DD277643A1

DD277643A1 - Starrachse fuer kraftfahrzeuge und deren anhaenger, insbesondere nutzkraftwagen mit laengsblattfederaufhaengung

Info

Publication number: DD277643A1
Application number: DD32267688A
Authority: DD
Inventors: Herbert Huebner; Juergen Dobberschuetz
Original assignee: Robur Werke Zittau Veb
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1990-04-11
Also published as: DD277643B5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Starrachse fuer Kraftfahrzeuge und deren Anhaenger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Laengsblattfederaufhaengung, wobei das Achsmittelteil der Starrachse fuer hohe Belastungen und eine hohe Tragfaehigkeit geeignet ist. Die Erfindung ist im Fahrzeug- und Maschinenbau anwendbar. Ein Achsmittelteil einer Starrachse weist Querschnitte mit einer in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Haupttraegheitsachse auf, wobei deren Neigung gegenueber einer rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden groesser als die Neigung der Drehachse der Achsschenkellagerung der Starrachse gegenueber derselben Geraden (Nachlaufwinkel) ist. Dadurch wird eine festigkeitsmaessig optimale Werkstoffauslastung erreicht, die sich einerseits in Form einer Massereduzierung des Achsmittelteils oder andererseits bei gleichbleibender Masse in Form einer Erhoehung der Tragfaehigkeit der Achse auswirkt. Fig. 1

Description

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Achsmittelteil einer Starrachse Querschnitte mit einer in Richtung

der maximalen resultierenden Belastung geneigten Hauptträgheitsachse aufweist, wobei deren Neigung gegenüber einerrechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden größer als die Neigung der Drehachse der Achsschenkellagerung der

Starrachse gegenüber derselben Geraden (Nachlaufwinkel) ist. Dabei wird auf die Hauptträgheitsachse der beiden rechtwinklig aufeinander stehenden und durch den Schwerpunkt des Querschnittes verlaufenden Hauptträgheitsachsen Bezug genommen, die rechtwinklig auf der Hauptträgheitsachse mit dem

größten axialen Trägheitsmoment steht. Die maximale Belastung kommt beim Fahrzustand mit extremer Bremsung aus der

Geradeausfahrt zur Wirkung. Bei diesem Fahrzustand wirken neben den senkrecht zur Fahrbahn gerichteten Kräften (statische Achslast und Kräfte aus der dynamischen Achslastverlagerung) auch Kräfte in Richtung der Fahrbahn (Bremskräfte). Diese Kräfte

lassen sich zu einer resultierenden Kraft zusammenfassen, deren WinVungsrichtung im Extremfall einen Winkel von etwa 45° zueiner rechtwinklig zur Fahrbahn verlaufenden Geraden bildet. Diese resultierende Kraft hat sich durch die Verbesserung der

Radbremsen, die eine nahezu vollständige Ausnutzung der Straßenbelagreibungszahlen ermöglichen, erhöht. Für die maximale

resultierende Belastung ist ferner zu berücksichtigen, daß durch die Wirkung von Bremsmomenten eine Längsblattfederverformt und somit die Einbaulage der Achse verändert wird. Das führt folglich auch zu einer Verkleinerung des

Nachlaufwinkels. Die Schaffung von Querschnitten am Achsmittelteil einer Starrachse, bei denen die Hauptträ' 'leitsachse annähernd in der Richtung der resultierenden Kraft liegt, ermöglicht eine festigkeitsmäßig optimale Werkstoff..uslastung, die sich einerseits in Form einer Massereduzierung des Achsmittelteils oder andererseits bei gleichbleibender Masse in Form einer Erhöhung der Tragfähigkeit der Achse auswirkt. Der Querschnitt des Achsmittelteils zwischen den Federauflagen, wo die Hauptbelastung ein Biegeanteil ist, kann vorteilhaft

einen oberen Flansch und einen unteren Flansch aufweisen, weiche asymmetrisch an einem in Richtung der maximalenresultierenden Belastung geneigten Steg angeordnet sind. Die Einbaulage des Querschnittes des Achsmittelteils zu einerrechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden sowie die Neigung der Drehachse der Achsschenkellagerung gegenüberderselben Geraden (Nachlaufwinkel) wird durch die Wirkung der maximalen resultierenden Belastung verändert, wobei die

Neigung der Hauptträgheitsachse des Querschnittes des Achsmittelteils zu der rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden abhängig vom Nachlaufwinkel ist. Der den oberen Flansch und unteren Flansch mit dem dieselben verbindenden Steg aufweisende asymmetrische Querschnitt

des Achsmittelteils ist so ausgebildet, daß eine ebene Formteilung über dos gesamte Achsmittelteil möglich ist, um einekostengünstige Fertigung zu gewährleisten.

Der Querschnitt des Achr.mittelteils zwischen einer Federauflage und einem Faustauge, wo Torsions- und Biegebelastungen

auftreten, kann bevorzugt eine in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigte elliptische Form aufweisen. Diese

Form ermöglicht eine gute Spannungsverteilung im Zusammenhang mit d Ji in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Hauptträgheitsachse. Der Übergang von der geschlossenen zur offenen Querschnittsform erfolgt vorteilhaft im Bereich der Federauflage, wo die Torsionskräfte von den Federn aufgenommen werden. Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: Achsmittelteilquerschnitt zwischen den Federauflagen einer Starrochse bei einer aus maximaler Belastung

resultierenden Einbaustallung Fig. 2: Achsmittelquerschnitt zwischen der Federauflage und dem Faustauge einer Starrachse bei einer Einbaustellung

entsprechend Fig. 1 Fig. 3: Starrachse mit den Achsmittelteilquerschnitten aus Fig. 1 und Fig. 2 in perspektivischer Ansicht.

Ein Achsmittelteil ι weist zwischen zwei auf diesem angeordneten Federauflagen 2, wo eine Biegebeanspruchung auftritt, einen Querschnitt 3 auf, der aus einem oberen Flansch 4 und einem unteren Flansch 5, welche asymmetrisch an einem in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Steg 6 angeordnet sind, besteht. Der Querschnitt 3 weist eine in Richtung der .maximalen resultierenden Belastung geneigte Hauptträgheitsachse y auf, deren Neigung a gegenüber einer rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden S größer als eine den Nachlaufwinkel bestimmende Neigung b der Drehachse c der Achsschenkellagerung gegenüber der Geraden S ist, wodurch eine festigkeitsmäßig optimale Werkstoffauslastung erreicht wird.

Zwischen einer Federauflage 2 und einem Faustauge 7 des Achsmittelteils 1, wo Torsions- und Biegebelastungon auftreten, weist das Achsmittelteil 1 einen Querschnitt 8 mit einer in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten elliptischen Form auf, wodurch eine gute Spannungsverteilung in Zusammenhang mit der in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Hauptträgheitsachse y erreicht wird.

Der Übergang vom geschlossenen Querschnitt 8 zum offenen Querschnitt 3 erfolgt entsprechend Fig.3 im Bereich der Federauflagen 2, wo die Torsionskräfte von den Federn aufgenommen werden.

1. Starrachse ^für Kraftfahrzeuge und deren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Längsblattfederaufhängung, wobei die Feder an einem Achsmittelteil befestigt ist, das an seinen beiden Enden je ein Faustauge zur Aufnahme einer Achsschenkellagerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsmittelteil (1) Querschnitte (3; 8) mit einer in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Hauptträgheitsachse (y) aufweist, wobei deren Neigung (a) gegenüber einer rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden (S) größer als die Neigung (b) der Drehachse (c) der Achsschenkellagerung gegenüber der Geraden (S) ist.

2. Starrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß e'er Querschnitt (3) einen oberen Flansch (4) und einen unteren Flansch (5) aufweist, welche asymmetrisch an einem in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Steg (6) angeordnet sind.

3. Starrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (8) nach einer in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten elliptischen Form ausgebildet ist.

4. Starrachse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (3) nach den fertigungstechnischen Bedingungen einer ebenen Formteilung über das gesamte Achsmittelteil (1) ausgebildet ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Starrachse für Kraftfahrzeuge und deren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Längsblattfederaufhängung, wobei das Achsmittelteil der Starrachse für hohe Belastungen und eine hohe Tragfähigkeit geeignet ist

Die Erfindung ist im Fahrzeug- und Maschinenbau anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist allgemein bekannt, den Querschnitt eines Achsmittelteils einer Starrachse symmetrisch auszubilden, wobei die Richtung der Symmetrieachse, die gleichzeitig Hauptträgheitsachse ist, mit dar Richtung der Drehachse der Achsschenkellagerung, die in Einbaulage am Kraftfahrzeug durch den Nachlaufwinkel bestimmt ist, übereinstimmt.

Bei einer Achsaufhängung durch Blattfedern erfolgt die Befestigung der Blattfedern am Achsrnittelteil rechtwinklig zur Drehachse der Achsschenkellagerung, wobei eventuelle Abweichungen in der Rechtwinkligkeit der Drehachse der Achsschenkellagerung zu den Blattfedern durch 7wischenlegen von Keilen ausgeglichen werden.

Zur Gestaltoptimierung des Achsmittelteils von Starrachsen werden symmetrische Querschnitte unter Berücksichtigung der Bauteilformdehngrenze bei maximalen Belastungszuständen mit einer geringeren Querschnittsfläche dimensioniert, um eine Reduzierung der Achsmasse zu erreichen.

Derartige Gestaltungen und Anordnungen des Achsmittelteils von Starrachsen sind jedoch wegen den unterschiedlichen Kraftwirkungsrichtungen zur Hauptträgheitsachse des Achsmittelteils und der damit verbundenen festigkeitsmäßig schlechten Materialauslastung noch immer zu materialaufwendig, so daß die ungefederte Achsmasse hoch ist und somit das Fahrverhalten negativ beeinflußt wird. Beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten führt eine hohe Achsmasse dazu, daß deren Beschleunigung eine zusätzliche Biegebeanspruchung des Achsmittelteils bewirkt. Zum anderen sind der Dimensionierung geringerer Querschnittsflächen bei symmetrischen Querschnitten des Achsmittelteils bezüglich der Tragfähigkeit der Achse Grenzen gesetzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln und fertigungstechnisch geringem Aufwand eine Starrachse für Kraftfahrzeuge und doren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Längsblattfederaufhängung zu schaffen, wobei das Achsmittelteil der Starrachse material- und kostonsparend ausgebildet und eine Massereduzierung bei ausreichend hoher Steifigkeit und Lobonsdauor ermöglicht wird, was zur Verbesserung des Fahrverhaltens des Fahrzeuges beiträgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt dio Aufgabo zugrunde, eine Starrachse fü. Kraftfahrzeuge und deren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagon mit Längsblattfederaufhängung zu schaffon, bei der eine symmetrische Ausbildung des Querschnitts des Achsmittolteils und die Anordnung dessen Hauptträgheitsachse in Richtung der Drehachse der Achsschenkellagerung vormieden und oino festigkoitsmäßig optimale Matorialauslastung zur Verringerung der ungefederten Achsmasse und Vorbesserung der Fahroigenschaften sowie eine Erhöhung dor Tragfähigkeit der Achso erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Achsn. itelteil einer Starrachse Querschnitte mit einer in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Hauptträgheitsachse aufweist, wobei deren Neigung gegenüber einer rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden größer als die Neigung der Drehachse der Achsschenkellagerung der Starrachse gegenüber derselben Geraden (Nachlaufwinkel) ist.

Dabei wird auf die Hauptträgheitsachse der beiden rechtwinklig aufeinander stehenden und durch den Schwerpunkt des Querschnittes verlaufenden Hauptträgheitsachsen Bezug genommen, die rechtwinklig auf der Hauptträgheitsachse mit dem größten axialen Trägheitsmoment steht. Die maximale Belastung kommt beim Fahrzustand mit extremer Bremsung aus der Geradeausfahrt zur Wirkung. Bei diesem Fahrzustand wirken neben den senkrecht zur Fahrbahn gerichteten Kräften (statische Achslast und Kräfte aus der dynamischen Achslastverlagerung) auch Kräfte in Richtung der Fahrbahn (Bremskräfte). Diese Kräfte lassen sich zu einer resultierenden Kraft zusammenfassen, deren Wirkungsrichtung im Extremfall einen Winkel von etwa 45° zu einer rechtwinklig zur Fahrbahn verlaufenden Geraden bildet. Diese resultierende Kraft hat sich durch die Verbesserung der Radbremsen, die eine nahezu vollständige Ausnutzung der Straßenbelagreibungszahlen ermöglichen, erhöht. Für die maximale resultierende Belastung ist ferner zu berücksichtigen, daß durch die Wirkung von Bremsmomenten eine Längsblattfeder verformt und somit die Einbaulage der Achse verändert wird. Das führt folglich auch zu einer Verkleinerung des Nachlaufwinkels.

Die Schaffung von Querschnitten am AchsmiUalteil einer Starrachse, bei denen die Hauptträgheitsachse annähernd in der Richtung der resultierenden Kraft liegt, ermöglicht eine festigkeitsmäßig optimale Werkstoffauslastung, die sich einerseits in Form einer Massereduzierung des Achsmittelteils oder andererseits bei gleichbleibender Masse in Form einer Erhöhung dor Tragfähigkeit der Achse auswirkt.

Der Querschnitt des Achsmittelteils zwischen den Federauflagen, wo die Hauptbelastung ein Biegeanteil ist, kann vorteilhaft einen oberen Flansch und einen unteren Flansch aufweisen, welche asymmetrisch an einem in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Steg angeordnet sind. Die Einbaulage des Querschnittes des Achsmittelteils zu einer rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden sowie die Neigung der Drehachse der Achsschenkellagerung gegenüber derselben Geraden (Nachlaufwinkel) wird durch die Wirkung der maximalen resultierenden Belastung vorändert, wobei die Neigung i'er Hauptträgheitsachse des Querschnittes des Achsmittelteils zu der rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden abhängig vom Nachlaufwinkel ist.

Der den oberen Flansch Und unteren Flansch mit dem diuselben verbindenden Steg aufweisende asymmetrische Querschnitt des Achsmittelteils ist so ausgebildet, daß eine ebene Formteilung über das gesamte Achsmittelteil möglich ist, um eine kostengünstige Fertigung zu gewährleisten.

Der Querschnitt des Achsmittelteils zwischen einer Federauflage und einem Faustauge, wo Torsions- und Biege belastungen antreten, kann bevorzugt eine in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigte elliptische Form aufweisen. Diese Furm ermöglicht eine gute Spannungsverteilung im Zusammenhang mit der in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Hauptträgheitsachse.

Der Übe'- ;ng von der geschlossenen zur offenen Querschnittsform erfolgt vorteilhaft im Bereic'i der Federauflage, wo die Torsionskräfte von den Federn aufgenommen werden.

Ausführungsbeisp.el

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Achsmittelteilquerschnitt zwischen den Federauflagen einer Starrachse bei einer aus maximaler Belastung

resultierenden Einbaustellung Fig. 2: Achsmittelquerschnitt zwischen der Federauflage und dem Faustauge einer Starrachse bei einer Einbaustellung

Ein Achsmittelteil 1 weist zwischen zwei auf diesem angeordneten Federauflagen 2, wo eine Biegebeanspruchung auftritt, einen Querschnitt 3 auf, der aus einem oberen Flansch 4 und einem unteren Flansch 5, welche asymmetrisch an einem in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Steg 6 angeordnet sind, besteht. Der Querschnitt 3 weist eine in Richtung der .maximalen resultierenden Belastung geneigte Hauptträgheitsachse y auf, deren Neigung a gegenüber einer rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden S größer als eine den Nachlaufwinkel bestimmende Neigung b der Drehachse c der Achsschenkellagerung gegenüber der Geraden S ist, wodurch eine festigkeitsmäßig optimale Werkstoffauslastung erreicht wird.

Zwischen einer Federauflage 2 und einem Fanstaugo 7 des Achsmittelteils 1, wo Torsions- und Biegebelastungen auftreten, weist das Achsmiltelteil 1 einen Querschnitt 8 mit einer in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten elliptischen Form auf, wodurch eine gute Spannungsverteilung in Zusammenhang mit der in Richtung der maximalen resultiorendon Belastung gonoigton Hauptträgheitsachse y erreicht wird.

Der Übergang vom geschlossenen Querschnitt 8 zum offenen Querschnitt 3 erfolgt entsprechend Fig. 3 im Bereich uc^r Fodorauflagen 2, wo die Torsionskiäfto von den Fodorn aufgenommen werdon.

Claims

1. Starrachse für Kraftfahrzeuge und deren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Längsblattfederaufhängung, wobei die Feder an einem Achsmittelteil befestigt ist, das an seinen beiden Enden je ein Faustauge zur Aufnahme einer Achsschenkellagerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsmittelteil (1) Querschnitte (3; 8) mit einer in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Hauptträgheitsachse (y) aufweist, wobei deren Neigung (a) gegenüber einer rechtwinklig zur Standebene verlaufenden Geraden (S) größer als die Neigung (b) der Drehachse (c) der Achsschenkellagerung gegenüber der Geraden (S) ist.

2. Starrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (3) einen oberen Flansch (4) und einen unteren Flansch (5) aufweist, welche asymmetrisch an einem in Richtung der maximalen resultierenden Belastung geneigten Steg (6) angeordnet sind.

4. Starrachse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (3) nach den fertigungstechnischen Bedingungen einer ebenen Fcrmteilung über das gesamte Achsmittelteil (1) ausgebildet ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Starrachse für Kraftfahrzeuge und deren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Längsblattfederaufhängung, wobei das Achsmittelteil der Starrachse für hohe Belastungen und eine hohe Tragfähigkeit geeignet ist.
Die Erfindung ist im Fahrzeug- und Maschinenbau anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei einer Achsaufhängung durch Blattfedern erfolgt die Befestigung der Blattfedern am Achsmittelteil rechtwinklig zur Drehachse der Achsschenkellagerung, wobei eventuelle Abweichungen in der Rechtwinkligkeit der Drehachse der Achsschenkellagerung zu den Blattfedern durch Zwischenlegen von Keilen ausgeglichen werden.

Zur Gestaltoptimierung des Achsmittelteils von Starrachsen werden symmetrische Querschnitte unter Berücksichtigung der Bauteilformdehngrenze bei maximalen Beiastungszuständen mit einer geringeren Querschnittsfläche dimensioniert, um eine Reduzierung der Achsmasse zu erreichen.

Derartige Gestaltungen und Anordnungen des Achsmittelteils von Starrachsen sind jedoch wegen den unterschiedlichen Kraftwirkungsrichtungen zur Hauptträgheitsachse des Achsmittelteils und der damit verbundenen festigkeitsmäßig schlechten Materialauslastung noch immerzu materialaufwendig, so daß die ungefederte Achsmasse hoch ist und somit das Fahrverhalten negativ beeinflußt wird. Beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten führt eine hohe Achsmasse dazu, daß deren Beschleunigung eine zusätzliche Biegebeanspruchung des Achsmittelteils bewirkt. Zum anderen sind der Dimensionierung geringerer Querschnittsflächen bei symmetrischen Querschnitten des Achsmittelteils bezüglich der Tragfähigkeit der Achse Grenzen gesetzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln und fertigungstechnisch geringem Aufwand eine Starrachse für Kraftfahrzeuge und deren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Längsblattfederaufhängung zu schaffen, wobei das Achsmittelteil der Starrachse material- und kostensparend ausgebildet und eine Massereduzierung bei ausreichend hoher Steifigkeit und Lebensdauer ermöglicht wird, was zur Verbesserung des Fahrverhaltens des Fahrzeuges beiträgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Starrachse für Kraftfahrzeuge und deren Anhänger, insbesondere Nutzkraftwagen mit Längsblattfederaufhängung zu schaffen, bei der eine symmetrische Ausbildung des Querschnitts des Achsmittelteils und die Anordnung dessen Haupttragheitsachse in Richtung der Drehachse der Achsschenkellagerung vermieden und eine festigkeitsmäßig optimale Materialauslastung zur Verringerung der ungefederten Achsmasse und Verbesserung der Fahreigenschaften sowie eine Erhöhung der Tragfähigkeit der Achse erreicht wird.