用于薄壁軸的軸制動托架的制作方法
【專利說明】用于薄壁軸的軸制動托架
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年7月12日提交的美國臨時專利申請N0.61/845，729的權益。
技術領域
[0003]本發明涉及用于車輛的制動部件安裝的領域。更特別地，本發明涉及在用于重型車輛(如牽引車拖車或半拖車)的軸/懸掛系統上安裝制動部件的領域。更特別地，本發明涉及用于軸/懸掛系統的制動部件安裝托架，所述制動部件安裝托架包括焊接到軸的連續窗口，所述連續窗口允許薄壁軸的使用，理想地減小與軸/懸掛系統關聯的重量和成本。
【背景技術】
[0004]運輸貨物的重型車輛(例如，牽引車拖車或半拖車和直卡車)包括將車輛的軸連接到車輛的框架的懸掛組件。在一些重型車輛中，懸掛組件直接連接到車輛的主框架。在其它重型車輛中，車輛的主框架支撐副框架，并且懸掛組件直接連接到副框架。對于支撐副框架的那些重型車輛，副框架可以是不移動的或移動的，后者通常被稱為滑塊盒、滑塊副框架、滑塊底架或次級滑塊框架。為了方便起見，將在本文中參考副框架，應當理解這樣的參考僅僅作為例子，并且本發明適用于重型車輛主框架、可移動副框架和不可移動副框架。
[0005]在重型車輛領域中，常常參考軸/懸掛系統，其典型地包括一對橫向間隔懸掛組件和軸，懸掛組件連接到車輛副框架。重型車輛的軸/懸掛系統用于定位或固定軸的位置并且穩定車輛。更特別地，當車輛在道路上行駛時，它的車輪遇到將各種力施加到車輪安裝在其上的軸并且轉而施加到連接到并且支撐軸的懸掛組件的道路狀況。這些力因此用于在軸和懸掛組件上放置或產生負荷。為了當車輛正在操作時最小化這些力和由此產生的負荷對車輛副框架和其它車輛部件并且轉而對正由車輛運載的任何貨物和/或乘客的有害影響，軸/懸掛系統設計成吸收或衰減力和/或由此產生的負荷中的至少一些。
[0006]兩種普通類型的重型車輛在本領域中被稱為干貨運車和冷藏車。干貨運車包括封閉拖車以保持它們的貨物干燥，并且用于運輸多種多樣的不易腐消費品和工業產品。冷藏車包括具有冷藏系統的封閉拖車，并且典型地用于運輸易腐商品。這樣的干貨運車和冷藏車傳統地使用利用機械彈簧軸/懸掛組件的軸/懸掛系統。這些機械彈簧軸/懸掛組件典型地包括橫向地間隔并且連接到軸的一對板簧組或堆疊。每個板簧堆疊工程設計成承載其相應軸的額定豎直負荷。通常，干貨運車或冷藏車的拖車在拖車的后部使用一個或多個機械彈簧軸/懸掛系統，即，前軸/懸掛系統和后軸/懸掛系統，其是在本領域中被統稱為拖車串列軸/懸掛系統。本領域的技術人員已知，拖車的前端由牽引車的獨立軸/懸掛系統支撐。為了方便起見，在本文中將參考彈簧軸/懸掛系統，應當理解這樣的參考是拖車串列機械彈簧軸/懸掛系統。
[0007]在多數軸/懸掛系統中，必須將車輛制動系統的部件安裝到軸/懸掛系統上的一個或多個位置。更特別地，軸/懸掛系統的軸包括中心管，并且軸主軸通過任何合適的手段(如焊接)成一體地連接到中心管的每個端部。在本領域中眾所周知，車輪端部組件可旋轉地安裝在每個軸主軸上。制動鼓安裝在車輪端部組件上，并且如下面將更詳細地所述，車輛制動系統的部件被致動以將摩擦施加到制動鼓以便減慢或停止車輛。由于軸的每個端部及其關聯的主軸、車輪端部組件和制動鼓與另一個大體相同，因此在本文中將描述僅僅一個軸端部及其關聯的主軸、車輪端部組件和制動鼓。
[0008]在本領域中眾所周知，當重型車輛的駕駛員施加車輛制動以減慢或停止車輛時，壓縮空氣從空氣供應源(如壓縮機和/或空氣罐)通過空氣管線傳到制動室或制動空氣室。制動室將空氣壓力轉換成機械力并且移動推桿。推桿轉而移動連接到凸輪軸組件的凸輪軸的一個端部的松緊調整器。當松緊調整器運動時凸輪軸組件允許凸輪軸的平滑、穩定旋轉。S形凸輪安裝在與松緊調整器相對的凸輪軸的端部上，使得由松緊調整器產生的凸輪軸的旋轉或轉動導致S形凸輪的旋轉。S形凸輪的旋轉迫使制動襯片或墊片與制動鼓接觸以產生摩擦并且因此減慢或停止車輛。為了正確地操作制動室、推桿、松緊調整器和凸輪軸，制動室和凸輪軸組件必須靠近制動鼓安裝在大體穩定的結構部件上。更特別地，制動室和凸輪軸組件靠近制動鼓安裝在大體穩定的結構部件上是必要的，使得保持制動室、推桿、松緊調整器和凸輪軸的正確對準，這對于制動系統的正確致動和性能是重要的。
[0009]在現有技術的彈簧軸/懸掛系統中，制動室已安裝在制動室安裝托架上，并且凸輪軸組件已安裝在本領域中也稱為S形凸輪承載托架的凸輪軸組件安裝托架上。由于不容易將制動室安裝托架和/或凸輪軸組件安裝托架直接安裝在板簧上或安裝到板簧，因此這些托架在現有技術中已安裝在軸上。更特別地，板簧必須撓曲以衰減力并且因此不提供穩定的結構安裝表面。另外，由于板簧形成有使它能夠撓曲、同時抵抗顯著的應力的冶金結構，因此試圖將這樣的托架直接安裝在板簧上或安裝到板簧可能明顯地減小板簧抵抗應力的能力。因此，作為相對靠近制動鼓的大體穩定的結構部件的軸中心管已用作制動室安裝托架和凸輪軸組件安裝托架的安裝位置。
[0010]更特別地，制動室安裝托架已僅僅在相應的板簧堆疊的內側通過線焊接剛性地連接到軸中心管的前部分，所述線焊接是用線焊縫將托架的基部焊接到軸中心管，其中焊縫開始于一個點并且終止于分離點。類似地，凸輪軸組件安裝托架已僅僅在相應的板簧堆疊的內側通過線焊縫剛性地連接到軸中心管的后部分。這樣的現有技術的將制動室安裝到包括到軸中心管的線焊縫的托架和將凸輪軸組件安裝到也轉而線焊接到軸中心管的托架已提供允許制動系統部件的充分操作的大體穩定的結構安裝配置。然而，該配置具有某些缺點，包括易受應力。
[0011 ] 例如，軸典型地是中空的，這理想地減小用于制造軸的材料的量，由此減小制造成本，并且也減小軸重量，由此減小車輛燃料消耗和與車輛的操作關聯的成本。因此，期望使用具有盡可能薄的壁的軸以優化材料和重量節約。
[0012]然而，線焊縫包括起點和終點，其產生易受應力的區域(被稱為應力集中部)。因此，線焊縫的起點和終點包括應力集中部的非期望區域。使用線焊縫將制動室安裝托架和凸輪軸組件安裝托架剛性地連接到軸由于應力集中部非期望地需要增加軸的壁厚度，如下面將描述。
[0013]更特別地，在本領域中已知，由于在車輛操作期間力的傳遞和在板簧堆疊之間橫越軸的由此產生的負荷的產生，在板簧堆疊之間的軸中心管的部分是高應力區域。當部件線焊接到中空軸中心管時，產生鄰近焊縫的軸壁上的區域，所述區域比未焊接區域和其它類型的焊接區域大體上更易受應力。因此，當力和由此產生的負荷作用于軸時，具有沿著軸中心管的線焊縫的區域比未焊接區域大體上更易受來自這樣的力和/或負荷的故障。為了補償由線焊縫導致的對應力的增加易受性，軸的壁厚度典型地增加，這非期望地增加用于制造軸的材料的量，并且也非期望地增加軸的重量。因此，在現有技術中，均線焊接到軸中心管的制動室安裝托架和凸輪軸組件安裝托架的使用需要使用壁較厚的軸，如具有約一英寸(0.500英寸)的一半或更大的壁厚度的軸。這樣的厚壁軸非期望地增加與軸/懸掛系統關聯的重量和成本。
[0014]在現有技術中替代地，在結構和操作上不同于彈簧軸/懸掛系統的氣墊軸/懸掛系統已使用安裝結構，其中制動室安裝托架和/或凸輪軸組件安裝托架線焊接到軸中心管被消除。然而，這樣的安裝結構不能用于彈簧軸/懸掛系統中，原因是氣墊軸/懸掛系統在結構和操作上不同于彈簧軸/懸掛系統。例如，氣墊軸/懸掛系統包括一對橫向間隔的前或后臂箱形梁，其中每個箱形梁的第一端部連接到車輛副框架，并且每個箱形梁的第二或相對端部連接到軸。在氣墊軸/懸掛系統的現有技術中，通過將制動室和/或凸輪軸組件安裝托架直接安裝在箱形梁上消除將制動室安裝托架和/或凸輪軸組件安裝托架焊接到軸中心管。
[0015]由于氣墊軸/懸掛系統的箱形梁和彈簧軸/懸掛系統的板簧的不同結構要求和操作，因此不容易將制動室安裝托架和承載托架直接連接到板簧。更特別地，氣墊軸/懸掛系統包括空氣彈簧以衰減某些力并且因此減震車輛駕駛。因此，每個箱形梁典型地是制造或鑄造的剛性梁并且典型地包括一個或多個側壁、上壁和底壁以及后壁，并且剛性地連接到軸。如上所述，為了正確地操作制動室、推桿、松緊調整器和凸輪軸，制動室和凸輪軸組件必須靠近制動鼓安裝在大體穩定的結構部件上。在氣墊軸/懸掛系統中，每個箱形梁的大體剛性的性質及其大體剛性地連接到軸允許箱形梁用作部件(如制動室安裝托架和凸輪軸組件安裝托架)的穩定結構安裝表面。另外，由于每個氣墊軸/懸掛系統的箱形梁包括一個或多個側壁、上壁和底壁，因此提供足夠的結構表面面積以允許待連接到箱形梁的制動室安裝托架和凸輪軸組件安裝托架的安裝。
[0016]相比之下，彈簧軸/懸掛系統不使用空氣彈簧，而是依靠板簧撓曲并且因此衰減力。由于車輛操作期間的板簧撓曲，它們不提供足夠穩定的結構安裝表面以允許部件(如制動室安裝托架和凸輪軸組件安裝托架)的安裝。另外，由于板簧形成有使它們能夠撓曲、同時抵抗顯著的應力的冶金結構，因此試圖將這樣的托架安裝在板簧上是非期望的，原因是這樣的安裝可能明顯地減小板簧抵抗應力的能力。
[0017]因此，在本領域中需要一種軸/懸掛系統，其通過提供一種結構克服現有技術的系統的缺點，所述結構使制動室和凸輪軸組件能夠剛性地安裝在薄壁軸上或鄰近薄壁軸安裝而不使用線焊縫，這又期望地減小與軸/懸掛系統關聯的重量和成本。本發明的