一種推力杆輕量化方法及輕量化推力杆與流程
2023-05-26 15:06:36 2
本發明涉及一種機動車部件輕量化方法及由該方法製造出的輕量化機車部件，尤其涉及一種推力杆輕量化方法及輕量化推力杆。
背景技術：
隨著社會的發展,各種能源的開採和消耗不斷增加,目前汙染已成為一個全球關注的焦點問題,所以面對日益增加的機動車,對尾氣排放的要求也越來越高。若要儘可能降低尾氣汙染,則必須重視汽車的NVH,所以，各大主機廠開始投入大量的人力、物力和財力以在最短的時間內滿足國家要求並迅速佔領市場，隨之而來的推力杆輕量化成為一個最容易實現和首要解決的問題。
目前國內外的推力杆主要有以下幾種組合方案：
一、杆體+彈性球鉸或者金屬關節，杆體由兩個球頭（也叫球殼）和杆體本體組成，球頭和杆體本體均採用金屬材料，兩個球頭通過鉚接或焊接連接在杆體本體的兩端上；
二、杆體+彈性球鉸或者金屬關節，杆體由兩個球頭（也叫球殼）和杆體本體組成，杆體由整體鑄造或鍛造成型；
上面兩種組合方案中的彈性球鉸從內到外一般由芯軸、彈性體和外套或者端蓋（此結構也可沒有，可以根據實際情況進行設計）構成，芯軸採用金屬材料，而金屬關節則全為金屬材料。
雖然上述兩種組合方案通過結構和工藝設計，不管從強度、可靠性等方面均可以滿足推力杆功能，但是，隨著汽車NVH和汽車環保要求的提高，尤其是面對目前日益激烈的汽車市場環境，對汽車各組成零部件的輕量化、低成本要求也逐步提上各大主機廠的議程，所以，上述兩種組合形式均不是很理想。
公開號為CN204451884U，公開日為2015年7月8日的中國實用新型專利公開了一種用於汽車的新型輕量化推力杆結構，包括推力杆，所述推力杆一端通過第一螺栓固定在第一支架上，所述第一支架與車身焊接；所述推力杆另一端通過第二螺栓固定在第二支架上，所述第二支架焊接在懸架上；所述推力杆採用空心鋼管結構；在推力杆中間位置設有加強筋，所述加強筋為半弧裝結構，加強筋的內直徑等於推力杆的外直徑。
從上述專利文獻中可以看出，該推力杆屬於第一種組合方案，該推力杆的杆體由球頭和管體之間通過鉚接或焊接構成，但是，不管是鉚接還是焊接，均需要預留足夠的結構以便提供鉚接或焊接所需的接口或者損耗，所以其對輕量化也有一定的影響。
綜上，如何設計一種推力杆輕量化方法及輕量化推力杆，使其能在滿足推力杆使用要求的前提下，儘可能的降低推力杆的重量，達到推力杆輕量化的要求是急需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的缺陷，提供一種推力杆輕量化方法及輕量化推力杆，其能在滿足推力杆使用要求的前提下，儘可能的降低推力杆的重量，達到推力杆輕量化的要求。
為解決上述技術問題，本發明採取的技術方案為：一種推力杆輕量化方法，所述推力杆輕量化方法是將杆體和彈性球鉸的芯軸均採用高分子材料利用注射模一次成型，將杆體本體的相對兩側面均設置成帶有斷續狀凹槽一的側面，所述斷續狀凹槽一包括沿杆體本體的長度方向依次分布的多個分凹槽一，在每個分凹槽一的凹槽底面上設置有多條凸筋，從而使得每個分凹槽一又被多條凸筋分割成多個小凹槽。
優選的，將杆體的球頭的相對兩側面均設置成帶有斷續狀凹槽二的側面，所述斷續狀凹槽二包括沿圓周周向依次分布的多個分凹槽二。
優選的，根據推力杆的實際工作狀況，在不同位置中的小凹槽和/或分凹槽二中設置有金屬鑲嵌塊。
優選的，在杆體成型前，將兩個金屬套分別設置在杆體的兩個球頭的內腔中使得成型後，金屬套與球頭形成一體；彈性球鉸裝配在金屬套的內腔中。
優選的，所述金屬套的軸向長度大於彈性球鉸的彈性體的軸向長度，從而使得金屬套的兩端能扣壓在彈性球鉸的彈性體的兩端上將彈性球鉸裝配在金屬套的內腔中。
本發明還公開一種輕量化推力杆，包括杆體，所述杆體包括杆體本體和設置在所述杆體本體兩端的球頭，兩個彈性球鉸分別設置在杆體本體兩端的球頭中，所述杆體和彈性球鉸的芯軸均採用高分子材料利用注射模一次成型，在杆體本體相對兩側面上均設置有斷續狀凹槽一，所述斷續狀凹槽一包括沿杆體本體的長度方向依次分布的多個分凹槽一，在每個分凹槽一的底面上設置有多條凸筋，從而使得每個分凹槽一又被多條凸筋分割成多個小凹槽。
優選的，在球頭的相對兩側面上均設置有斷續狀凹槽二，所述斷續狀凹槽二包括沿圓周周向依次分布的多個分凹槽二。
優選的，設置在每個分凹槽一的凹槽底面上的多條凸筋之間相互平行，多條凸筋均沿平行於杆體本體長度方向設置或
設置在每個分凹槽一的凹槽底面上的多條凸筋之間相互平行，多條凸筋均沿垂直於杆體本體長度方向設置或
設置在每個分凹槽一的凹槽底面上的多條凸筋呈米字狀相交分布，在每個分凹槽一的凹槽底面上還設置有凸塊，所述凸塊處於呈米字狀相交分布的多條凸筋的相交點處或
設置在每個分凹槽一的凹槽底面上的多條凸筋呈網格狀相交設置。
優選的，在彈性球鉸的芯軸與彈性體之間還設置剛度調整塊，剛度調整塊由高分子材料製成。
優選的，在彈性球鉸的芯軸的外圓周面上沿周向設置有環形凹槽，所述環形凹槽設置有多條，剛度調整塊的內側面與帶有多條環形凹槽的芯軸的外圓周面相接觸。
本發明的有益效果在於：本發明通過將推力杆的杆體和彈性球鉸的芯軸採用高分子材料利用注射模一次成型且將杆體本體的相對兩側面均設置成斷續狀結構凹槽並在斷續狀結構凹槽中設置多條凸筋，類似蜂窩狀結構，使得本發明中的推力杆在滿足推力杆使用要求的前提下，可以實現比傳統結構推力杆降重約40%-60%，滿足了輕量化的要求。本發明中推力杆的杆體和球頭是採用注射模一次成型的，不需預留多餘的結構，從這一方面來說，也減輕了整個推力杆的重量。本發明中杆體採用高分子材料注射一次成型，實現了在杆體的側面上增設斷續狀凹槽結構的設計目的，在減輕推力杆重量的同時，還滿足了推力杆對抗彎、抗扭轉等方面的要求。通過將球頭的相對兩側面上也設置成帶有斷續狀凹槽二的側面，這樣在滿足推力杆使用要求的前提下，進一步降低了推力杆的重量。根據推力杆的實際工作狀況，可在不同位置中的小凹槽和/或分凹槽二中設置金屬鑲嵌塊，以滿足推力杆的不同受力要求，使得本發明中的推力杆適用性強。在球頭中增設金屬套，將彈性球鉸裝配到金屬套的內腔中，增加了彈性球鉸和球頭之間的壓出力，避免了因壓出力不夠，彈性球鉸軸向竄出問題的發生，保證了推力杆的功能。在彈性球鉸的芯軸與彈性體之間增設剛度調整塊，通過對剛度調整塊的形狀設計，來滿足了推力杆在徑向、軸向、偏轉和扭轉等四個方向上的受力要求。
附圖說明
圖1為本發明實施例1中輕量化推力杆的立體結構示意圖；
圖2為本發明實施例1中杆體的立體結構示意圖；
圖3為本發明實施例1中彈性球鉸的立體結構示意圖；
圖4為本發明實施例1中增設金屬鑲嵌塊後位於杆體本體上一個分凹槽一處的局部立體結構示意圖；
圖5為本發明實施例1中增設金屬鑲嵌塊後位於球頭處的局部立體結構示意圖；
圖6為本發明實施例1中沿芯軸軸向位於一個球頭處的局部剖視結構示意圖；
圖7為本發明實施例1中彈性球鉸的爆炸結構示意圖；
圖8為圖6中A部的放大結構示意圖；
圖9為本發明實施例2中杆體的立體結構示意圖；
圖10為本發明實施例3中杆體的立體結構示意圖；
圖11為本發明實施例4中杆體的立體結構示意圖；
圖中：1. 杆體，111. 杆體本體，112.球頭，2. 彈性球鉸，211. 芯軸，212. 彈性體，213.外套，3. 分凹槽一，311. 小凹槽，4. 凸筋，5. 分凹槽二，6. 金屬鑲嵌塊，7. 金屬套，8. 凸塊，9. 剛度調整塊，10. 環形凹槽。
具體實施方式
在現有推力杆的兩種組合方案中，推力杆的杆體和彈性球鉸的芯軸均是採用金屬材料製成，而本發明中，推力杆的杆體和彈性球鉸的芯軸時均是採用高分子材料利用注射模一次成型的，杆體和芯軸不再採用金屬材料，且將杆體本體的相對兩側面均設置成斷續狀結構凹槽並在斷續狀結構凹槽中設置多條凸筋，類似蜂窩狀結構，使得本發明中的推力杆在滿足推力杆使用要求的前提下，可以實現比傳統結構推力杆降重約40%-60%。在現有推力杆的第一種組合方案中，杆體的球頭和杆體本體之間通過鉚接或焊接構成，但是，不管是鉚接還是焊接，均需要預留足夠的結構以便提供鉚接或焊接所需的接口或者損耗，所以其對輕量化也有一定的影響，而本發明中推力杆的杆體和球頭是採用注射模一次成型的，不需預留多餘的結構，從這一方面來說，也減輕了整個推力杆的重量。本發明中的杆體採用高分子材料注射一次成型，實現了在其側面上增設斷續狀凹槽結構的設計目的，在減輕推力杆重量的同時，還滿足了推力杆對抗彎、抗扭轉等方面的要求。
另外，在現有推力杆的第一種組合方案中，不管是鉚接成型還是焊接成型，所涉及的零部件較多，工藝過程較為複雜，並且對模具工裝和過程控制要求較高，否則得不到滿足尺寸精度的產品，且採用鉚接或焊接，對金屬材料也有要求。以目前國內的工藝水平，尤其是焊接，很難達到技術要求的水平，並且受國內產品多樣化、小批量特點的影響，很難實現大批量、流水線生產，在成本控制上競爭力較低；在現有推力杆的第二種組合方案中，對於整體鍛造杆體，目前工藝較為成熟，產品的緻密性等均能滿足要求，唯一不足之處就是成本較高，不適用於目前的汽車市場，除非有特殊要求的場合才會應用，而對於整體鑄造杆體，目前國內工藝水平還是較低，尤其是在表面質量和內部缺陷控制方面，很難滿足技術要求，這樣無形中增加成本並且也帶來了隱形安全隱患，綜合來說可靠性太低，所以並不具備市場優勢。綜上可以看出，以上兩種傳統的兩種組合方案中的推力杆杆體，其存在結構複雜，尺寸精度低，組裝效率低，製造成本高，重量較重，維護困難，難以檢測合格性等缺點，而本發明中的推力杆則很好的解決了上述問題，具有結構簡單，尺寸精度高，組裝效率高，製造成本低，重量較輕等優點，節能、低碳、環保，還避免了傳統結構帶來的鏽蝕等問題引起的質量投訴。
下面通過三個具體的實施例和附圖進一步詳細闡述本發明的技術方案。
實施例1：如圖1至圖4所示，一種推力杆輕量化方法，所述推力杆輕量化方法是將杆體1和彈性球鉸2的芯軸211均採用高分子材料利用注射模一次成型，將杆體本體111的相對兩側面均設置成帶有斷續狀凹槽一的側面，所述斷續狀凹槽一包括沿杆體本體111的長度方向依次分布的多個分凹槽一3（即兩個或兩個以上的分凹槽一），在每個分凹槽一3的凹槽底面上設置有多條凸筋4（即兩條或兩條以上的凸筋），從而使得每個分凹槽一3又被多條凸筋4分割成多個小凹槽311（即兩個或兩個以上的小凹槽），在本實施例中，杆體本體111設置成矩形狀，兩個球頭5均設置成中空的圓柱形。
如圖5所示，將杆體的球頭112的相對兩側面均設置成帶有斷續狀凹槽二的側面，所述斷續狀凹槽二包括沿圓周周向依次分布的多個分凹槽二5（即兩個或兩個以上的分凹槽二），這樣在滿足推力杆使用要求的前提下，進一步降低了推力杆的重量。
如圖4和圖5所示，為滿足推力杆的不同受力要求，可根據推力杆的實際工作狀況，在不同位置中的小凹槽311中設置金屬鑲嵌塊6，金屬鑲嵌塊6與被鑲嵌的凹槽的形狀相匹配，根據要求，金屬鑲嵌塊6可設置有一塊或一塊以上。在這裡，根據推力杆的實際工作狀況，還可以在不同的分凹槽二5中設置有金屬鑲嵌塊；在這裡，根據推力杆的實際工作狀況，還可以在不同位置中的小凹槽311和分凹槽二5中設置有金屬鑲嵌塊6，這樣使得本發明中的推力杆適用性強。
如圖1和圖6所示，在杆體成型前，將兩個金屬套7分別設置在杆體的兩個球頭112的內腔中使得成型後，金屬套7與球頭112粘接形成一體；彈性球鉸2裝配在金屬套7的內腔中。這樣設置增加了彈性球鉸和球頭之間的壓出力，避免了因壓出力不夠，彈性球鉸軸向竄出問題的發生，保證了推力杆的功能。
所述金屬套7的軸向長度大於彈性球鉸2的彈性體212的軸向長度，從而使得金屬套7的兩端能扣壓在彈性球鉸的彈性體212的兩端上將彈性球鉸2裝配在金屬套7的內腔中，這樣通過扣壓的方式能將彈性球鉸限位在球頭腔體內,防止球鉸軸向竄出,同時提高球頭的整體強度，並且當裝配的彈性球鉸無外套213時，例如裝配的彈性球鉸為純橡膠球鉸時，還可以起到增大軸向剛度的作用。
如圖1至圖4所示，本發明還公開一種輕量化推力杆，包括杆體1，所述杆體1包括杆體本體111和設置在所述杆體本體111兩端的球頭112，兩個彈性球鉸2分別設置在杆體本體兩端的球頭112中，所述杆體1和彈性球鉸2的芯軸211均採用高分子材料利用注射模一次成型，在杆體本體111相對兩側面上均設置有斷續狀凹槽一，所述斷續狀凹槽一包括沿杆體本體111的長度方向依次分布的多個分凹槽一3，在每個分凹槽一3的底面上設置有多條凸筋4，從而使得每個分凹槽一3又被多條凸筋4分割成多個小凹槽311。高分子材料可採用尼龍、玻璃纖維和碳纖維等材料。
如圖5所示，在球頭112的相對兩側面上均設置有斷續狀凹槽二，所述斷續狀凹槽二包括沿圓周周向依次分布的多個分凹槽二5，這樣在滿足推力杆使用要求的前提下，進一步降低了推力杆的重量。
如圖1和圖4所示，設置在每個分凹槽一3的凹槽底面上的多條凸筋4呈米字狀相交分布，在每個分凹槽一3的凹槽底面上還設置有凸塊8，所述凸塊8處於呈米字狀相交分布的多條凸筋4的相交點處，在本實施例中，凸塊8設置成圓形凸塊，這樣設置可以使力或者力矩均勻分布到每個圓形凸塊8上的多條凸筋4上,減小應力集中，提高產品的可靠性。
如圖6和圖7所示，在彈性球鉸的芯軸211與彈性體212之間還設置剛度調整塊9，剛度調整塊9由高分子材料製成。剛度調整塊9為中空的，設置剛度調整塊9是為了滿足推力杆在徑向、軸向、偏轉和扭轉等四個方向上的受力要求。根據推力杆的實際工作狀況，為滿足上述四個方向上的受力要求，可以將剛度調整塊9設置成不同形狀，如設置成中空的圓柱形，中空的球形或中空的駝峰形等，從而通過對剛度調整塊的形狀設計，來滿足推力杆在徑向、軸向、偏轉和扭轉等四個方向上的受力要求。
如圖6和圖8所示，在彈性球鉸的芯軸211的外圓周面上沿周向設置有環形凹槽10，所述環形凹槽10設置有多條（即兩條或兩條以上的環形凹槽），剛度調整塊9的內側面與帶有多條環形凹槽10的芯軸211的外圓周面相接觸，這樣能增加剛度調整塊與芯軸之間的附著力，防止剛度調整塊軸向竄出。
將在同一懸架產品中本實施例的輕量化推力杆與傳統的推力杆進行比較後的數據如下表：
從上表可以看出，本實施例中輕量化推力杆比傳統推力杆的重量大大減輕了，達到了輕量化的要求。
實施例2：如圖9所示，與實施例1相比，不同之處在於：設置在每個分凹槽一3的凹槽底面上的多條凸筋4之間相互平行，多條凸筋4均沿平行於杆體本體111長度方向設置，這樣設置可以形成對稱結構，使杆體各個部位的應力情況基本一致，不會因為局部位置的應力過大而導致產品提前破壞。
實施例3：如圖10所示，與實施例1相比，不同之處在於：設置在每個分凹槽一3的凹槽底面上的多條凸筋4之間相互平行，多條凸筋4均沿垂直於杆體本體長度方向設置，這樣設置可以增大產品的抗彎能力，已達到減小橫截面積降低產品重量的目的。
實施例4：如圖11所示，與實施例1相比，不同之處在於：設置在每個分凹槽一3的凹槽底面上的多條凸筋4呈網格狀相交設置，這樣設置可以提高產品的整體穩定性，並且因為杆件是高分子材料，能夠充分發揮材料的強度，達到節省材料和降低重量的目的，還可以提高產品的抗振性能。
綜上，本發明通過將推力杆的杆體和彈性球鉸的芯軸採用高分子材料利用注射模一次成型且將杆體本體的相對兩側面均設置成斷續狀結構凹槽並在斷續狀結構凹槽中設置多條凸筋，類似蜂窩狀結構，使得本發明中的推力杆在滿足推力杆使用要求的前提下，可以實現比傳統結構推力杆降重約40%-60%，滿足了輕量化的要求。本發明中推力杆的杆體和球頭是採用注射模一次成型的，不需預留多餘的結構，從這一方面來說，也減輕了整個推力杆的重量。本發明中杆體採用高分子材料注射一次成型，實現了在杆體的側面上增設斷續狀凹槽結構的設計目的，在減輕推力杆重量的同時，還滿足了推力杆對抗彎、抗扭轉等方面的要求。通過將球頭的相對兩側面上也設置成帶有斷續狀凹槽二的側面，這樣在滿足推力杆使用要求的前提下，進一步降低了推力杆的重量。根據推力杆的實際工作狀況，可在不同位置中的小凹槽和/或分凹槽二中設置金屬鑲嵌塊，以滿足推力杆的不同受力要求，使得本發明中的推力杆適用性強。在球頭中增設金屬套，將彈性球鉸裝配到金屬套的內腔中，增加了彈性球鉸和球頭之間的壓出力，避免了因壓出力不夠，彈性球鉸軸向竄出問題的發生，保證了推力杆的功能。在彈性球鉸的芯軸與彈性體之間增設剛度調整塊，通過對剛度調整塊的形狀設計，來滿足了推力杆在徑向、軸向、偏轉和扭轉等四個方向上的受力要求。
以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化或變換，因此所有等同的技術方案也應該屬於本發明的保護範圍，本發明的保護範圍應該由各權利要求限定。