ТОРСИОННОЕ УСТРОЙСТВО
TORSION DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к торсионным устройствам, в том числе, но не исключительно, к торсионным устройствам для использования в подвесках транспортных средств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Торсионные пружины, как правило, изготавливаются для обеспечения заданной силы кручения под определенным углом поворота. Типичными являются конструкции, выполненные на основе цилиндрических плоских пружин, где сила ограничена, но угол может быть достаточно большим, или на основе цилиндрических пружин с большим поперечным сечением, в которых угол ограничен, но сила достаточно велика.
Сложность возникает там, где требуются большая сила и значительный угол перемещения. Традиционные решения обычно предусматривают необходимость использования очень тяжелой и большой формы пружины, что позволяет материалу, из которого изготовлена пружина, оставаться в пределах напряжений при достижении необходимого смещения. Например, для достижения требуемого напряжения пружины может потребоваться определенный диаметр элемента, и при данном диаметре элемент навивается до тех пор, пока не будет произведено достаточно оборотов для того, чтобы достичь требуемого угла перемещения без превышения пределов материального напряжения или натяжения, что в результате приводит к сложным и громоздким техническим решениям.
При рассмотрении систем подвесок транспортных средств, которые обычно (но не исключительно) являются линейными пружинными механизмами, масса и объем пружины играют немаловажную роль в связи с тем, что зачастую масса подвески увеличивает неподрессоренную массу колеса и поэтому имеет прямое отрицательное воздействие на эффективность и динамические характеристики подвески.
Торсионные стержневые системы используются для облегчения решения данной проблемы, но это решение несет отрицательный признак необходимости использования длинномерных (а зачастую и тяжелых, хотя и не увеличивающих подрессоренную массу) материалов с тем, чтобы обеспечить необходимые напряжение и ограничения на деформацию любого подобранного материала.
Во всех упомянутых выше примерах стоимость системы подвески довольно высока, что ведет, в свою очередь, к удорожанию, многокомпонентности и увеличению массы транспортного средства.
Одной из основных проблем, связанных с соответствующими пружинными материалами, является то, что они либо ограничены в перемещении, если требуется большая сила, - это относится, например, к различным типам сталей, - либо ограничены в силе, если требуется большой объем двигателя, - это относится, например, к пластмассам или композиционным материалам. Кроме того, существующие системы подвески транспортных средств требуют дополнительных устройств для гашения колебательного движения. Эти «гасители» (или поглотители ударов), как правило, установлены непосредственно между осью движущегося колеса и шасси транспортного средства. Они занимают дополнительное ценное пространство и ведут к удорожанию и усложнению системы подвески.
Автор настоящего изобретения выявил необходимость в улучшенном торсионном устройстве, которое устранило бы или, по крайней мере, облегчило бы решение проблем, связанных с известным уровнем техники.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложено торсионное устройство, включающее в себя: первую часть, состоящую из первого упругого торсионного элемента, включающего в себя: первый опорный конец, первый свободный конец, расположенный на расстоянии от первого опорного конца, и первую зону зацепления (или первую зону контакта), вторую часть, включающую в себя второй упругий торсионный элемент, включающий в себя: второй опорный конец, и второй свободный конец, расположенный на расстоянии от второго опорного конца, и вторую зону зацепления (или вторую зону контакта), в которой вторая часть выполнена с возможностью поворота относительно первой части относительно оси вращения между первым угловым положением и вторым угловым положением, и зоны зацепления первого и второго торсионных элементов выполнены таким образом, что принуждаются к совмещению друг с другом посредством первого и второго упругих торсионных элементов, изгибающихся при повороте второй части относительно первой части из первого углового положения во второе угловое положение.
Таким образом, предложено торсионное устройство, в котором изгиб одного или обоих из пары дискретных (или отделимых) упругих торсионных элементов способствует созданию торсионного сопротивления угловому перемещению. Торсионное устройство в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает низкую себестоимость, легкость и компактность торсионного устройства, которое может развивать не только большую мощность, но и обеспечивать значительное угловое перемещение. В зависимости от требуемой силы и амплитуды угловых перемещений упругие торсионные элементы могут быть выполнены из различных материалов (например, в том числе и металлических и пластиковых материалов) и могут быть дополнены одной или несколькими парами упругих торсионных элементов, как сформулировано выше (например, добавлены к каждой паре или тем упругим торсионным элементам, которые распределены по окружности вокруг оси вращения таким образом, что обеспечивают прочность на скручивание в многочисленных местах, разнесенных вокруг торсионного устройства). В зависимости от материала и конфигурации длина участка деформации на первом и/или втором упругих торсионных элементах может быть около 1-5 мм для относительно жесткого материала (например, стали) или превышать 5 мм для более гибких материалов.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения (далее «первое устройство») зоны зацепления первого и второго торсионных элементов выполнены таким образом, что принуждаются к совмещению друг с другом при увеличении углового интервала между первым и вторым опорными концами при повороте второй части относительно первой части из первого углового положения во второе угловое положение.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения (далее «второе устройство») зоны зацепления первого и второго торсионных элементов выполнены таким образом, что принуждаются к совмещению друг с другом при уменьшении углового интервала между первым и вторым опорными концами при повороте второй части относительно первой части из первого углового положения во второе угловое положение.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первая и вторая части соединены с возможностью поворота. Например, первая часть может включать в себя первую раму и вторая часть - вторую раму, причем вторая рама может быть соединена с первой рамой с возможностью поворота.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первая и вторая части включают в себя соответственно первую и вторую секции, которые проходят по всей длине оси вращения, и первая и вторая зоны зацепления проходят по всей длине первой и второй секций соответственно. Первая и вторая зоны зацепления могут быть сплошными или прерывистыми.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первая и вторая секции включают в себя первую и вторую выступающие неровности ребристого типа.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения вторая часть установлена, по меньшей мере, частично внутри первой части (например, в первой части, задающей область рукава для размещения, по меньшей мере, одной секции второй части).
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения торсионное устройство дополнительно включает в себя подшипниковый узел.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первое угловое положение и первый и второй торсионные элементы расположены на противоположных сторонах первой центральной оси, проходящей перпендикулярно к оси вращения, и, кроме того, дополнительно через упомянутую ось вращения.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый и второй торсионные элементы практически идентичны (например, симметричны по всей длине первой центральной оси).
Первое устройство выполнено таким образом, что в первом угловом положении первый и второй торсионные элементы могли проходить через вторую центральную ось перпендикулярно к первой центральной оси. В одном из вариантов осуществления данного изобретения в первом угловом положении первая и вторая зоны зацепления расположены на противоположных сторонах второй центральной оси до первого и второго опорных концов. Увеличение расстояния между первой и второй зонами зацепления и второй центральной осью (т.е. увеличение расстояния между первой и второй зонами зацепления и соответствующими первым и вторым опорными концами) будет увеличивать уровень помех между первым и вторым торсионными элементами.
Второе устройств выполнено таким образом, что в первом угловом положении первый и второй опорные концы и первая и вторая зоны зацепления могут быть расположены на одной стороне второй центральной оси перпендикулярно к первой центральной оси. Увеличение расстояния между первой и второй зонами зацепления и второй центральной осью (т.е. уменьшение расстояния между первой и второй зонами зацепления и соответствующими первым и вторым опорными концами) будет увеличивать уровень помех между первым и вторым торсионными элементами.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна из первой и второй зон зацепления содержат криволинейную поверхность. Таким образом, первая и вторая зоны зацепления могут быть выполнены с возможностью переворачивать друг друга при повороте второй части относительно первой части.
В случае, когда каждая из первой и второй зон зацепления содержит криволинейную поверхность, криволинейные поверхности могут иметь практически одинаковую кривизну.
Кривизна первой и/или второй зон зацепления может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивать торсионное сопротивление, которое изменяется в линейном или, наоборот, в нелинейном режиме до углового положения второго торсионного элемента относительно первого торсионного элемента. Например, кривизна первой и/или второй зон зацепления может изменяться по всей длине первой и/или второй зон зацепления (например, при кривизне, изменяющейся между зонами с большой кривизной и зоной с небольшой или даже практически нулевой кривизной).
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первая зона зацепления расположена на первом свободном конце.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения вторая зона зацепления расположена на втором свободном конце.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первая и вторая части включают в себя третью и четвертую зоны зацепления, соответственно выполненные с возможностью стыковки друг с другом при приближении второго торсионного элемента к первому угловому положению при повороте второй части относительно первой части из второго углового положения в первое угловое положение. Таким образом, постепенное увеличение силы обеспечивается при возвращении в первое угловое положение и соответственно мягкой посадкой.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения третья зона зацепления расположена на первом торсионном элементе.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения четвертая зона зацепления расположена на втором торсионном элементе.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна из третьей и четвертой зон сцепления включает в себя криволинейную поверхность.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый и второй торсионные элементы выполнены с возможностью постепенного увеличения торсионного сопротивления при увеличении угла отклонения при перемещении второй части из первого углового положения во второе угловое положение.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый и второй торсионные элементы представлены в герметичном корпусе.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения герметичный корпус заполнен текучей средой (например, жидкостью) для демпфирования движения второй части относительно первой части. Таким образом, демпфирование может быть достигнуто без необходимости использования дополнительного пространства. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения текучая среда представлена смазочной жидкостью, такой как масло.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения герметичный корпус образует структуру канала, выполненного таким образом, что он позволяет жидкости омывать, по меньшей мере, один из первого и второго торсионных элементов при перемещении второго торсионного элемента между первым и вторым угловыми положениями.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения структура канала обеспечивает сопротивление потоку жидкости, омывающей, по меньшей мере, один из первого и второго торсионных элементов, которое изменяется при перемещении второй части относительно первой части (например, благодаря наличию различных площадей сечения, позволяющих жидкости непрерывно течь в различных угловых положениях).
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения структура канала обеспечивает сопротивление потоку жидкости, который увеличивается при перемещении второй части из первого углового положения во второе угловое положение. В другом варианте осуществления настоящего изобретения структура канала обеспечивает сопротивление потоку жидкости, который уменьшается при перемещении второй части из первого углового положения во второе угловое положение.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения текучая среда представляет собой «интеллектуальную» жидкость (например, магнитореологическая или электрореологическая жидкости). Торсионное устройство может дополнительно включать в себя генератор переменного поля, выполненный с возможностью изменения вязкости «интеллектуальной» жидкости.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения торсионное устройство дополнительно включает в себя датчик для мониторинга углового положения второй части относительно первой части. Таким образом, система управления транспортным средством может быть обеспечена точной обратной связью по угловому положению (например, для использования в жидкостях различной вязкости и, следовательно, для улучшения характеристик демпфирования торсионного устройства). Что касается, например, торсионного устройства, содержащего «интеллектуальную» жидкость, обратная связь по угловому положению может быть использована для изменения поля, воздействующего на «интеллектуальную» жидкость.
В соответствии со вторым аспектом заявленного изобретения предложен узел продольного рычага подвески транспортного средства, включающий в себя торсионное устройство в соответствии с первым аспектом заявленного изобретения, в котором торсионное устройство выполнено таким образом, что противостоит движению продольного рычага.
В соответствии с третьим аспектом заявленного изобретения предложено колесо транспортного средства, содержащее подшипниковый узел, включающий в себя торсионное устройство в соответствии с первым аспектом заявленного изобретения, в котором колесо транспортного средства выполнено с возможностью поворота вокруг оси вращения подвески, которая смещена от первичной оси вращения колеса, и торсионное устройство выполнено таким образом, что противостоит повороту относительно оси вращения подвески.
Таким образом, предложено инновационное колесо транспортного средства, в котором система подвески включена в структуру колеса, не увеличивая неподрессоренную массу и не требуя дополнительного пространства внутри транспортного средства для компонентов подвески.
Торсионное устройство в соответствии со вторым или третьим аспектами заявленного изобретения может включать любой из признаков вариантов осуществления настоящего изобретения в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже следует описание изобретения на примерах его осуществления, проиллюстрированных прилагаемыми чертежами, на которых изображены:
фигура 1А, иллюстрирующая вид торсионного устройства в поперечном разрезе в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения в первой конфигурации,
фигура 1B, иллюстрирующая вид торсионного устройства в поперечном разрезе фигуры 1А во второй конфигурации,
фигура 2, иллюстрирующая вид торсионного устройства в поперечном разрезе в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения,
фигура 3, иллюстрирующая вид торсионного устройства в поперечном разрезе в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения как в первой, так и во второй конфигурациях,
фигура 4, иллюстрирующая вид торсионного устройства в поперечном разрезе в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения,
фигура 5, иллюстрирующая вид торсионного устройства в поперечном разрезе в соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения,
фигура 6, иллюстрирующая вид торсионного устройства в перспективе в соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения,
фигура 7, иллюстрирующая вид торсионного устройства сбоку в поперечном разрезе фигуры 6,
фигура 8, иллюстрирующая аксиальный вид торсионного устройства в поперечном разрезе фигуры 6,
фигура 9, иллюстрирующая вид торцевой заглушки торсионного устройства фигуры 6.
Фигуры 1А и 1B изображают торсионное устройство 10 в соответствии с первым устройством (как определено выше) настоящего изобретения, включающим в себя первый упругий торсионный элемент 20 и второй упругий торсионный элемент 30, отстоящий от первого торсионного элемента 20 с возможностью поворота относительно своей оси вращения «А» между первым угловым положением (как показано на фигуре 1А) и вторым угловым положением (как показано на фигуре 1B).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Первый торсионный элемент 20 включает в себя первый опорный конец 22, первый свободный конец 24, расположенный на расстоянии от первого опорного конца 22, и первую криволинейную зону зацепления 26, расположенную на первом свободном конце 24.
Второй торсионный элемент 30 включает в себя второй опорный конец 32 и второй свободный конец 34, расположенный на расстоянии от второго опорного конца 32, и вторую криволинейную зону зацепления 36, расположенную на втором свободном конце 34. Первый и второй торсионные элементы 20, 30 имеют практически идентичные строение и жесткость.
В первом угловом положении первый и второй торсионные элементы 20, 30 расположены параллельно и в непосредственной близости от противоположных сторон первой центральной оси «В», проходящей через ось вращения «А» и 0 перпендикулярно ей. Каждый из первого и второго торсионных элементов 20, 30 дополнительно проходит через вторую центральную ось «С», проходящую через ось вращения «А» и перпендикулярно как к оси вращения «А», так и к первой центральной оси «С» (т.е. первый и второй свободные концы 24, 34 расположены на противоположных сторонах второй центральной оси «С» рядом с первым и вторым опорными концами 22, 32 при первом угловом положении первого и второго торсионных элементов 20, 30).
В эксплуатации, начиная с первого углового положения, второй торсионный элемент 30 поворачивается в ответ на внешнее воздействие таким образом, что увеличивает угловой разнос между первым и вторым опорными концами 22, 32. Поскольку каждый из первого и второго свободных концов 24, 34 расположен за пределами второй центральной оси «С» (и, следовательно, за пределами оси вращения «А»), поворот второго торсионного элемента 30 относительно первого торсионного элемента 20 по направлению ко второму угловому положению приводит к тому, что криволинейные зоны зацепления первого и второго торсионных элементов 26, 36 принуждаются к совмещению друг с другом посредством первого и второго торсионных элементов 20, 30, изгибающихся при перекатывании первой и второй криволинейных зон зацепления 26, 36 друг через друга.
Из вышесказанного видно, что первый и второй торсионные элементы 20, 30 принуждаются к отклонению друг от друга при увеличении интерференции между первой и второй криволинейными зонами зацепления 26, 36 под таким углом поворота, который, в свою очередь, обеспечивает постепенное увеличение сопротивления кручению при увеличении угла смещения, в то время как вторая часть перемещается из первого углового положения во второе угловое положение. Свободные концы элементов могут быть выполнены с одинаковой кривизной, что позволяет получить одинаковое расстояние от каждой поверхности до угла, тем самым сводя к минимуму склонность к скольжению и последующую потерю энергии на трение.
Контролируя прокатки, возникающие из-за перемещения при изгибе, можно определить и отрегулировать угол перемещения и равнодействующую силу на каждый градус угла поворота. Длина участка выхода первой и второй криволинейных зон зацепления 26, 36 за пределы второй центральной оси «С» (или «нависание») в первом угловом положении определяет интенсивность, с которой торсионные элементы принуждаются к отдалению друг друга при повороте первого торсионного элемента 30 во второе угловое положение. Аналогичным образом кривизна первой и второй зон зацепления 26, 36 задает скорость, с которой интенсивность помехи увеличивается по мере увеличения угла поворота второго торсионного элемента 30 относительно первого торсионного элемента 20. Таким образом, из вышесказанного видно, что удельная сила по отношению к углу может быть создана путем регулирования степени «нависания» и профиля кривизны на свободных концах торсионных элементов.
Торсионные элементы в соответствии с настоящим изобретением могут принимать различные формы, самыми простыми из которых являются прямолинейные элементы, как показано на фигурах 1А и 1B. Тем не менее, в пределах доступного пространства можно разместить множество форм элементов, включая криволинейные и сложенные формы.
Пример возможной криволинейной формы показан на фигуре 2, которая иллюстрирует торсионное устройство 10', включающее в себя первый упругий торсионный элемент 20' и имеющее профиль двойной кривизны s-образной формы и второй упругий торсионный элемент 30', отстоящий от первого торсионного элемента 20' и имеющий профиль, который является зеркальным отражением первого элемента 20', расположенного вдоль центральной оси «В», и практически аналогичным по показателю жесткости первому торсионному элементу 20'. Второй торсионный элемент 30' выполнен также с возможностью поворота относительно первого торсионного элемента относительно оси вращения «А» между первым угловым положением (как показано на фигуре 2) и вторым угловым положением (на фигуре не показано).
Первый торсионный элемент 20' включает в себя первый опорный конец 22', первый свободный конец 24', расположенный на расстоянии от первого опорного конца 22', первую криволинейную зону зацепления 26', расположенную на первом свободном конце 24', и третью криволинейную зону зацепления 28, расположенную между первой криволинейной зоной зацепления 26' и первым опорным концом 22'.
Второй торсионный элемент 30' включает в себя второй опорный конец 32', второй свободный конец 34', расположенный на расстоянии от второго опорного конца 32', вторую криволинейную зону зацепления 36', расположенную на втором свободном конце 34', и четвертую криволинейную зону зацепления 38, расположенную между второй криволинейной зоной зацепления 36' и вторым опорным концом 32'.
Первый и второй опорные концы 22', 32' вытянуты таким образом, что создают удлиненную базовую часть, которая обеспечивает надежное крепление к несущей конструкции.
Торсионное устройство 10' действует по тому же принципу, что и торсионное устройство 10, в котором второй торсионный элемент 30' поворачивается из первого углового положения во второе угловое положение, в результате чего первая и вторая криволинейные зоны зацепления 26', 36' принуждаются к совмещению друг с другом и изменению формы первого и второго торсионных элементов с помощью первой и второй криволинейных зон зацепления 26', 36', выполненных с возможностью переворачивать друг друга.
Тем не менее, действие упомянутого торсионного устройства отличается тем, что второй торсионный элемент 30' возвращается в первое угловое положение, поскольку, как показано на фигуре 2, третья и четвертая криволинейные зоны зацепления 28, 38 выполнены таким образом, что стыкуются друг с другом для обеспечения постепенного увеличения силы при возвращении второго торсионного элемент 30' в первое углового положение. Таким образом, когда внешнее усилие, влияющее на торсионное устройство 10', внезапно устраняется (такое может, например, произойти с подвеской транспортного средства, когда на пути встречается значительное углубление в дорожном покрытии), профиль первого и второго торсионных элементов 20', 30' обеспечивает хотя и кратковременное, но постепенное увеличение силы, действующей в противоположном направлении к первой и второй криволинейным зонам зацепления 26', 36', и, таким образом, способствует «мягкой посадке» второго торсионного элемента 30' при его возвращении в первое угловое положение.
Двойной криволинейный профиль торсионного устройства 10' дополнительно обеспечивает эффективное увеличение длины активного элемента и, таким образом, позволяет увеличить его прогиб для заданной силы. Данное действие может быть полезным, поскольку увеличенный прогиб может уменьшить отрицательное влияние истирания на работу торсионного устройства. Истирание постепенно приводит к тому, что поверхности контакта становятся подвержены эффекту Бринелля из-за высокого давления на точки контакта. Хотя это может быть сведено к минимуму путем соответствующего выбора материала и твердости поверхностей на стыке, будет, тем не менее, наблюдаться некоторое уплотнение поверхностей. Такое уплотнение приводит к образованию зоны нечувствительности к угловому перемещению с небольшой или нулевой действующей силой. Чем меньше будет суммарный прогиб, предусмотренный для упомянутого элемента, тем больше будет угол перемещения. Таким образом, больший прогиб способствует меньшему истиранию, возникающему по той или иной причине.
На фигуре 3 изображено торсионное устройство 110 в соответствии со вторым устройством (как определено выше) настоящего изобретения, включающее в себя первый упругий торсионный элемент 120 и второй упругий торсионный элемент 130, расположенный на расстоянии от первого торсионного элемента 120 с возможностью поворота относительно оси вращения «А» между первым угловым положением (как показано пунктирными линиями) и вторым угловым положением (как показано сплошными линиями).
Первый торсионный элемент 120 включает в себя первый опорный конец 122, первый свободный конец 124, расположенный на расстоянии от первого опорного конца 122, и первую криволинейную зону зацепления 126, расположенную на первом свободном конце 124.
Второй торсионный элемент 130 включает в себя второй опорный конец 132, второй свободный конец 134, расположенный на расстоянии от второго опорного конца 132, и вторую криволинейную зону 136, расположенную на втором свободном конце 134. Первый и второй торсионные элементы 120, 130 имеют практически идентичные строение и жесткость.
В первом угловом положении первый и второй торсионные элементы 120, 130 расположены под углом около 180° между первым и вторым опорными концами 122, 132. В работе, начиная с первого углового положения, второй торсионный элемент 130 поворачивается в ответ на внешнее воздействие таким образом, что уменьшает угловой разнос между первым и вторым опорными концами 122, 132. Поскольку каждая из первой и второй криволинейных зон зацепления 126, 136 расположена между осью вращения «А» и первым и вторым опорными концами соответственно, поворот второго торсионного элемента 130 относительно первого торсионного элемента 120 по направлению ко второму угловому положению приводит к тому, что криволинейные зоны зацепления первого и второго торсионных элементов 126, 136 принуждаются к совмещению друг с другом посредством первого и второго торсионных элементов 120, 130, изгибающихся при опрокидывании первой и второй криволинейных зон зацепления 126, 136. Как изображено на чертежах, первый и второй торсионные элементы 120, 130 принуждаются к отклонению друг от друга при увеличении уровня помех между первой и второй криволинейными зонами зацепления 126, 136 под таким углом вращения, который обеспечивает сопряжение первого и второго опорных концов, что, в свою очередь, препятствует дальнейшему повороту второго торсионного элемента 130. Как и в случае с первым устройством, торсионное устройство 110 выполнено таким образом, что обеспечивает постепенное увеличение сопротивления кручению при увеличении угла смещения, в то время как вторая часть перемещается из первого углового положения во второе угловое положение. Возможность достижения одинаковой кривизны свободных концов элементов позволяет получить одинаковое расстояние от каждой поверхности до угла, тем самым сводя к минимуму подверженность к скольжению и последующую потерю энергии на трение.
На фигуре 4 изображено альтернативное торсионное устройство 110', выполненное на основе торсионного устройства 100 (элементы пронумерованы соответственно), дополнительно включающее задний упор 140, выполненный таким образом, что стыкуется со вторым свободным концом 134', в то время как второй торсионный элемент 130' находится в первом угловом положении (при этом задний упор 140 и второй торсионный элемент 130' задают третью и четвертую зоны зацепления 142, 138 соответственно). Задний упор 140 в сочетании с изгибом второго торсионного элемента 130' обеспечивает «мягкую посадку» при возвращения торсионного устройства в первое угловое положение.
На фигуре 5 изображено еще одно торсионное устройство 110'', выполненное на основе торсионного устройства 100 (элементы пронумерованы соответственно), что позволяет обеспечить двунаправленный поворот второго торсионного элемента 130'' относительно первого торсионного элемента 120'' таким образом, чтобы создать двунаправленное торсионное сопротивление внешней силе. Как показано на чертежах, двунаправленность достигается тем, что первая зона зацепления 126'', которая проходит от одной боковой стороны первого свободного конца 124'' до противоположной боковой стороны первого свободного конца 124'', а также тем, что образует соответствующую вторую зону зацепления 136'', которая проходит от одной боковой стороны второго свободного конца 134'' до противоположной боковой стороны второго свободного конца 134''.
На фигурах 6-9 изображено торсионное устройство 200 для использования в узле подвески транспортного средства, выполненное на основании второго устройства (как определено выше) в соответствии с настоящим изобретением.
Торсионное устройство 200 включает в себя первую часть 210, вторую часть 220, частично вмонтированную в первую часть 210, и подшипниковый узел 230, обеспечивающий поворот второй части 220 относительно первой части 210 относительно оси «А» между первым и вторым угловыми положениями (для наглядности промежуточное угловое положение между первым и вторым угловыми положениями показано на чертежах).
Первая часть 210 включает в себя удлиненную кольцевую втулку 212, образующую цилиндрическую камеру 214 для приема второй части 220, торцевую плиту 216 и задвижку 218 для герметизации цилиндрическую камеры 214, и наружное кольцо 219 для обеспечения крепления торсионного устройства 200 к части транспортного средства.
Вторая часть 220 включает в себя основание 222, опорой для которого служит подшипниковый узел 230 на первом конце первой части 210, и удлиненную опору 224, продвинутую аксиально от основания 222 к задвижке 218 на противоположном конце первой части 210.
Удлиненная кольцевая втулка 212 и удлиненная опора 224 образуют первый и второй торсионные элементы соответственно в виде выступающих неровностей ребристого типа 240, 250, выполненных из жесткого, но упругого материала (например, стали), проходящих аксиально вдоль удлиненной опоры 224.
Первая выступающая неровность ребристого типа 240 включает в себя первый опорный конец 242, первый свободный конец 244, расположенный на расстоянии от первого опорного конца 242, и первую удлиненную криволинейную зону зацепления 246, расположенную на первом свободном конце 244 и проходящую вдоль первой выступающей неровности ребристого типа 240.
Вторая выступающая неровность ребристого типа 250 включает в себя второй опорный конец 252, второй свободный конец 254, расположенный на расстоянии от второго опорного конца 252, и вторую удлиненную криволинейную зону зацепления 256, расположенную на втором свободном конце 254 и проходящую вдоль второй выступающей неровности ребристого типа 250. Первая и вторая выступающие неровности ребристого типа 240, 250 имеют практически одинаковые строение и жесткость. Вместе первая и вторая выступающие неровности ребристого типа 240, 250 разделяют камеру 214 на первую и вторую подкамеры 214А, 214В.
Действие устройства 200, обеспечивающее торсионное сопротивление внешней силе, приложенной ко второй части 220, осуществляется на основе действия торсионных устройств 110 и 110, описанных выше в отношении фигур 3 и 4. Однако действие торсионного устройства 200 с дополнительными элементами новизны рассмотрено ниже.
Удлиненная опора 224 дополнительно образует задний упор 260, выполненный таким образом, что стыкуется с первом свободным концом 444, в то время как вторая выступающая неровность ребристого типа 250 находится в первом угловом положении (при этом первый торсионный элемент 240 и задний упор 260 задают третью и четвертую зоны зацепления 248, 262 соответственно). Задний упор 260 в сочетании с изгибом первой выступающей неровности ребристого типа 240 обеспечивает «мягкую посадку» для второй выступающей неровности ребристого типа 250 при ее возвращении в первое угловое положение.
Поворот второй части 220 относительно первой части 210 гасится посредством заполнения цилиндрической камеры 214 текучей средой 265 (например, маслом или другой смазочной жидкостью) для уменьшения высокочастотных колебаний. При повороте второй части 220 относительно первой части 210 из первого углового положения во второе угловое положение текучая среда 265 принуждается к перемещению из первой подкамеры 214А во вторую подкамеру 214В (и в обратном направлении при повороте в другую сторону) при распределении потока текучей среды 265 в основном в пределах канавок 218A-D, сформированных в задвижке 218. Канавки 218A-D выполнены таким образом, что их угловая длина экспоненциально уменьшается, в результате чего сопротивление потоку жидкости между первой и второй подкамерами 214А, 214В возрастает при повороте второй части 220 относительно первой части 210 по направлению ко второму угловому положению, в то время как канавки одна за другой прекращают подачу жидкости в порядке наименьшего радиуса. Удлиненная опора 224 дополнительно образует поршневую камеру 226, которая с помощью текучей среды сообщается с камерой 214 через канал 225 и с воздушной средой - через вентиляционное отверстие 228, причем поршневая камера 226 включает в себя свободно плавающий поршень 270, выполненный для обеспечения переменного герметизированного пространства для текучей среды 265 в камере 214. При нагреве и расширении текучей среды 265 во время работы поршневая камера 226 действует таким образом, что допускает расширение с минимальным увеличением давления. При скачках переменного давления, вызванных быстрым перемещением первой и второй частей 210, 200, камера 226 дополнительно выполняет функцию предохранительного устройства.
Удлиненная опора 224 дополнительно включает в себя датчик 280 для мониторинга углового положения второй части 220 относительно первой части 210. Датчик 280 включает в себя опорный рычаг 282 и магнит датчика 284, вмонтированный в опорный рычаг 282 вдоль оси вращения «А» и обнаруживаемый с помощью схемы (не показана на чертежах), установленной на торцевой плите 216. Дискретная выемка 218Е, сформированная в задвижке 218, обеспечивает поворот опорного рычага 282 и магнита датчика 284 относительно первой части 210.
Таким образом, система управления транспортным средством может быть обеспечена точной обратной связью по угловому положению (например, для использования в жидкостях различной вязкости и, следовательно, для улучшения характеристик демпфирования торсионного устройства). Что касается, например, торсионного устройства, содержащего «интеллектуальную» жидкость (например, магнитореологическую или электрореологическую жидкости) в качестве демпфирующей жидкости, обратная связь по угловому положению может быть использована для изменения поля, воздействующего на «интеллектуальную» жидкость.