直接具有带有用于联接车轮的对应的车轮轮毂的车轮轴承。优选地，金属板构件是变形构件，尤其是构造为热变形和加压淬火构件。但所述金属板构件也可以是锻造件或铸件。特别优选地，车轮悬架本身又具有法兰区域，该法兰区域例如可以通过切削的再加工相应地精确地制成。
特别优选地，橡胶金属轴承由两个橡胶金属盘组件构成，其中，所述橡胶金属盘组件分别设置在车轮悬架的一侧上并且与该车轮悬架一起被螺栓形锁合地穿过。通过复合的橡胶金属盘的对应设置可能的是，相对于低的径向刚性设定高的轴向刚性，该高的轴向刚性可选地对于轨迹校正的按本发明的运行特性是必须的。
在本发明的范围内橡胶金属轴承应具有在65和75之间的肖氏硬度。刚性比值应在10kN/mm和20kN/mm之间的区域内，尤其是为大约15kN/mm。轴向刚性选择成优选大于径向刚性的40倍。
在另一种优选的实施方案中，橡胶金属盘组件由三个金属盘构成，其中，在各金属盘之间分别安置有一个橡胶层。所述橡胶层在此例如可以是硫化的或者也可以设置橡胶盘结合金属盘。它们优选也可以彼此粘接在一起。
在另一种优选的实施方案中，对橡胶金属轴承组件进行预紧，其中，橡胶层至少在部分区域上相对于金属盘伸出地构造。由此尤其是可以在低的径向刚性的情况下设定高的轴向刚性。
在另一种优选的实施方案中，能将一个车轮支架拧接到车轮悬架上，其中，车轮支架优选相对于车轮悬架是相对可调整的。在此可能的是，组合拉杆轴、车轮悬架或悬架的制造误差通过预调节车轮支架相对于车轮悬架的轨迹和车轮外倾进行调节。在运行行为期间，车轮悬架和车轮支架构造为刚性的单元。在另一种优选的实施方案中，车轮悬架相对于纵向振动件可调整、优选经由球窝关节的偏心移位进行调整。在此可能的是，轨迹和/或车轮外倾校正经由弹性支承的车轮悬架进行。此外，在运行行为中设定的轨迹校正在其强度中关于弹入或弹出路径这样设定，使得不设定相对的轨迹校正值，而是该轨迹校正几乎仅由组合拉杆轴的弹动运动学特性得到。
由此例如可能的是，使用在商用车中的后轴结构，其中，通过商用车的不同构造，机动车的空车重量的质量差可以高达1000kg。相应地，必须为每个结构方案单独进行轨迹校正适配。
附图说明
本发明的其它优点、特征、特性和方面在示意图中示出。这些示意图用于本发明的简单理解。在附图中：
图1a和1b示出橡胶固体轴承的相应的纵剖视图；
图2示出图1的一种替选的设计方案；
图3示出中间件的不同俯视图；并且
图4示出轴承的一种替选方案的纵剖视图。
具体实施方式
在附图中对于相同的或相似的构件采用相同的附图标记，即使由于简化原因取消了重复说明。
图1a示出了按本发明的橡胶固体轴承1的纵剖视图。可见内套筒3、外套筒2以及止挡盘4和弹性的中间层7(也称作橡胶层)。现在根据本发明规定，在外套筒2的端部9和止挡盘4之间形成一个间隔6。在该间隔6中设有中间件10，其中，中间件10由固体材料、尤其是由塑料或金属构成。中间件10的厚度11使在间隔6的区域中存在的弹性体积变小，这引起在橡胶层中的提高的横向拉伸阻碍和更高的轴向刚性。在外套筒2和内套筒3之间的利用弹性中间层7填充的间隙保持几乎不变，因此径向刚性、即沿着径向方向R的刚性保持几乎不变或者相对于轴向刚性仅较小地提高。这种按本发明的橡胶固体轴承1由此具有比径向刚性高的轴向刚性、尤其是以大于1.5比1的比例、尤其是大于2比1的比例、优选大于等于2.5比1的比例。中间层7沿着径向方向R在间隔6的区域中相对于内套筒3的内周面15突出。
图1b示出类似于图1a的设计方案，在此，两个中间件10沿着轴向方向A彼此平行地间隔开距离地设置。替选地，中间件10的厚度11也可以根据待期望设定的轴向刚性来改变。
图2示出与图1a和b类似的设计方案，但在此在外套筒2的端部9的区域中画出了根据图1的凸缘5。由此，凸缘5和止挡盘4的面在中间***中间件10以及中间层7的情况下相对置并且增大沿着轴向方向A待传递的力所分布的面积。同样在图2和3中示出的是，关于径向方向R，中间件10和内套筒3的外周面12彼此间隔开距离并且在这里中间层7也使中间件10穿过地设置。中间件10在此可以完全被中间层7包围，但也可以关于径向方向R向外与中间层7一起结束和/或伸出于中间层7。
图3a至3c以俯视图示出中间件10的不同的设计方案。根据图3a，中间件10构造为盘、按照垫圈的原理设计的盘。根据图3b，中间件10径向环绕地两件式地构造，其中，中间件10的每个部分在角度范围α上径向环绕地延伸。根据图3c，中间件10多件式径向环绕地由六个部段构成。在不构成中间件10的面中构成中间层7。
图4以纵剖视图示出按本发明的橡胶固体轴承1的一种替选的设计方案。该橡胶固体轴承又具有内套筒3和外套筒2，其中，内套筒3在一个轴向端部上具有止挡盘4。同样地，外套筒2沿着轴向方向A仅在内套筒3的一部分上延伸。在外套筒2的端部9和止挡盘4之间因而形成间隔6。在间隔6处又设有中间件10。但替选于图2，当前在外套筒2和内套筒3之间的弹性中间层7具有空隙13，从而给定中间层7关于径向刚性的累进性空隙13在此在径向上至少部分环绕地、优选完全环绕地延伸并且沿着轴向方向A至少部分地、优选如所示地在外套筒2的轴向长度L的大部分上延伸。也可以分别环绕地分布地设置空心通道。优选地，外套筒2此外也具有空隙14，其中，该空隙此外优选也沿着轴向方向A至少部分环绕地构造。这引起外套筒2的重量缩减。同样地，在这里外套筒2的半径比止挡盘4的半径构造得大。优选地，此外在该设计方案中，中间件10的直径D10比凸缘5的直径D5大，直径D5又比止挡盘4的直径D4大。在外套筒的凸缘5及端部9和中间件10之间设有弹性中间层7，并且也在中间件10和止挡盘4之间设有弹性中间层。同样地，弹性中间层7被中间件10穿过(durchgreifend)地设置。
附图标记列表
1 橡胶固体轴承
2 外套筒
3 内套筒
4 止挡盘
5 凸缘
6 间隔
7 中间层
8 凸起部
9 外套筒的端部
10 中间件
11 中间件的厚度
12 内套筒的外周面
13 中间层的空隙
14 外套筒的空隙
15 内套筒的内周面
A 轴向方向
D4 止挡盘的直径
D5 凸缘的直径
D10 中间件的直径
L 外套筒的长度
R 径向方向

Claims (12)

1.用于设置在机动车车轴上的橡胶固体轴承(1)，该橡胶固体轴承包括内套筒(3)和外套筒(2)，其中，在内套筒(3)和外套筒(2)之间设有弹性的中间层(7)，并且内套筒(3)在一侧上具有止挡盘(4)，该止挡盘从内套筒(3)径向向外延伸，其中，外套筒(2)沿着轴向方向(A)在内套筒(3)的一部分上延伸，并且在外套筒(2)和止挡盘(4)之间形成间隔(6)，其特征在于，在间隔(6)的区域中设有至少一个由固体材料制成的中间件(10)。
2.根据权利要求1所述的橡胶固体轴承，其特征在于，在所述间隔(6)中设有所述弹性的中间层(7)，其中，优选在间隔(6)中的弹性的中间层(7)沿径向方向(R)至少突出于内套筒(3)的内周面(15)。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶固体轴承，其特征在于，所述中间件(10)径向环绕地构造，尤其是构造为盘，或者所述中间件(10)多件式地沿径向方向(R)环绕地分布地构造。
4.根据权利要求1至3之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，沿轴向方向(A)彼此平行地间隔开距离地构成两个或更多个中间件(10)。
5.根据权利要求1至4之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，所述内套筒(3)的外周面(12)和中间件(10)在径向上彼此间隔开距离，尤其是中间层(7)被中间件(10)穿过地设置。
6.根据上述权利要求之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，所述中间层(7)由橡胶状材料和/或弹性体材料构成，其中，中间层(7)尤其是与外套筒(2)和/或内套筒(3)和/或止挡盘(4)粘接。
7.根据上述权利要求之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，所述外套筒(2)在其朝向止挡盘(4)指向的端部上具有沿径向方向(R)向外定向的凸缘(5)。
8.根据上述权利要求之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，所述中间件(10)由金属材料或由塑料构成。
9.根据上述权利要求之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，所述止挡盘(4)与内套筒(3)构造成一件式的且材料统一的，或者所述止挡盘(4)作为单独的构件与内套筒(3)耦合。
10.根据上述权利要求之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，在内套筒(3)和外套筒(2)之间的中间层(7)中构成有沿轴向方向(A)至少在部分区段上延伸的并且在径向上至少部分地环绕的空隙(13)。
11.根据上述权利要求之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，在外套筒(2)中构成有沿轴向方向(A)至少在部分区段上延伸的且在径向上至少部分地环绕的空隙(14)。
12.根据上述权利要求之一所述的橡胶固体轴承，其特征在于，轴向刚性与径向刚性的比值大于1.5比1、尤其是大于2比1并且优选大于等于2.5比1。
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