CN104924867B - 悬架臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种悬架臂，该悬架臂包括上部构件和下部构件，并且该上部构件的侧板通过焊接而接合至该下部构件的侧板。由焊接部形成的焊接线在下球窝接头附近弯曲并终止。侧板包括大致直线形边缘和弯曲边缘，该弯曲边缘从大致直线形边缘的端部弯曲并且焊接线终止于弯曲边缘内。沿着弯曲边缘的焊接线在焊接端部附近相对于应力方向以给定角度或更大角度倾斜。

Description

悬架臂

技术领域

本发明涉及车辆的悬架臂，并且特别涉及悬架臂中的焊接结构。

背景技术

作为车辆的悬架臂，通常已知如下的中空悬架臂，在该中空悬架臂中，上板构件的外周缘端部和下板构件的外周缘端部通过焊接而接合在一起(例如，参见专利文献1)，其中该上板构件和该下板构件各自具有U形横截面。

【专利文献1】日本专利申请公开No.6-143953

近年来，强烈需要使整个车辆轻量化以提高燃料效率、减少废气并且提高运动性能。用于使悬架臂轻量化的一种解决方案是形成具有更薄板构件的悬架臂，但是应避免因臂的变薄而导致基材的疲劳强度降低。由于应力经常集中在位于附接至悬架臂的下球窝接头附近的焊接端部周围，因此需要特别确保该焊接端部周围的基材的疲劳强度。

发明内容

鉴于这样的情况做出了本发明，并且本发明的目的是在如下的悬架臂中提供一种提高焊接端部周围的基材的疲劳强度的焊接结构，该悬架臂的各自具有大致U形横截面的上部构件和下部构件通过焊接而接合在一起。

为了解决上述问题，根据本发明的实施方式的悬架臂涉及如下的中空悬架臂，该中空悬架臂包括：上部构件，该上部构件包括上板和一对侧板；以及下部构件，该下部构件包括下板和一对侧板，并且该上部构件的侧板焊接至该下部构件的侧板。悬架臂经由连接部件接收来自路面的输入，并且焊接线在连接部件附近弯曲并终止。例如，连接部件可以为下球窝接头，并且悬架臂可以经由下球窝接头接收从路面到车轮的输入。

根据本实施方式，焊接线在连接部件附近弯曲并终止，使得在焊接端部周围的基材中引起的应力可以沿弯曲方向产生。由于基材沿弯曲方向具有比沿拉伸(或压缩方向)方向的许用应力更大的许用应力，因此使焊接线弯曲以在焊接端部周围产生沿弯曲方向的应力可以提高焊接端部周围的基材的疲劳强度。

上部构件的侧板或下部构件的侧板可以包括大致直线形边缘和弯曲边缘，该弯曲边缘从大致直线形边缘的端部弯曲，并且焊接线可以终止于弯曲边缘内。通过在侧板上设置弯曲边缘并且沿着弯曲边缘执行焊接，可以使焊接线在终止之前弯曲。

沿着弯曲边缘的焊接线可以在焊接端部——该焊接端部为焊接线的端部——附近相对于应力方向以预定角度或更大角度倾斜。例如，焊接线可以在焊接端部附近相对于应力方向以45度或更大角度倾斜。另外，沿着弯曲边缘的焊接线可以在焊接端部——该焊接端部为焊接线的端部——附近大致垂直于应力方向。通过使焊接线与应力方向之间的角度在焊接端部附近增大，可以使在焊接端部周围的基材中所引起的应力的弯曲方向分量增大，从而可以提高基材的疲劳强度。

根据本实施方式的悬架臂在第一连接部和第二连接部处由车身支撑，并且负载从连接部件传递至第一连接部和第二连接部所沿的方向通过对应于连接部件的第一虚拟点、对应于第一连接部的第二虚拟点以及对应于第二连接部的第三虚拟点而被限定成负载轴线。焊接线可以在终止之前沿离开负载轴线的方向弯曲。通过使焊接线相对于负载轴线弯曲，可以使在焊接端部周围的基材中所引起的应力的弯曲方向分量增大，并且通过增大焊接端部与负载轴线之间的距离，可以使在焊接端部周围引起的应力更小。

位于侧板上的焊接线可以沿朝向下板或上板的方向弯曲。通过将焊接端部定位在下板或上板附近，可以使在焊接端部周围引起的应力更小。

附图说明

现在将参照附图仅通过示例的方式对实施方式进行描述，这些实施方式意味着其为示例性的而非限制性的，并且其中，在若干附图中，相同的元件被标以相同的附图标记，在附图中：

图1为示出了滑柱式悬架装置的构型的图示；

图2为示出了根据本实施方式的悬架臂的上表面的图示；

图3为示出了图2中示出的悬架臂的沿着线A-A截取的截面的图示；

图4A示出了根据本实施方式的悬架臂中的焊接结构，图4B示出了上部构件的侧表面，图4C示出了下部构件的侧表面；

图5为示出了作为对比技术提供的悬架臂中的焊接结构的图示；

图6A为示出了在对比技术中的焊接端部附近沿着线D-D截取的截面的示意性图示，图6B为示出了在本实施方式中的焊接端部附近沿着线C-C截取的截面的示意性图示；以及

图7A为在对比技术的悬架臂中的焊接结构的局部立体图，图7B为在本实施方式的悬架臂中的焊接结构的局部立体图。

具体实施方式

现在将通过参照优选的实施方式对本发明进行描述。这并不旨在限制本发明的范围，而是举例说明本发明。

图1示出了滑柱式悬架装置1的构型。本实施方式的悬架臂10形成为L形臂，在L形臂中，上部构件的侧板和下部构件的侧板的重叠部焊接至彼此，其中该上部构件和该下部构件各自具有大致U形的横截面。悬架臂10在第一连接部14和第二连接部16处枢转地支撑在车身上，该第一连接部14和第二连接部16各自包括橡胶衬套，并且下球窝接头22在附接部12处经由托架附接至悬架臂10。下球窝接头22附接至转向节20的下端部，使得附接部12经由下球窝接头22可摆动地支撑转向节20。该转向节20为用于可旋转地支撑车轮30的支架，并且转向节20的上部通过托架24固定至滑柱26的下端部。滑柱26的上端部经由上支撑件28枢转地支撑在车身上。作为连接部件的下球窝接头22附接至悬架臂10的附接部12，使得悬架臂10经由下球窝接头22接收来自路面的输入。

图2示出了根据本实施方式的悬架臂10的上表面。下球窝接头22经由托架附接至附接部12，并且由车轮30从路面接收到的力经由下球窝接头22被传递至悬架臂10。第一连接部14和第二连接部16由车身支撑，并且由附接部12接收的负载被传递至第一连接部14和第二连接部16。

在图2中，第一虚拟点32表示对应于下球窝接头22的虚拟点，第二虚拟点34表示对应于第一连接部14的虚拟点，并且第三虚拟点36表示对应于第二连接部16的虚拟点。更具体地，第一虚拟点32对应于下球窝接头22的中心点，第二虚拟点34对应于第一连接部14的中心点，并且第三虚拟点36对应于第二连接部16的中心点；在悬架臂10内传递的负载作用为使将这三个虚拟点作为顶点的虚拟三角形变形。

图3示出了图2中示出的悬架臂10的沿着线A-A截取的截面图。该悬架臂10为中空臂，该中空臂包括上部构件40和下部构件50，该上部构件40包括上板42和一对侧板44，该下部构件50包括下板52和一对侧板54。也就是说，悬架臂10具有所谓的“中空结构”，在该所谓的“中空结构”中，上部构件40和下部构件50通过焊接而接合在一起。上部构件40和下部构件50中的每一者是通过对钢板进行冲压而形成的。上部构件40的侧板44和下部构件50的侧板54焊接至彼此，并且在此示例中，侧板44的边缘和侧板54的表面在焊接部60处接合在一起。替代性地，下部构件50的侧板54可以位于上部构件40的侧板44外侧，并且侧板54的边缘和侧板44的表面可以接合在一起。

图4A示出了在根据本实施方式的悬架臂10中的焊接结构，其示出了从图2中的箭头B的方向观察的在附接部12附近的局部侧表面。图4A中的负载轴线80示出了下述方向：经由下球窝接头22从路面接收到的输入在悬架臂10中的第一虚拟点32、第二虚拟点34和第三虚拟点36之间沿该方向传递。负载轴线80为虚拟地限定的如下线，该线使得当从箭头B的方向观察悬架臂10时，将第一虚拟点32和第二虚拟点34连接的第一轴线与将第一虚拟点32和第三虚拟点36连接的第二轴线重叠；也就是说，负载轴线80是通过将由第一虚拟点32、第二虚拟点34和第三虚拟点36形成的虚拟三角形投影到悬架臂10上使得第一轴线与第二轴线彼此重叠而获得的线。

在第一虚拟点32——该第一虚拟点32为下球窝接头22的中心点——处接收到的输入沿着负载轴线80传递至第一连接部14的第二虚拟点34和第二连接部16的第三虚拟点36。类似地，在第二虚拟点34处接收到的输入沿着负载轴线80传递至第一虚拟点32和第三虚拟点36，并且在第三虚拟点36处接收到的输入沿着负载轴线80传递至第一虚拟点32和第二虚拟点34。由此，负载轴线80示出了负载在悬架臂10中传递的方向。

当悬架臂10形成为大致平的L形臂时，则当如图4A所示从侧方观察悬架臂10时负载轴线80与上部构件40的上板42或下部构件50的下板52大致平行。

图4B示出了上部构件40的侧表面。上部构件40的相反侧表面也构造成呈相同的形状。

本实施方式中的上部构件40包括凸出部48，该凸出部48在侧板44上于附接部12a附近向下凸出。侧板44具有在朝向附接部12a的方向(在图4B中从左至右的方向)上的大致直线形边缘，并且该边缘由于凸出部48而向下弯曲。更具体地，由于凸出部48的存在，侧板44的边缘沿离开负载轴线80的方向在弯曲开始点45——该弯曲开始点45为大致直线形边缘的端部——与弯曲结束点46之间弯曲。在下文中，在弯曲开始点45与弯曲结束点46之间的边缘将被称为弯曲边缘47。之后，侧板44的边缘沿从弯曲结束点46——该弯曲结束点46为弯曲边缘47的端部——至附接部12a的方向向上弯曲。

图4C示出了下部构件50的侧表面。下部构件50的相反侧表面也构造成呈相同的形状。

本实施方式中的下部构件50包括凸出部55，该凸出部55在侧板54上于附接部12b附近向下凸出。凸出部55是根据上部构件40的凸出部48的形状而形成的并且设置成确保用于上部构件40的弯曲边缘47的焊接余量。如果该焊接余量可以被确保，那么就不需要设置凸出部55。

再次参照图4A，上部构件40的侧板44布置在下部构件50的侧板54外侧以与侧板54重叠。上部构件40的侧板44和下部构件50的侧板54是通过在重叠部处进行焊接而接合的，并且焊接部60是在侧板44的边缘与侧板54的表面之间形成的。由焊接部60形成的焊接线在下球窝接头22附近弯曲并终止。

由于焊接部60是沿着侧板44的边缘形成的，因而焊接线在远离附接部12的位置处呈大致直线形。另一方面，在附接部12附近，由于弯曲边缘47是从弯曲开始点45形成的，因而焊接线从弯曲开始点45沿着弯曲边缘47弯曲。然后，焊接线终止于弯曲边缘47的弯曲结束点46之前，使得焊接端部62位于弯曲结束点46之前。

由于焊接端部62位于弯曲边缘47上，因而可以使作用在焊接端部62周围的基材上的应力的方向不同于焊接端部位于大致直线形焊接线的端部处的情况下的应力方向。另外，由于弯曲边缘47沿离开负载轴线80的方向弯曲，因而焊接端部62远离负载轴线80定位。

在讨论由本实施方式的上述焊接结构提供的功能之前，在图5中呈现了另一种焊接结构，用于与本实施方式的焊接结构比较。

图5示出了作为对比技术而提供的悬架臂200中的焊接结构。悬架臂200包括上部构件100和下部构件110，该上部构件100和下部构件110各自具有大致U形的横截面，并且上部构件100的侧板104通过焊接而接合至下部构件110的侧板114。下球窝接头22在附接部122处附接至悬架臂200。与本实施方式的悬架臂10相比，对比技术的悬架臂200的不同之处在于：上部构件100在侧板104上未设置有凸出部48，下部构件110在侧板114上未设置有凸出部55，并且焊接线呈大致直线形。除了以上区别之外，这种结构可以与本实施方式中的结构大致相同。

不同于本实施方式的悬架臂10，由于上部构件100不包括凸出部48，因而侧板104的边缘形成为沿纵向方向呈大致直线形，使得由焊接部120形成的焊接线也呈大致直线形并且焊接端部64位于大致直线形焊接线的端部处。对比技术中描述的焊接结构通常见于常规的悬架臂中。

由于来自路面的输入经由下球窝接头22被传递至悬架臂，因而定位于下球窝接头22附近的焊接端部的周围很可能成为应力集中点。因此，在悬架臂中，位于下球窝接头22附近的焊接端部的周围很可能成为在基材的疲劳强度方面最薄弱部分之一。用于确保焊接端部附近的疲劳强度的一种解决方案是使板增厚，但是该解决方案由于其不能满足使悬架臂轻量化的需求而不是优选的。同时，在本实施方式的悬架臂10中的焊接结构具有这样的结构：可以通过此结构能够提高焊接端部62附近的基材的疲劳强度。在下文中，将会通过与在对比技术的悬架臂200中的焊接结构相比较来描述本实施方式的焊接结构的功能。

图6A为示出了在对比技术中的焊接端部64附近的沿着线D-D截取的截面的示意性图示。在图6A中，为便于理解，侧板104和侧板114示出为彼此间隔开，但是侧板104和侧板114实际上彼此相接触。在此假定沿车辆纵向方向的力施加至表示下球窝接头22的中心点的第一虚拟点32。

当负载输入至第一虚拟点32时，在悬架臂200的上部构件100和下部构件110中发生扭曲。此时，上部构件100和下部构件110中扭曲的量取决于上部构件100与下部构件110之间形状的不同而不同，其中，该上部构件100和下部构件110构成了附接有下球窝接头22的附接部122。因此，沿相反方向的力在焊接端部64附近作用在上部构件100和下部构件110上。图6A示出了下述状态：在该状态中，在焊接端部64附近，拉伸应力f1作用在上部构件100的侧板104上，并且压缩应力f2作用在下部构件110的侧板114上。该拉伸应力f1和该压缩应力f2沿与彼此相反的方向作用，反之，压缩应力可以作用在侧板104上，并且拉伸应力可以作用在侧板114上。

在对比技术的悬架臂200中，焊接部120在焊接端部64附近延伸的方向与负载作用的方向(应力方向)大致相同。因此，侧板104的前表面上的应力的方向和后表面上的应力的方向相同，并且在焊接端部64附近产生沿拉伸方向或压缩方向(在下文中，被称作“拉伸/压缩方向”)的应力。由于已知的是基材沿拉伸/压缩方向具有比沿弯曲方向的许用应力更小的许用应力，因此在焊接端部64——应力经常集中于该焊接端部64处——附近输入的负载并非优选地沿拉伸/压缩方向。因此，在对比技术的悬架臂200中，必须使板增厚以提高焊接端部64附近的基材的强度，其中，焊接端部64附近的该基材可能是最薄弱的部分之一。

图6B为示出了在本实施方式中的焊接端部62附近的沿着线C-C截取的截面的示意性图示。如在图6A中一样，为便于理解，图6B中的侧板44和侧板54示出为彼此间隔开，但是侧板44和侧板54实际上彼此相接触。

当沿车辆纵向方向的负载输入至第一虚拟点32时，沿相反方向的力由于在上部构件40和下部构件50中引起的扭曲量之间的不同而在焊接端部62附近作用在悬架臂10的上部构件40和下部构件50上。图6B示出了如下状态：在该状态中，在焊接端部62附近，拉伸应力f1作用在上部构件40的侧板44上，并且压缩应力f2作用在下部构件50的侧板54上。该拉伸应力f1和压缩应力f2沿彼此相反的方向作用，反之，压缩应力可以作用在侧板44上，并且拉伸应力可以作用在侧板54上。

在本实施方式的悬架臂10中，沿着弯曲边缘47的焊接线在焊接端部62附近大致垂直于应力方向，其中，该焊接端部62为焊接线的端部。因此，上部构件40的侧板44的前表面上的应力的方向和后表面上的应力的方向在焊接端部62附近彼此相反，并且在焊接端部62附近的基材中产生沿弯曲方向的应力。由于基材沿弯曲方向具有比沿拉伸/压缩方向的许用应力更大的许用应力，从而使得在焊接端部62附近的沿弯曲方向的应力可以允许板变薄并且提高基材的疲劳强度。

图7A为对比技术的悬架臂200中的焊接结构的局部立体图，并且图7B为本实施方式的悬架臂10中的焊接结构的局部立体图。如从附图中明显的是，在对比技术的悬架臂200中，焊接部120沿应力f1和f2的方向延伸，使得在焊接端部64周围的基材中产生了沿拉伸/压缩方向的应力。另一方面，在本实施方式的悬架臂10中，焊接部60是沿着弯曲边缘47形成的，并且焊接线设置成大致垂直于应力f1和f2的方向，使得在焊接端部62周围的基材中产生了沿弯曲方向的应力。由此，在悬架臂10中，焊接线在终止之前是弯曲的，从而在焊接端部62周围的基材中产生沿弯曲方向的应力。通过在焊接端部62的周围产生沿弯曲方向的应力而不是产生沿拉伸/压缩方向的应力，可以提高沿弯曲方向具有较高许用应力的基材的疲劳强度，使得基材能够变薄。

在图4A中示出的弯曲边缘47中，焊接线终止于如下位置处：在该位置处，焊接线大致垂直于侧板44延伸的方向；然而，焊接线可以终止于弯曲边缘47中的另一位置处。例如，焊接线可以终止于位于图4A中的表示焊接端部62的位置与弯曲开始点45之间的位置处。与焊接线在没有弯曲的情况下终止的情形相比，通过在焊接线终止之前使焊接线相对于负载轴线80弯曲，可以减小在焊接端部62附近引起的应力的拉伸/压缩方向分量，同时可以增大该应力的弯曲方向分量。由此，通过使焊接线终止于弯曲边缘47内，可以提高在焊接端部62周围的基材的疲劳强度。沿着弯曲边缘47的焊接线优选地在焊接端部62附近相对于应力方向以预定角度或更大角度——比如相对于应力方向以45度或更大角度——倾斜。当焊接端部62附近的焊接线相对于应力方向以预定角度或更大角度倾斜时，可以增大应力中的弯曲方向分量与拉伸/压缩方向分量之比。

此外，通过使焊接线沿离开负载轴线80的方向弯曲以及将焊接端部62定位在弯曲边缘47内，可以增大焊接端部62与负载轴线80之间的距离。当距负载轴线80的距离更大时，所引起的应力变得更小；因此，通过将焊接端部62设置成远离负载轴线80，在焊接端部62附近产生的应力可以变得更小。以此方式，通过使焊接线沿朝向下板52的方向弯曲以增大焊接端部62与负载轴线80之间的距离，可以使在焊接端部62附近产生的应力变得更小，从而可以进一步提高焊接端部62附近的基材的疲劳强度。

已经参照实施方式描述了本发明。所述实施方式意在仅仅是示例性的，并且对本领域的技术人员而言明显的是，可以开发出对组成元件或方法的结合进行的各种改型并且这种改型仍落入本发明的范围内。

在所述实施方式中，侧板44具有向下凸出的凸出部48；替代性地，作为改型，侧板44可以具有向上凹的凹口。而且在这种情况下，通过使焊接线在下球窝接头22附近弯曲并终止，可以在焊接端部周围产生沿弯曲方向的应力。改型的这种焊接结构在负载轴线80位于焊接线下方的情况下是特别有效的，但本申请并不局限于此。

此外，如上所述，在本实施方式中，下部构件50的侧板54被上部构件40的侧板44从外侧重叠并且在重叠处焊接至上部构件40的侧板44；反之，上部构件40的侧板44可以被下部构件50的侧板54从外侧重叠并且在重叠处焊接至下部构件50的侧板54。在这种情况下，侧板54中的每个侧板可以具有向上凸出的凸出部，使得焊接线在下球窝接头22附近沿着凸出部的弯曲边缘弯曲并终止。也就是说，弯曲边缘可以沿朝向上板42的方向弯曲，使得焊接线在上板42附近终止。由此，上部构件40的竖直位置和下部构件50的竖直位置在悬架臂10中是相应的，并且在实施方式中描述的竖直位置关系可以颠倒。

Claims (6)

1.一种悬架臂，所述悬架臂经由连接部件接收来自路面的输入，所述悬架臂具有中空结构，所述悬架臂包括：上部构件，所述上部构件包括上板和一对侧板；以及下部构件，所述下部构件包括下板和一对侧板，所述上部构件的所述侧板焊接至所述下部构件的所述侧板，其中，

焊接线在所述连接部件附近弯曲并终止；

所述悬架臂在第一连接部和第二连接部处由车身支撑，并且负载从所述连接部件传递至所述第一连接部和所述第二连接部所沿的方向通过对应于所述连接部件的第一虚拟点、对应于所述第一连接部的第二虚拟点以及对应于所述第二连接部的第三虚拟点而被限定成负载轴线；并且

所述焊接线在终止之前沿离开所述负载轴线的方向弯曲。

2.根据权利要求1所述的悬架臂，其中：所述上部构件的所述侧板或所述下部构件的所述侧板包括大致直线形边缘和弯曲边缘，所述弯曲边缘从所述大致直线形边缘的端部弯曲；并且所述焊接线终止于所述弯曲边缘内。

3.根据权利要求2所述的悬架臂，其中，沿着所述弯曲边缘的所述焊接线在焊接端部附近相对于应力方向以预定角度或更大角度倾斜，其中所述焊接端部为所述焊接线的端部。

4.根据权利要求2所述的悬架臂，其中，沿着所述弯曲边缘的所述焊接线在焊接端部附近大致垂直于应力方向，其中所述焊接端部为所述焊接线的端部。

5.根据权利要求3所述的悬架臂，其中，沿着所述弯曲边缘的所述焊接线在焊接端部附近大致垂直于应力方向，其中所述焊接端部为所述焊接线的端部。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的悬架臂，其中，所述侧板上的所述焊接线沿朝向所述下板或所述上板的方向弯曲。