ЧЕТЫРЕХТОЧЕЧНЫЙ РЫЧАГ
FOUR-POINT LEVER

Изобретение относится к четырехточечному рычагу для подвески оси транспортного средства на раме транспортного средства, с четырьмя жестко соединенными друг с другом в центральной области и расходящимися от центральной области с образованием креста плечами рычага, из которых два первых плеча рычага выполнены с возможностью шарнирного соединения с рамой транспортного средства, а два вторых плеча рычага выполнены с возможностью шарнирного соединения с осью транспортного средства. Кроме того, изобретение относится к транспортному средству с таким четырехточечным рычагом.
Из ЕР 0776275 В1 известна подвеска оси для жестких осей в транспортных средствах, при этом ось транспортного средства соединена с кузовом транспортного средства посредством продольных рычагов подвески и одного четырехточечного рычага. На концах плеч выполненного в форме Х-образного креста четырехточечного рычага расположены шарниры для крепления на кузове и шарниры для крепления на оси транспортного средства.
Профиль поперечного сечения плеч рычага может быть двойным Т-образным или быть выполненным из полого профиля.
В DE 10050772 А1 раскрыта подвеска оси для жестких осей в транспортных средствах, состоящая из двух продольных рычагов подвески, соединяющих жесткую ось с кузовом транспортного средства, и из одного четырехточечного рычага, который с одной стороны шарнирно соединен с жесткой осью, а с другой стороны шарнирно соединен с кузовом транспортного средства. Четырехточечный рычаг состоит из полого, простирающегося параллельно продольной оси транспортного средства конструктивного элемента, на концах которого предусмотрено по два расположенных симметрично продольной оси конструктивного элемента и жестко соединенных с ним шарнирных плеча.
DE 102004014610 А1 описывает имеющий Х-образную форму четырехточечный рычаг для подвески жесткой оси грузового автомобиля, с центральной, полой областью корпуса и четырьмя соотнесенными с областями корпуса плечами рычага, на внешних концах которых выполнены опоры, снабженные шаровыми шарнирами или же эластомерными шарнирами. Полый корпус четырехточечного рычага имеет открытую с обеих сторон трубчатую форму и со всех четырех сторон сужен в средней части. Кроме того, плечи рычага имеют U- или С-образное сечение и плавно переходят в центральную, имеющую форму трубы область корпуса. Полый корпус может быть выполнен в виде формованной детали из металлического листа или в виде литой детали, при этом четырехточечный рычаг состоит, например, из аустенитно-бейнитного чугуна.
До сих пор на практике в силу технологических причин, из соображений экономии, прочности и веса, особо эффективными зарекомендовали себя две формы. Во-первых, это Х-образная форма, которая до сих пор изготавливается преимущественно ковкой. При этом в силу производственных причин в качестве поперечного сечения плеча образуется массивное прямоугольное поперечное сечение, которое относительно просто можно привести в соответствие с необходимыми свойствами скручивания и прочности. Недостатком для более экономичного производства, например посредством литья, полой геометрии согласно ЕР 0776275 В1 является ее полная замкнутость. В результате этого невозможна или возможна лишь очень ограниченно надежная технологическая опора образующего полое пространство сердечника. Следствием этого из-за всплытия сердечника во время литья могли бы быть неравномерные значения толщины стен и, тем самым, отрицательные прочностные свойства. Недостатком для изготавливаемой до сих пор способом ковки Х-образной геометрии является задаваемое производственной технологией прямоугольное сечение, которое влечет за собой большой вес конструктивного элемента и, тем самым, более высокие затраты. В мягком на скручивание кованном четырехточечном рычаге плечи, как правило, выполняются очень плоскими. В результате этого может возникать проблема, что головки корпуса в процессе ковки заполняются не полностью. Х-образная геометрия с двойным Т-образным сечением плеча требует для литья нескольких сердечников, которые удорожают конструктивный элемент. К тому же двойной Т-образный профиль является неблагоприятным для боковых нагрузок.
С другой стороны, хорошо зарекомендовала себя открытая с обеих сторон литая конструкция согласно DE 102004014610 A1. Эта форма отличается недорогостоящей и легкой заготовкой, а также полой конструкцией и, тем самым, обеспечивает некоторые преимущества по сравнению с кованным четырехточечным рычагом. Однако при мягких на скручивание характеристиках эта конструкция упирается в ее границы. Чтобы получить более мягкую характеристику, снижают, например, либо толщину стены, либо высоту сердечника. Однако обе эти меры имеют технологические пределы. Толщина стены должна иметь минимальный размер для того, чтобы мог быть отлит конструктивный элемент, а сердечник должен иметь минимальную высоту для того, чтобы при подаче на него жидкого чугуна он не сломался. Тем самым эта форма менее подходит для случая использования мягкой на скручивание характеристики. Уменьшение характеристики скручивания за счет более узкого конструктивного элемента возможно по причинам эксплуатационной прочности только в очень ограниченных пределах.
В четырехточечном рычаге согласно DE 10050772 A1, который состоит, по существу, из трубы с небольшими плечами для присоединения, характеристики скручивания практически полностью определяются трубой. Недостатки этой конструкции, с одной стороны, заключаются в технологии производства. Геометрию четырехточечного рычага из-за трубчатого профиля, как правило, выковать невозможно. Четырехточечный рычаг также лишь ограниченно подходит для изготовления литьем, так как внутренний диаметр из-за необходимой стабильности длинного литьевого сердечника не должен быть меньше минимума. Поскольку плечи рычага имеют прямоугольный профиль, существует опасность образования усадочных раковин, если они не выполняются очень тонкими. С другой стороны, эта геометрия не соответствует нагрузкам. При мягкой на скручивание характеристике трубчатый профиль в центре должен быть очень тонким или иметь небольшое поперечное сечение и, тем самым, обеспечивает лишь небольшое сопротивление боковой нагрузке. Также и плечи рычага в виде тонкого прямоугольного профиля имеют лишь небольшое сопротивление по отношению к боковой нагрузке. К тому же рычаг на переходе плеч в трубу имеет перепад жесткости, который является неблагоприятным для эксплуатационной прочности.
Исходя из этого уровня техники, в основу изобретения положена задача создания четырехточечного рычага, который является мягким на скручивание и одновременно может воспринимать высокие боковые нагрузки.
Эта задача решена согласно изобретению посредством четырехточечного рычага согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты усовершенствования приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предлагаемый четырехточечный рычаг для подвески оси транспортного средства к раме транспортного средства, прежде всего грузового автомобиля, имеет четыре жестко соединенные друг с другом в центральной области и расходящиеся от центральной области с образованием креста плеча рычага, из которых два первых плеча рычага выполнены с возможностью шарнирного соединения с рамой транспортного средства, а два вторых плеча рычага выполнены с возможностью шарнирного соединения с осью транспортного средства, при этом каждое из плеч рычага имеет открытый поперечно или вертикально к плоскости креста Н-образный профиль.
Каждый из Н-образных профилей образуется предпочтительно двумя плечами и простирающейся между двумя плечами стенкой, при этом плечи и стенка ограничивают две отделенных друг от друга выемки, которые открыты в противоположные друг другу стороны. При этом, прежде всего, выемки открыты только с одной стороны. Выражение «поперечно или вертикально открытый к плоскости креста Н-образный профиль» следует тем самым, прежде всего, понимать так, что выемки каждого из Н-образных профилей открыты поперечно или вертикально к плоскости креста. В известном из уровня техники двойном Т-образном профиле выемки, напротив, поперечно или же перпендикулярно к плоскости креста ограничены плечами двойного Т-образного профиля и, тем самым, закрыты. Оба плеча каждого Н-образного профиля предпочтительно направлены, параллельно или, по существу, параллельно друг другу. Кроме того, стенка каждого Н-образного профиля проходит прежде всего, поперечно или перпендикулярно соответствующим полкам.
За счет того, что плечи рычага имеют Н-образный поперечно или перпендикулярно открытый к плоскости креста профиль, четырехточечный рычаг, во-первых, является мягким на скручивание, а во-вторых, может воспринимать высокие боковые нагрузки. Прежде всего, предлагаемый четырехточечный рычаг может воспринимать более высокие боковые нагрузки, чем в случае, если бы его рычаги имели двойной Т-образный профиль согласно ЕР 0776275 B1. Кроме того, поперечно или перпендикулярно к плоскости креста открытый Н-образный профиль предлагает технологические преимущества, поскольку в отличие от двойного Т-образного профиля согласно ЕР 0776275 B1 или также от известного из DE 102004014610 A1 С-образного профиля он может быть отлит без сердечника. Выражение «поперечно» означает преимущественно «перпендикулярно», «по существу перпендикулярно» или «под наклоном». Тем самым, выражение «поперечно к плоскости креста» означает, например, «перпендикулярно относительно плоскости креста», «по существу перпендикулярно относительно плоскости креста» или «под наклоном к плоскости креста».
Предпочтительно, плечи рычага в центральной области переходят друг в друга, при этом этот переход происходит, прежде всего, с однородностью материала. Кроме того, четырехточечный рычаг может образовывать крест или Х-образный крест или же иметь Х-образную форму.
Преимущественно, плоскость креста образует среднюю плоскость четырехточечного рычага. Плечи рычага, а также предпочтительно центральная область, находятся, прежде всего, в плоскости креста четырехточечного рычага. Таким образом, выражение «поперечно или перпендикулярно к плоскости креста открытый Н-образный профиль» может, прежде всего, также быть интерпретирован так, что стенки Н-образных профилей находятся в плоскости креста.
Плечи рычага могут проходить прямо. Однако, предпочтительно, плечи рычага изогнуты, так что выражения «крестообразный», «крест», «Х-образный крест» или «Х-образная форма» включают в себя такое изогнутую форму плеч рычага. Плечи рычага изогнуты, прежде всего, в плоскости креста.
Н-образные профили плеч рычага могут сужаться с увеличением расстояния от центральной области. Прежде всего, высота полок Н-образных профилей плеч рычага и/или ширина стенок Н-образных профилей плеч рычага и/или ширина Н-образных профилей плеч рычага уменьшается с увеличением расстояния от центральной области.
Согласно одному варианту усовершенствования центральная область имеет трубчатый профиль. Прежде всего, центральная область имеет два соответственно поперечно или перпендикулярно плоскости креста открытых Н-образных профиля, которые соединены друг с другом или же переходят друг в друга, образуя трубчатый профиль.
Предпочтительно, каждый из Н-образных профилей центральной области образуется двумя плечами и простирающейся между двумя плечами стенкой, при этом плечи и стенка ограничивают две отделенных друг от друга выемки, которые открыты с противоположных друг другу сторон. Прежде всего, выемки при этом открыты только с одной стороны. Выражение «поперечно или перпендикулярно к плоскости креста открытые Н-образные профили» следует тем самым понимать, прежде всего, так, что выемки каждого из Н-образных профилей центральной области поперечно или вертикально к плоскости креста являются открытыми. Предпочтительно, это выражение может быть также интерпретировано таким образом, что стенки Н-образных профилей центральной области расположены в плоскости креста. Предпочтительно, оба плеча каждого Н-образного профиля центральной области направлены параллельно или по существу параллельно друг другу. Кроме того, стенка каждого Н-образного профиля центральной области проходит, прежде всего, поперечно или перпендикулярно соответствующим полкам.
Предпочтительно, обращенные друг к другу полки Н-образных профилей центральной области соединены друг с другом с образованием трубчатого профиля, который расположен, прежде всего, между стенками обоих Н-образных профилей центральной области. При этом Н-образные профили плеч рычага, предпочтительно, переходят в Н-образные профили центральной области. Трубчатый профиль выполнен, предпочтительно, O-образной формы. Предпочтительно, оба обращенных друг к другу плеча Н-образных профилей центральной области могут быть изогнуты друг к другу так, чтобы образовывать трубчатый профиль.
Прежде всего, трубчатый профиль открыт с обеих сторон. Кроме того, трубчатый профиль проходит, предпочтительно, в продольном направлении креста или же четырехточечного рычага, которое проходит, прежде всего, по центру между двумя первыми плечами рычага и по центру между двумя вторыми плечами рычага. Прежде всего, продольное направление также проходит через центральную область.
Предпочтительно, плечи рычага имеют на своих обращенных от центральной области концах соответственно по одному опорному гнезду, на котором или в котором расположен или может быть расположен шарнир. При этом оба первых плеча рычага посредством шарниров могут быть шарнирно соединены с рамой транспортного средства, а два вторых рычага посредством шарнира - с осью транспортного средства. Предпочтительно, опорные гнезда выполнены в виде полого цилиндра. Кроме того, шарниры выполнены, прежде всего, в виде шаровых шарниров и/или шарниров с предварительно напряженным упругим элементом.
Предпочтительно, четырехточечный рычаг состоит из металла, прежде всего из железа или из сплава железа. Кроме того, четырехточечный рычаг может быть изготовлен в виде кованной или литой детали. Предпочтительно, четырехточечный рычаг является литой частью и состоит, прежде всего, из литьевого материала, который основывается на железе с шаровидным графитом. Такой литьевой материал после литья может быть подвергнут тепловой обработке, так что четырехточечный рычаг состоит, например, из ADI - литьевого материала (АDI=англ.: чугун с шаровидным графитом, прошедший изотермический отпуск).
Прежде всего, предлагаемый четырехточечный рычаг образует скручиваемый крест, посредством которого, в дополнение к подвеске оси транспортного средства на раме транспортного средства, может быть осуществлена функция стабилизатора поперечной устойчивости. Предпочтительно, четырехточечный рычаг образует для этого реверсивно и/или пружинно-упруго скручиваемый крест.
Кроме того, изобретение относится к транспортному средству, прежде всего грузовому автомобилю, по меньшей мере с одной осью транспортного средства, рамой транспортного средства, и одним или по меньшей мере одним предлагаемым четырехточечным рычагом, при этом оба первых плеча рычага шарнирно соединены с рамой транспортного средства, а оба вторых плеча рычага шарнирно соединены с осью транспортного средства. При этом четырехточечный рычаг может быть усовершенствован согласно всем перечисленным вариантам осуществления. Прежде всего, оба первых плеча рычага и оба вторых плеча рычага шарнирно соединены посредством шарниров с рамой транспортного средства или же с осью транспортного средства. Кроме того, ось транспортного средства, предпочтительно, является жесткой осью.
Предлагаемая геометрия четырехточечного рычага разработана специально для мягких на скручивание характеристик. Деформация воспринимается мягкими на скручивание плечами, специальной геометрией в центре рычага и шарнирами с предварительно напряженным упругим элементом, при этом доля шарниров с предварительно напряженным упругим элементом, предпочтительно, мала. Из-за мягкой характеристики на четырехточечный рычаг воздействует малый момент скручивания и, тем самым, малые вертикальные нагрузки. Тем не менее, на четырехточечный рычаг могут воздействовать относительно высокие боковые нагрузки.
Прежде всего, момент инерции площади используемого для плеч рычага Н-образного профиля подходит больше, чем двойной Т-образный профиль согласно ЕР 0776275 B1.
Плечи рычага четырехточечного рычага сходятся в крест. Для центральной области креста или же четырехточечного рычага предпочтительна геометрия, которая образуется из комбинации Н-образных профилей и трубчатого профиля. Прежде всего, при этой геометрии уже учтено, что можно предотвращать скопления материала и соблюдать определенную толщину стены, за счет чего образование усадочных раковин в четырехточечном рычаге является предотвратимым, а последующая тепловая обработка четырехточечного рычага оказывает влияние на его все поперечное сечение.
Предлагаемый четырехточечный рычаг способен выдерживать в центральной области высокие нагрузки. Эти нагрузки образуются, во-первых, из скручивания, которое может оптимально воспринято посредством трубчатого профиля, а во-вторых, из боковой нагрузки, которая дополнительно может быть воспринята боковыми стенками Н-образных профилей центральной области. Эти преимущества, например, отсутствуют у четырехточечного рычага согласно DE 10050772 A1. Предпочтительно, в предлагаемом четырехточечном рычаге присутствует однородный переход плеч рычага в центральную область, что положительно сказывается на эксплуатационной прочности предлагаемого четырехточечного рычага.
Литьевой сердечник для центральной области предлагаемого четырехточечного рычага благодаря своему относительно большому сечению и своей сравнительно короткой длине очень стабилен, что не присутствует у литьевого сердечника для литого рычага согласно DE 102004014610 A1, если этот литой рычаг выполняется мягким на скручивание и, тем самым, плоским.
Предлагаемый четырехточечный рычаг, прежде всего, имеет следующие преимущества:
- его геометрия подходит именно для четырехточечного рычага с мягкой на скручивание характеристикой;
- благодаря Н-образному профилю плеч рычага они могут быть отлиты без сердечников. Н-образный профиль является мягким на скручивание, однако очень стабильным при боковых нагрузках и, тем самым, оптимальным для предусмотренного случая применения;
- комбинация Н-образного профиля и трубчатого профиля или же трубчатого сечения в центральной области четырехточечного рычага позволяет получать постоянную и соответствующую технологии толщину стены и выдерживающую соответствующие нагрузки геометрию без перепадов по жесткости;
- литьевой сердечник необходимо использовать только в центре для центральной области. Благодаря своей компактности литьевой сердечник может быть выполнен очень стабильным, за счет чего отсутствует ограничение геометрии в отношении стабильности сердечника. Если имеются выполненные в форме полого цилиндра опорные гнезда или же головки корпуса, то дополнительно к литьевому сердечнику для центральной области может потребоваться также по одному сердечнику для каждого опорного гнезда.
Далее изобретение описывается на примере предпочтительной формы осуществления со ссылкой на чертеж. Показано на:
Фиг.1 - перспективный вид одной формы осуществления предлагаемого четырехточечного рычага,
Фиг.2 - поперечное сечение одного из плеч рычага четырехточечного рычага по фиг.1,
Фиг.3 - поперечное сечение центральной области четырехточечного рычага по фиг.1, и
Фиг.4 - частичный вид сбоку транспортного средства с четырехточечным рычагом по фиг.1 в смонтированном состоянии.
На фиг.1 показан перспективный вид одной формы осуществления предлагаемого четырехточечного рычага 1, который имеет четыре плеча 2, 3, 4, 5 рычага, которые расположены в форме креста и жестко соединены друг с другом в центральной области 6 креста. Четырехточечный рычаг 1 выполнен в виде монолитной литой детали, так что плечи 2, 3, 4, 5 рычага в центральной области 6 переходят друг в друга, прежде всего, с однородностью материала. Кроме того, плечи 2, 3, 4, 5 рычага имеют на своих обращенных от центральной области 6 концах соответственно по одному выполненному в форме полого цилиндра опорному гнезду 7, 8, 9 и 10, при этом каждое из этих опорных гнезд 7, 8, 9 и 10 выполнено монолитно с соответствующим плечом 2, 3, 4 или же 5 рычага. Опорные гнезда 7, 8, 9 и 10 являются, прежде всего, частью монолитной литой детали. Для монтажа четырехточечного рычага 1 транспортного средства 11 в опорные гнезда 7, 8, 9 и 10 вставляется соответственно по одному шарниру 12 с предварительно напряженным упругим элементом (см. фиг.4).
Плечи 2, 3, 4, 5 рычага имеют соответственно Н-образный профиль 13, что видно на фиг.2, на которой показано поперечное сечение рычага 5 вдоль линии 14 разреза на фиг.1. Каждый Н-образный профиль 13 имеет две параллельных друг другу полки 15 и 16, которые по центру соединены друг с другом посредством стенки 17. Полки 15 и 16 и стенка 17 ограничивают две выемки 18 и 19, которые открыты с противоположных друг другу сторон перпендикулярно (или же поперечно) к плоскости 20 креста. Плоскость 20 креста образует при этом среднюю плоскость четырехточечного рычага 1 и разрезает четырехточечный рычаг 1 по линиям 21, показанным на фиг.1. Прежде всего, плоскость 20 креста проходит через стенки 17 Н-образных профилей 13. Кроме того, в стенках 17 каждого Н-образного профиля предусмотрены отверстия 24, которые служат для стекания воды и грязи (см. фиг.1).
Как видно на фиг.2, толщина 22 и 23 обоих плеч 15 и 16 Н-образного профиля 13 является различной. Также различны значения высоты 40 и 41 обоих плеч 15 и 16 Н-образного профиля 13. Ширина Н-образного профиля 13 или же плеча рычага обозначена ссылочной позицией 42.
На фиг.3 показан вид центральной области 6 в разрезе по представленной на фиг.1 линии 25 разреза, который имеет два Н-образных профиля 26, которые включают в себя соответственно две параллельных друг другу полки 27 и 28 и одну стенку 29, которая по центру соединяет обе полки 27 и 28 соответствующего Н-образного профиля 26 друг с другом. Каждый из Н-образных профилей 6 имеет две ограниченные соответствующими плечами 27 и 28 и соответствующей стенкой 29 выемки 30 и 31, которые открыты с противоположных друг другу сторон перпендикулярно (или же поперечно) плоскости 20 креста. Как видно на фиг.3, стенки 29 Н-образных профилей 26 находятся в плоскости 20 креста. Оба обращенных друг к другу плеча 28 обоих Н-образных профилей 26 соединены друг с другом, образуя трубчатый профиль 32, который простирается в продольном направлении 33 (см. фиг.1) четырехточечного рычага и имеют сквозное полое пространство 34, которое открыто с обеих сторон в продольном направлении 33. При этом Н-образные профили 13 плеч 2 и 4 рычага и переходят в один из Н-образных профилей 26 центральной области 6, а оба Н-образных профиля плеч 3 и 5 рычага - в другой Н-образный профиль 26 центральной области.
На фиг.4 показан частичный вид сбоку транспортного средства 11 с рамой 35 транспортного средства, к которой посредством шарниров 12 с предварительно напряженным упругим элементом шарнирно присоединены плечи 2 и 3 рычага. Кроме того, плечи 4 и 5 рычага посредством двух других шарниров 12 с предварительно напряженным упругим элементом шарнирно соединены с осью 36 транспортного средства, выполненной в виде жесткой оси. Штрих-линия 37 представляет при этом как плоскость 20 креста, так и продольное направление 33. Хотя на фиг.4 линия 37 также проходит в продольном направлении транспортного средства, однако при упругом прогибе рессоры и обратном ходе рессоры оси 36 транспортного средства относительно рамы 35 транспортного средства плоскость 20 креста и продольное направление 33 также могут отклоняться относительно продольного направления транспортного средства.
Кроме того, посредством двух продольных рычагов 38 подвески ось 36 транспортного средства подвижно соединена с рамой 35 транспортного средства или же со стойками 39, которые жестко соединены с рамой 35 транспортного средства, при этом на фиг.4 показан только один из продольных рычагов 38 подвески или одна из стоек 39.