一种重卡用变速箱辅助悬置总成及车辆的制作方法

1.本发明涉及车辆动力总成安装技术领域，具体的涉及一种重卡用变速箱辅助悬置总成及车辆。


背景技术：

2.重型卡车的动力总成长度通常在1.5米以上，动力总成通过悬置系统安装在车架上，悬置系统在其中的作用主要为：支撑和固定动力总成，限制动力总成的过量位移；在发动机和车架之间起到隔振作用。
3.如图1所示重卡通常采用6点悬置系统，即位于动力总成前端底部的a点悬置(左右对称布置)，安装在飞轮壳上的b点悬置(左右对称布置)，还有安装在变速箱末端顶部的e点辅助悬置(含两个软垫)，a点和b点悬置用于承载动力总成的主要载荷，e点在车辆如过坑、过坎等极限工况下辅助承担垂向(z向)动力总成的载荷，并且在车辆急转弯等工况下需要辅助承担较小的受其他两个方向(x向和y向)的载荷。这是由于变速箱在安装后类似于悬臂梁结构悬挂在动力总成的末端，且变速箱重量约300kg，长度也接近1米，在这些工况下相当于变速箱重量对发动机后端面施加一个弯矩的作用。若这个弯矩超过一定限值轻则导致变速箱大端面一圈安装螺栓的被拉长并松脱，重则损坏变速箱的壳体和发动机的缸体。
4.由于变速箱壳体较薄，强度较弱，若动力总成的载荷过多地通过变速箱壳体悬置安装孔位承担，则极易导致壳体的损坏。因此，对于e点悬置的载荷分配原则为在降低飞轮壳弯矩的同时，还不能导致该辅助软垫总成导致变速箱壳体的损坏。故必须精确地设定e点辅助软垫总成所承担的极限载荷量。
5.变速箱辅助悬置还需要承担的一个功能是吸收动力总成装配后的公差。当动力总成安装到a点和b点悬置上以后，再考虑到车架的公差，所有的累积的公差全部需要通过变速箱辅助悬置释放。否则这些累积公差将通过挤压橡胶隔振单元得以释放，这样将较大影响橡胶的隔振性能。
6.现有技术一种车辆动力总成悬置辅助支撑装置及具有其的车辆(cn 109606091a)，其中连接梁与弹性过渡托架之间、弹性过渡托架与减振橡胶垫之间以及减振橡胶垫与连接托架之间都通过螺栓相连接，并最终整体固定在车架的纵梁上，连接梁安装在变速箱e点辅助支撑安装孔位上，并作为变速箱的一部分。连接托架用于支撑和固定减振橡胶垫。动力总成运动时，振动和载荷通过连接梁、弹性过渡托架传递到橡胶减振橡胶垫上，利用橡胶材料的弹性和阻尼特性衰减来自动力总成的振动和承载变速箱承受的高g载荷的作用。但是该方案还存在以下不足之处：
7.1.隔振橡胶厚度不足，刚度过大，过多的分担了动力总成的载荷；
8.现有技术方案的e点垂向刚度略高于a点、b点的刚度，若动力总成垂向或侧向跳动时，在运动相同位移的情况下，e点所受到的载荷也必然略高于a点、b点；
9.现有技术方案的橡胶弹性体总高度为46mm，主簧钢制外骨架厚度4mm，在弹性体的中部设计有长度为27mm的钢制螺纹套管结构，用于通过螺栓8连接部件2。故真正有效的橡
胶厚度仅仅为15mm(46-4-27＝15mm)。有效橡胶厚度的不足，橡胶在受到压缩载荷时无足够的运动量，最终表现出橡胶弹性体刚度过大。若直接在此结构基础上降低胶料硬度来实现较低的刚度的办法不可行。因为胶料厚度太薄，直接降低胶料硬度带来的刚度变化不是很明显反而导致橡胶的抗疲劳性能降低。
10.2.现有结构在z向和y向无限位特征，隔振软垫易于开裂；
11.现有技术在使用中还表现出橡胶弹性体与金属外骨架之间的硫化层开裂，若变速箱垂直向上(z向)跳动或侧向(y向)跳动，变速箱的拉伸载荷传递在橡胶弹性体上，橡胶隔振单元无硬限位设计，导致其无法有效地抑制变速箱的跳动量，长期过大的拉伸量导致橡胶与外侧金属骨架发生疲劳开裂，降低使用寿命。
12.3.现有结构中，y向的载荷过大。
13.由于橡胶呈现楔形45
°
对称布置，在刚度分解上，z向的刚度等同于y向的刚度。无法单独降低其他两个方向(x向和y向)的刚度，导致y向的刚度等于甚至大于z向的刚度，故变速箱壳体在y向的载荷过大，无法满足变速箱的安装要求。


技术实现要素：

14.本发明为了解决上述问题设计了一种重卡用变速箱辅助悬置总成及车辆，使隔振软垫通过外骨架、过渡支架和托架与车架相连接，并且在托架和过渡支架上设计有长条孔，其具有三个方向的容差调节能力，防止橡胶在装配过程中发生扭曲变形，提升使用寿命。
15.为解决上述的技术问题，本发明提供了一种重卡用变速箱辅助悬置总成，包括横梁和托架，其特征在于：所述的托架设置有两个，两个托架都通过第一螺栓与第一螺母的配合安装到车架上，所述横梁的两端各安装有一个隔振软垫并与之组成变速箱吊架，所述的隔振软垫通过第二螺栓与第二螺母安装在横梁上，所述变速箱吊架通过第三螺栓安装到变速箱上，连接在横梁两端的隔振软垫各连接有一个过渡支架并通过过渡支架分别与两侧的托架相连，所述的过渡支架通过第四螺栓和第三螺母的配合与托架相连。
16.进一步：所述的隔振软垫是由外骨架、内骨架和隔振橡胶所组成，所述的隔振橡胶设置在内骨架内，所述的内骨架的一端插入至隔振橡胶内并将隔振橡胶分为相连的上下两部分，所述内骨架上开设有与第二螺栓相匹配的软垫安装孔，所述的内骨架呈“c”型，所述的隔振橡胶水平设置。
17.又进一步：所述的内骨架的一端插入至隔振橡胶内的深度为隔振橡胶总深度的2/3。
18.又进一步：所述的外骨架和过渡支架的侧面螺栓孔连接，所述外骨架的前端面上固定有三根预埋螺栓，所述过渡支架的侧面相对于三根预埋螺栓的位置开设有侧面螺栓孔，预埋螺栓穿过侧面螺栓孔并通过与第四螺母的配合使过渡支架与外骨架固定连接。
19.又进一步：所述过渡支架的底面螺栓孔又与托架的螺栓孔刚性连接到一起并最终安装在车架上，所述的底面螺栓孔和所述的螺栓孔分别与第四螺栓相匹配。
20.又进一步：所述的过渡支架上的侧面螺栓孔为长条孔，其呈z向设置，所述的过渡支架上还设置有呈y向设置的第一长条孔，所述的托架上设置有x向设置的第二长条孔，所述的第四螺栓依次穿过第一长条孔和第二长条孔并通过与第三螺母的配合使过渡支架与托架固定连接。
21.又进一步：所述的横梁呈u型并且其的两端向外侧翻折，横梁向外侧的翻折部与内骨架相连并且其上开设有与第二螺栓相匹配的第一安装孔，所述横梁上还开设有若干个与第三螺栓相匹配的第二安装孔。
22.再进一步：所述的托架与车架连接的一面上还开设有与第一螺栓相匹配的托架安装孔，设置有托架安装孔的托架的一面上还开设有第一托架减重孔，所述托架的顶面开设有第二托架减重孔，所述托架前后侧面上也开设有第三托架减重孔。
23.本发明还提供了一种车辆，所述的车辆包括上述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成。
24.采用上述结构后，本发明中的隔振软垫通过外骨架、过渡支架和托架与车架相连接，并且在托架和过渡支架上设计有长条孔，其具有三个方向的容差调节能力，防止橡胶在装配过程中发生扭曲变形，提升使用寿命；而且本发明中的隔振橡胶外侧设有“c”形的外骨架，确保其在z向和y向有限位能力，以免疲劳损坏；并且本发明中的隔振橡胶呈水平设置，确保侧向(y向)的刚度和承载能力仅仅为垂向(z向)的25％～30％，确保变速箱壳体的受力更加合理。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.图1为本发明的立体结构图。
27.图2为本发明的主视结构图。
28.图3为本发明的俯视结构图。
29.图4为托架的立体结构图。
30.图5为托架的俯视结构图。
31.图6为过渡支架的立体结构图。
32.图7为过渡支架的俯视结构图。
33.图8为过渡支架的侧视结构图。
34.图9为隔振软垫的立体结构图。
35.图10为隔振软垫的侧视结构图。
36.图11为隔振软垫的主视结构图。
37.图12为隔振软垫的内部结构图。
38.图13为横梁的立体结构图。
39.图14为横梁的俯视结构图。
具体实施方式
40.如图1、图2和图3所示的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，包括横梁5和托架2，所述的托架设置有两个，两个托架都通过第一螺栓7与第一螺母1的配合安装到车架上，所述横梁的两端各安装有一个隔振软垫4并与之组成变速箱吊架，所述的隔振软垫4通过第二螺栓与第二螺母9安装在横梁上，所述变速箱吊架通过第三螺栓10安装到变速箱上，连接在横梁两端的隔振软垫各连接有一个过渡支架3并通过过渡支架分别与两侧的托架相连，所述的过渡支架通过第四螺栓6和第三螺母8的配合与托架相连。
41.如图9、图10和图12所示的隔振软垫是由外骨架19、内骨架21和隔振橡胶20所组成，所述的隔振橡胶设置在内骨架内，所述的内骨架的一端插入至隔振橡胶内并将隔振橡胶分为相连的上下两部分，所述内骨架上开设有与第二螺栓相匹配的软垫安装孔22，所述的内骨架呈“c”型，所述的隔振橡胶水平设置，所述的内骨架的一端插入至隔振橡胶内的深度为隔振橡胶总深度的2/3。
42.如图6、图8、图9和图11所示的外骨架19和过渡支架3的侧面螺栓孔17连接，所述外骨架的前端面上固定有三根预埋螺栓18，所述过渡支架3的侧面相对于三根预埋螺栓的位置开设有侧面螺栓孔17，预埋螺栓穿过侧面螺栓孔并通过与第四螺母11的配合使过渡支架与外骨架固定连接。
43.如图4、图5、图6和图7所示过渡支架3的底面螺栓孔16又与托架2的螺栓孔15刚性连接到一起并最终安装在车架上，所述的底面螺栓孔和所述的螺栓孔15分别与第四螺栓相匹配；所述的过渡支架上的侧面螺栓孔为长条孔，其呈z向设置，所述的过渡支架上还设置有呈y向设置的第一长条孔16，所述的托架上设置有x向设置的第二长条孔15，所述的第四螺栓依次穿过第一长条孔和第二长条孔并通过与第三螺母的配合使过渡支架与托架固定连接。
44.如图13和图14的横梁呈u型并且其的两端向外侧翻折，横梁向外侧的翻折部与内骨架相连并且其上开设有与第二螺栓相匹配的第一安装孔23，所述横梁上还开设有若干个与第三螺栓相匹配的第二安装孔24。
45.如图4和图5所示的托架与车架连接的一面上还开设有与第一螺栓相匹配的托架安装孔12，设置有托架安装孔的托架的一面上还开设有第一托架减重孔13，所述托架的顶面开设有第二托架减重孔14，所述托架前后侧面上也开设有第三托架减重孔25。
46.本发明还提供了一种车辆，所述的车辆包括上述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成。
47.横梁5底部与变速箱连接，两端与软垫4的内骨架21连接。这样，横梁5和内骨架21均可看作为变速箱的一部分，随着变速箱的振动而振动。这个振动主要由动力总成的内部激励而产生。软垫4的外骨架19和过渡支架3的侧面螺栓孔17连接，而过渡支架3的底面螺栓孔16又与托架2的螺栓孔15刚性连接到一起并最终安装在车架上，最终可以看作为车架的一部分。并且随着车架的运动而运动。车架的运动主要由车辆的行驶工况而定，比如车辆过坑、过坎、急加速、急减速和急转弯等。
48.在车架和变速箱之间通过隔振软垫4起到双向隔振的作用。隔振软垫4内起隔振作用的是隔振橡胶20，隔振橡胶被内骨架21分为上、下(或称为顶部、顶部)两部分。隔振橡胶20与内外骨架19和21的连接方式采用的是硫化工艺。内骨架21插入到橡胶20的深度约为橡胶总深度的2/3。
49.隔振橡胶为天然橡胶，为超弹性材料，其内部同时存在着刚度和阻尼的作用。刚度作用类似于弹簧，能利用自身的形变吸收外部传递过来的力或位移，并转化为能量存储在其中。但同时橡胶内部的阻尼作用还可以吸收一部分能量转化为热量散发出去，可以良好地消减振动的幅值。
50.例如，当车辆行驶进入凹坑时，车架瞬间将有一个向下的运动，但此时动力总成由于惯性的作用依然保持静止，此时两者的相对运动量将由隔振软垫4吸收。同理，当处于换
挡、急加速等工况下动力总成自身有较大的载荷波动时，软垫内骨架与动力总成一起运动，而车架在惯性的作用下依然保持原有的状态，此时两者的相对运动位移量同样由隔振软垫4吸收。
51.在本发明中，在橡胶的y和z运动方向上均设计有限位特征。确保橡胶的变形量可以控制在一定的范围内，以免橡胶发生开裂。以下将详细阐述。
52.当动力总成在z方向运动时，以动力总成有一个垂直向上(z+)的跳动举例，此时隔振软垫4的内骨架21在横梁5的带动上一起运动。而隔振软垫4外侧的类似于“c”形的外骨架19采用高强度材料制作，不易发生弹性变形，并作为车架的外延部分处于相对静止状态。故内骨架21的运动只能被限制在“c”形外骨架19的开口范围内。
53.在小幅值的运动下，橡胶单元20的上部受到压缩的作用，下部受到拉伸的作用。由于橡胶的缓冲作用，外骨架19上、下底面的反作用力几乎忽略不计。
54.在大幅值的运动下，由于“c”形外骨架19开口范围的刚性限制，并且考虑到橡胶的可压缩性，最终大约上升到内骨架21上部(顶部)橡胶厚度的2/3时，橡胶无法进一步被压缩。内骨架下部(底部)的橡胶在受到拉伸2/3时同样也不能被进一步拉伸。这样可以有效地保护橡胶单元20，确保其不能被频繁的大幅度的拉伸导致其开裂。
55.z-方向同理。动力总成在z方向运动时，本发明的产品在其小幅值运动时具有隔振性能，在大幅值运动时，具有良好的限位性能。确保不易开裂。
56.当动力总成在y方向运动时，同样具有有效的隔振和限位能力。以y+方向运动举例，在小幅值运动时，内骨架21跟随一起运动，其前端的橡胶起到隔振缓冲作用。在大幅值运动时，由于“c”形外骨架侧面的刚性限制，内骨架21前端的橡胶被压缩到大约2/3时同样无法再进一步运动。故本发明在y向同样有抑制橡胶过量运动的能力，有效地防止橡胶在大位移下的疲劳开裂。
57.动力总成在x方向的运动抑制能力由其他主悬置提供，本发明中的变速箱幅值悬置不提供该方向的限位能力。
58.橡胶每个方向的刚度性能决定了在该方向承载能力的大小。动力总成的载荷由a点、b点和e点共同承担。在动力总成位移量一定的情况下，这三个安装点中刚度最低的点则承担的载荷最小。为了确保变速箱辅助软垫的z向载荷同时满足变速箱壳体的承载能力和发动机后端飞轮壳弯矩的限值，在本发明中可以通过精确调整隔振橡胶20的硬度实现。在本发明中，隔振橡胶20的硬度调节范围为邵氏40～50度。
59.在本发明中，从上述小结可知，在z向运动时，橡胶20上、下侧的一侧受到拉伸另外一侧受到压缩作用；在y向运动时，仅仅内骨架21前端的橡胶受到压缩而其上、下两侧均受到剪切作用；在x方向运动时，隔振橡胶20完全受到剪切的作用。在利用隔振橡胶的压缩或拉伸刚度约为剪切刚度的4倍这一特性，可知，该辅助软垫总成可以良好地实现主要承载垂向载荷，并且较少地(z向载荷的25％～30％)承载其他两个方向的载荷。
60.故本发明的刚度特性可良好地满足载荷需求。
61.在本发明中，变速箱辅助软垫还有x、y和z向的容差调节能力。容差的调节主要是为了考虑到车架的制造公差、辅助悬置的制造公差和动力总成的安装公差。增加该调节能力后，可以确保隔振软垫4在安装后依然处于自然状态，这样可以进一步提升其隔振性能。若辅助软垫总成没有这三个方向的调节能力，所有零部件的制造、安装公差全部由隔振橡
胶吸收，往往导致隔振橡胶4安装后处于扭曲状态，极大地缩短其使用寿命和降低其隔振性能。
62.在实现方式上，在z向的容差调节能力由过渡支架3上的3个z向的长条孔17实现。利用长条孔17释放在z向上的累积公差，否则只能通过预压缩或拉伸橡胶体20释放。这样将显著影响橡胶的隔振性能和疲劳耐久性能。
63.在y向的容差调节能力则是由过渡支架3上的y向长条孔16实现。无论车架或者动力总成在制造或装配时有y+或y-的公差时，都可以通过长条孔16实现。以免挤压到隔振橡胶20。
64.在x向的容差调节能力则是由x向长条孔15实现。公差产生原因同上，也可以在x向尽可能地确保隔振橡胶20在装配过程中处于自然状态，不受额外的剪切作用。
65.故在总装过程中，只需要最后安装过渡支架3即可，简单高效。
66.综上所述，本发明中的隔振软垫通过外骨架、过渡支架和托架与车架相连接，并且在托架和过渡支架上设计有长条孔，其具有三个方向的容差调节能力，防止橡胶在装配过程中发生扭曲变形，提升使用寿命；而且本发明中的隔振橡胶外侧设有“c”形的外骨架，确保其在z向和y向有限位能力，以免疲劳损坏；并且本发明中的隔振橡胶呈水平设置，确保侧向(y向)的刚度和承载能力仅仅为垂向(z向)的25％～30％，确保变速箱壳体的受力更加合理。
67.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种重卡用变速箱辅助悬置总成，包括横梁(5)和托架(2)，其特征在于：所述的托架设置有两个，两个托架都通过第一螺栓(7)与第一螺母(1)的配合安装到车架上，所述横梁的两端各安装有一个隔振软垫(4)并与之组成变速箱吊架，所述的隔振软垫(4)通过第二螺栓与第二螺母(9)安装在横梁上，所述变速箱吊架通过第三螺栓(10)安装到变速箱上，连接在横梁两端的隔振软垫各连接有一个过渡支架(3)并通过过渡支架分别与两侧的托架相连，所述的过渡支架通过第四螺栓(6)和第三螺母(8)的配合与托架相连。2.根据权利要求1所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，其特征在于：所述的隔振软垫是由外骨架(19)、内骨架(21)和隔振橡胶(20)所组成，所述的隔振橡胶设置在内骨架内，所述的内骨架的一端插入至隔振橡胶内并将隔振橡胶分为相连的上下两部分，所述内骨架上开设有与第二螺栓相匹配的软垫安装孔(22)，所述的内骨架呈“c”型，所述的隔振橡胶水平设置。3.根据权利要求1所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，其特征在于：所述的内骨架的一端插入至隔振橡胶内的深度为隔振橡胶总深度的2/3。4.根据权利要求2所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，其特征在于：所述的外骨架(19)和过渡支架(3)的侧面螺栓孔(17)连接，所述外骨架的前端面上固定有三根预埋螺栓(18)，所述过渡支架(3)的侧面相对于三根预埋螺栓的位置开设有侧面螺栓孔(17)，预埋螺栓穿过侧面螺栓孔并通过与第四螺母(11)的配合使过渡支架与外骨架固定连接。5.根据权利要求2所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，其特征在于：所述过渡支架(3)的底面螺栓孔(16)又与托架(2)的螺栓孔(15)刚性连接到一起并最终安装在车架上，所述的底面螺栓孔和所述的螺栓孔(15)分别与第四螺栓相匹配。6.根据权利要求4所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，其特征在于：所述的过渡支架上的侧面螺栓孔为长条孔，其呈z向设置，所述的过渡支架上还设置有呈y向设置的第一长条孔(16)，所述的托架上设置有x向设置的第二长条孔(15)，所述的第四螺栓依次穿过第一长条孔和第二长条孔并通过与第三螺母的配合使过渡支架与托架固定连接。7.根据权利要求1所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，其特征在于：所述的横梁呈u型并且其的两端向外侧翻折，横梁向外侧的翻折部与内骨架相连并且其上开设有与第二螺栓相匹配的第一安装孔(23)，所述横梁上还开设有若干个与第三螺栓相匹配的第二安装孔(24)。8.根据权利要求1所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成，其特征在于：所述的托架与车架连接的一面上还开设有与第一螺栓相匹配的托架安装孔(12)，设置有托架安装孔的托架的一面上还开设有第一托架减重孔(13)，所述托架的顶面开设有第二托架减重孔(14)，所述托架前后侧面上也开设有第三托架减重孔(25)。9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的一种重卡用变速箱辅助悬置总成。

技术总结
本发明涉及一种重卡用变速箱辅助悬置总成及车辆，其中一种重卡用变速箱辅助悬置总成包括横梁和托架，其特征在于：所述的托架设置有两个，两个托架都通过第一螺栓与第一螺母的配合安装到车架上，所述横梁的两端各安装有一个隔振软垫并与之组成变速箱吊架，所述的隔振软垫通过第二螺栓与第二螺母安装在横梁上，所述变速箱吊架通过第三螺栓安装到变速箱上，连接在横梁两端的隔振软垫各连接有一个过渡支架并通过过渡支架分别与两侧的托架相连。本发明中的隔振软垫通过外骨架、过渡支架和托架与车架相连接，并且在托架和过渡支架上设计有长条孔，其具有三个方向的容差调节能力，防止橡胶在装配过程中发生扭曲变形，提升使用寿命。提升使用寿命。提升使用寿命。


技术研发人员：董加加 张鑫 符鹏 刘兴正
受保护的技术使用者：北汽重型汽车有限公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/6