ВЕРХНЯЯ ОПОРА НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРУЖИННОЙ СТОЙКИ ПОДВЕСКИ ТРОНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к подвескам транспортных средств.
Известна опора упругого и демпфирующего элементов подвески транспортного средства, содержащая наружную и внутреннюю обоймы, между которыми расположен эластичный элемент, и эластичную крышку, установленную на наружной обойме, причем на внутренней обойме со стороны эластичного элемента выполнены выступы с уменьшающимися в сторону эластичной крышки высотой и шириной, при этом последняя армирована упругим стопорным кольцом, установленным в канавке, которая выполнена на наружной обойме, а нижняя часть крышки выполнена с кольцевым выступом с профилем соответствующим профилю эластичного элемента у верхней кромки и наружной обоймы (аналог - а.с. СССР №1220934 В60С 11/00).
Недостатком известной опоры является то, что она имеет линейную характеристику жесткости в вертикальном направлении.
Известна верхняя система жесткого крепления амортизаторной стойки подвески, имеющая подшипник качения с привулканизированным к его внутреннему кольцу кольцеобразной вставкой из эластомерного материала, на внутренней стенке которой привулканизирована металлическая втулка. На наружном кольце подшипника привулканизирована вставка из эластомерного материала, которая имеет кольцеобразную форму и соединяется со своей наружной стороны с корпусом опоры посредством вулканизации, который находится в жестком соединение с корпусом автомобиля (аналог - заявка ФРГ №3204816 В60С 15/06).
Недостатком данного решения является то, что при эксплуатации автомобиля проявляются низкие жесткостные характеристики опоры, поскольку вставка из эластомерного материала, особенно при максимальных ходах подвески колеса, имеет почти линейную характеристику жесткости в вертикальном направлении.
Известно техническое решение верхней опоры направляющей пружинной подвески автомобиля. Опора содержит подшипник, расположенный между упругой кольцеобразной вставкой, привулканизированной своей наружной
стороной к корпусу опоры, и упругим кольцеобразным шарниром. На внутренней стенке шарнира привулканизирована втулка, в которой закреплен хвостовик штока. На верхнем конце штока установлен ограничитель хода отбоя опоры, контактирующий с верхним торцем втулки. Опора содержит также верхнюю чашку пружины, впрессованную опорно-центрирующим фланцем во внутреннее кольцо подшипника и охватывающую изолирующую прокладку пружины. На штоке расположен буфер сжатия. Подшипник установлен в обойме, привулканизированной к упругой кольцеобразной вставке. Часть внутренней поверхности внутреннего кольца подшипника и внутренняя поверхность запрессованного в него заподлицо опорно-центрирующего фланца верхней чашки пружины образуют гнездо с установленным в нем упругим кольцеобразным шарниром. С наружной боковой стороны шарнир снабжен верхним и нижним кольцеобразными выступами, охватывающими своими внутренними поверхностями соответственно верхний торец внутреннего кольца подшипника и часть внутренней поверхности верхней чашки пружины. По краям наружных сторон верхнего и нижнего выступов имеются скосы (уклоны). Верхний выступ полностью расположен под донной частью ограничителя хода отбоя опоры, а нижний выступ, выполненный толще и большего диаметра, чем верхний выступ, полностью расположен над шайбой, установленной между выступом штока и нижним торцом втулки упругого шарнира. Под нижним торцом втулки упругого шарнира расположен буфер сжатия, а в изолирующей прокладке пружины завулканизирована вставка из твердого материала, (см. патент России №2090378 B60G 15/06).
Основным недостатком данного решения является сложность конструкции, имеющая большое количество элементов, высокая стоимость, большие габаритные размеры, недостаточное использование всех свойств упругих элементов для повышения демпфирующих характеристик.
Наиболее близким техническим решением является верхняя опора направляющей пружинной стойки транспортного средства, включающая наружный корпус и внутренний корпус, расположенный аксиально внутри наружного. Опора содержит подшипник, ограничитель хода отбоя и упругий элемент с уклоном, который установлен между наружным и внутренним корпусами и привулканизирован к ним. Подшипник охвачен внутренним корпусом, и расположен между нижним торцем ограничителя хода отбоя и верхней чашкой пружины. Нижняя часть упругого элемента имеет уклон от периферии к
внутреннему корпусу и примыкает к нему по всему периметру в зоне характерной линии перегиба внутреннего корпуса. Упругий элемент в своей верхней части, перекрываемой периферийными краями ограничителя хода отбоя, имеет не менее восьми радиально ориентированных выступов, ширина каждого из которых соответствует расстоянию между выступами, а высота составляет от 1/2 до 2/3 ширины выступа. Нижняя часть внутреннего корпуса, начиная от зоны расположения нижнего торца подшипника, а также в зоне характерной линии перегиба имеет уклоны и выполнена перекрывающей нижнюю часть упругого элемента, (см. патент РФ №34120U, МПК 7 B60G 15/06, 2003 г.) Данное решение принято за прототип.
Недостатком прототипа является сложность конструкции наружного корпуса, высокие требования к точности изготовления наружного и внутреннего корпусов из-за важности геометрического соответствия их формы с профилем прессформы в месте их контакта.
Кроме того, опора не позволяет выполнить радиальное смещение оси штока из-за габаритного размера корпуса опоры (в верхней части опоры во фланцевой зоне крепежных элементов, или в месте прохода опоры через центральное отверстие крепления на кузове). Эта особенность данной конструкции опоры по прототипу не обеспечивает вариантности применения подвесок с различным углом продольного наклона оси поворота (угла кастера). Такая необходимость в увеличенном угле кастера может возникнуть, например, в случае опциональной комплектации автомобиля усилителем рулевого управления, или при комплектации автомобиля спортивной подвеской. В обоих случаях это продиктовано повышением устойчивости движения автомобиля и необходимым уровнем стабилизацией управляемых колес.
Наиболее экономичным вариантом увеличения угла кастера с помощью опоры стойки, явилось бы радиальное смещение оси эластичного элемента по продольной оси автомобиля при одновременном сохранении расположения крепежных элементов опоры (для унификации с остальными вариантами комплектаций по подвеске). В случае прототипа, в связи со значительным габаритным размером опоры в месте прохода ее через центральное отверстие крепления в кузове, обеспечить радиальное смещение оси эластичного элемента не возможно, из-за чего требуется изменение кузова автомобиля. Последнее решение связано большими затратами, а также ведет к разунификации кузовов внутри семейства автомобилей. Кроме того, уменьшение габаритов данной опоры
в необходимой зоне невозможно, т.к. это приводит к существенному ухудшению ее упругих характеристик.
Задачей полезной модели является:
- упрощение конструкции, повышение технологичности;
- обеспечение снижения габаритных размеров и унификации верхней опоры и других элементов подвески для различных вариантов подвесок опционально устанавливаемых при крупносерийном производстве автомобилей;
- повышение эффективности работы опоры.
Указанная задача достигается тем, что в верхней опоре направляющей пружинной стойки транспортного средства, содержащей наружный корпус, внутренний корпус, расположенный аксиально внутри наружного, ограничитель хода отбоя, подшипник, охваченный внутренним корпусом и расположенный между нижним торцем ограничителя хода отбоя и верхней чашкой опоры пружины, упругий элемент, установленный между наружным и внутренним корпусами и привулканизированный к ним, причем нижняя часть упругого элемента имеет уклон от периферии к внутреннему корпусу, согласно полезной модели, наружный корпус выполнен с фланцевой горизонтальной частью, переходящей в коническую часть, расширяющуюся вниз, а упругий элемент в нижней части снабжен вторым уклоном и охватывает внутренний корпус опоры полностью, включая и торцевую фланцевую его часть.
Упругий элемент выступает над горизонтальной фланцевой частью наружного корпуса, образуя кольцевую зону упругого элемента, воспринимающую усилия отдачи, передаваемые ограничителем хода отбоя при обратном движении колеса.
Горизонтальная фланцевая часть наружного корпуса имеет, по крайней мере, два типа наружных контура, отличающихся центром расположения крепежных элементов по отношению к оси эластичного элемента.
Верхняя кольцевая надфланцевая часть упругого элемента имеет наклонные радиально ориентированные выступы, контактирующие с согласованной с их формой конусной расширяющейся частью ограничителя хода отбоя.
Наружный диаметр фланцевой части ограничителя отбоя превышает или, по крайней мере, равен диаметру отверстия в верхней конусной части наружного корпуса.
Технический результат от использования полезной модели заключается в том, что выполнение наружного корпуса с фланцевой горизонтальной частью, переходящей в коническую часть, расширяющуюся вниз, позволяет уменьшить габариты опоры в верхней части. Это обеспечивает возможность реализовать радиальное смещение оси упругого элемента опоры и унифицировать ее применение для различных типов автомобилей (с усилителем рулевого управления или без него). Кроме того, такая конструкция наружного корпуса более технологична, и ведет к упрощению конструкции и снижению себестоимости производства опоры.
Технический результат заключается также в том, что выполнение в нижней части упругого элемента второго уклона обеспечивает более прогрессивную характеристику опоры. Выполнение упругого элемента охватывающим внутренний корпус опоры полностью, включая и торцевую фланцевую его часть, позволяет повысить эффективность работы опоры, а также снизить требования к точности изготовления корпусов, что снижает затраты на производство.
Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, так как может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Фиг.1 - верхняя опора. Продольный разрез.
Фиг.2 - верхняя опора без радиального смещения. Вид сверху.
Фиг.3 - верхняя опора с радиальным смещением. Вид сверху.
Верхняя опора направляющей пружинной стойки подвески транспортного средства, включает наружный корпус 1, внутренний корпус 2, расположенный аксиально внутри наружного, подшипник 3, упругий элемент 4, ограничитель хода отбоя 5. Наружный корпус 1 выполнен с фланцевой горизонтальной частью 1а, переходящей в коническую часть 1б, расширяющуюся вниз. Внутренний корпус 2 опоры, выполнен с нижним торцевым горизонтальным фланцем 2а (торцевой фланцевой частью).
Фланцевая горизонтальная часть 1а наружного корпуса имеет как минимум два варианта исполнения, отличающихся радиальным смещением оси упругого элемента относительно крепежных элементов 6, и позволяющим установить опору для различных опциональных комплектаций подвесок автомобилей (см. фиг.2, 3).
Подшипник 3 охвачен цилиндрической частью внутреннего корпуса 2 и расположен между нижним торцем ограничителя хода отбоя 5 и верхней чашкой 7 пружины. Упругий элемент 4 установлен между наружным 1 и внутренним 2 корпусами и привулканизирован к ним. Нижняя часть упругого элемента 4 имеет два уклона: первый уклон 4а выполнен от периферии к внутреннему корпусу 2 и переходит во второй уклон 4б, направленный наружу. Причем нижняя часть упругого элемента 4 в зоне второго уклона 4б охватывает как расширяющуюся часть 2б внутреннего корпуса опоры, так и горизонтальный фланец 2а. Таким образом, упругий элемент 4 охватывает внутренний корпус 2 опоры полностью. Упругий элемент 4 в своей верхней надфланцевой части 4в, перекрываемой периферийными краями ограничителя хода отбоя 5, имеет наклонные радиально ориентированные выступы 4в, с которыми своей конусной частью 5б вступает в контакт ограничитель отбоя 5.
1
1
1
1
За счет конусного уменьшения диаметра наружного корпуса 1 в верхней его части и эластичного элемента 4, привулканизированного к нему, опора имеет малый габарит (габаритный диаметр Б) в месте прохода через центральное крепежное отверстие 8 на кузове 9. Это позволяет выполнить достаточное радиальное смещение А оси эластичного элемента относительно элементов крепления 6 к кузову. Для данной опоры возможно смещение A равное 1/15 от диаметра B расположения крепежных элементов.
Работает верхняя опора следующим образом.
При сборке, на шток стойки 10 устанавливается буфер сжатия 11. На стойку устанавливается спиральная пружина 12, закрываемая сверху чашкой 7. На резьбовой хвостовик штока устанавливается верхняя опора стойки и ограничитель хода отбоя 5. Фиксирует сборочную единицу гайка 13.
При движении транспортного средства в нормальных дорожных условиях, колебания, передаваемые от штока 10 стойки и от пружины 12 через верхнюю чашку 7, гасятся частично как в нижней части упругого элемента 4, так и в верхней его надфланцевой части 4в. Причем, в его монолитной конусной части в большей степени гасятся низкочастотные колебания, а в верхней части - в большей
степени высокочастотные колебания. Работа происходит как на сдвиг, так и на сжатие.
При исчерпании возможностей верхней части упругого элемента (при увеличении амплитуды колебаний подвески) прогрессивная характеристика верхней опоры обеспечивается за счет перекатывания верхней наклонной части эластичного элемента с выступами 4в по вышерасположенной над ней части ограничителя отбоя с уклоном 5б. В частности, при ходе штока вниз, нагрузка от него через внутренний корпус 2 передается на среднюю часть упругого элемента 4, нагружая ее на сдвиг, а ограничитель хода отбоя 5 воздействует сначала на радиально ориентированные выступы 4в - сминая их, а затем воздействует на верхнюю надфланцевую монолитную часть эластичного элемента. Характеристика его жесткости становится в последнем случае достаточно прогрессивной, что и требуется для компенсации таких нагрузок. При этом наружный диаметр фланцевой части 5а ограничителя отбоя превышает или, по крайней мере, равен диаметру отверстия в верхней конической части 1б наружного корпуса 1.
При ходе штока вверх, нагрузка от него передается через внутренний корпус 2 на среднюю часть эластичного элемента 4, нагружая ее на сдвиг, а нижняя часть эластичного элемента нагружается на сжатие благодаря контакту с прилегающей частью внутреннего корпуса. Чем больше нагрузка, тем большая площадь нижней части упругого элемента вступает в работу на сжатие, в результате того, что происходит перекатывание нижней части эластичного элемента с уклоном 4б по вышерасположенной части с уклоном 4а. Поскольку наружный корпус 1 выполнен с конической частью, расширяющейся вниз, обеспечивающей большую площадь нижней части упругого элемента 4, то для восприятия усилий сжатия для данной конструкции опоры имеются максимальные возможности, что улучшает эксплуатационные характеристики опоры, в частности, высокую долговечность при эксплуатации по плохим дорогам. Кроме того, коническая расширяющаяся часть упругого элемента 4а и коническая надфланцевая его часть, содержащая наклонные выступы 4в придают опоре небольшую по величине угловую жесткость. Такая характеристика опоры с малой угловой жесткостью очень важна при применении значительных углов кастера, когда при поворотах колес шток 10 стойки, а вместе с ним и внутренний корпус опоры 2, вызывают значительные угловые деформации упругого элемента 4.
При больших нагрузках (например, при наезде колеса на неровности, особенно когда автомобиль полностью загружен), в момент задействования в работу всей площади нижней части упругого элемента, характеристика жесткости верхней опоры становится достаточно прогрессивной, что и требуется для компенсации таких нагрузок.
Так как нагрузки на ходе сжатия превышают нагрузки на ходе отбоя, то, следовательно, жесткостные характеристики опоры в направлении сжатия, также должны быть выше, чем на ходе отбоя. Это условие обеспечивается тем, что нижняя часть упругого элемента по массе превосходит верхнюю надфланцевую часть упругого элемента.
Регулировку характеристик опоры возможно осуществить в верхней части за счет изменения размеров надфланцевой части упругого элемента, выступов и их количества, вступающих в контакт с ограничителем отбоя. В нижней части за счет изменения угла между уклонами 4а и 4б упругого элемента, а также наружным диаметром фланцевой части внутреннего корпуса 2а, ограничивающей осевой ход опоры в направлении сжатия.
Таким образом, величина жесткости верхней опоры меняется в зависимости от величин вступивших в работу площадей нижней части упругого элемента и прилегающей части внутреннего корпуса, и радиально ориентированных выступов надфланцевой части. При этом угловая жесткость опоры остается невысокой.
Предлагаемая конструкция опоры проста в изготовлении. Корпуса опоры имеют простую форму, обеспечивающую минимальное количество технологических переходов при штамповке, что снижает стоимость. Корпуса опоры не требуют высокой точности изготовления, т.к. они в меньшей степени должны повторять профиль прессформ, что улучшает технологичность производства. Небольшой уклон внутреннего корпуса в зоне нижнего торца, расположенный от вертикальной части до торцевой фланцевой части упрощает технологию запрессовки подшипника в корпус и дает возможность подвести инструмент для пластической деформации материала корпуса с целью завальцовки подшипника.
Верхняя опора может быть изготовлена с использованием имеющегося технологического оборудования для изготовления опор. Производство опор с радиальным смещением оси эластичного элемента и без него не требует разработок новой серии опор и изготовления новой технологической оснастки, т.к. данные варианты обеспечиваются лишь формой фланцевой части наружного
корпуса опоры, реализуемой вырубкой на последней операции изготовления корпуса. Данные варианты опор позволяют унифицировать детали подвески, применяемые при опционной сборке автомобилей, что снижает затраты и номенклатуру запчастей.