ТОРСИОННАЯ БАЛКА, УЗЕЛ ТОРСИОННОЙ БАЛКИ И СИСТЕМА ПОДВЕСКИ ТОРСИОННОГО ТИПА
TORSION BEAM, TORSION BEAM UNIT AND TORSION TYPE SUSPENSION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к торсионной системе подвески торсионного типа для автомобиля, более конкретно, относится к торсионной балке, которая может сдерживать усталость металла, и к узлу торсионной балки и торсионной системе подвески торсионного типа, которая снабжена этой торсионной балкой.
Уровень техники
Как известно, в автомобильной области широко используются системы подвески торсионного типа. Система подвески торсионного типа снабжена парой из левого и правого рычажных элементов и торсионной балкой, которая соединяет рычажные элементы друг с другом. Рычажные элементы соединены их опорными концевыми частями с шасси с возможностью вращения и имеют колеса, с возможностью вращения прикрепленные к их передним концевым частям. Между рычажными элементами и шасси прикреплены амортизаторы. Вблизи концевых частей торсионной балки расположены части для установки пружины. Между частями для установки пружины и шасси установлены спиральные пружины. Торсионная балка приспособлена для придания устойчивости к крену шасси главным образом посредством жесткости при кручении торсионной балки, когда на шасси воздействует внешняя сила от дорожной поверхности. Торсионная балка имеет форму поперечного сечения, которая демонстрирует пригодную жесткость при кручении с учетом устойчивости к крену шасси. Эта форма поперечного сечения в целом сформирована симметрично в продольном направлении шасси (например, см. Патентную литературу 1).
Список ссылок
Патентная литература
Патентная литература 1: Публикация патента Японии № 2005-306177A.
Сущность изобретения
Техническая проблема
Вследствие воздействия внешней силы от дорожной поверхности торсионная балка имеет сложный профиль напряжения. В зависимости от состояния использования транспортного средства иногда торсионная балка будет восприимчивой к ранней усталости металла. Настоящее изобретение предусматривает в качестве его технической проблемы решение этой проблемы известного уровня техники и имеет в качестве его цели получение торсионной балки, которая используется в системе подвески автомобиля и может эффективно сдерживать усталость металла, и узла торсионной балки и системы подвески с торсионной балкой, которые снабжены такой торсионной балкой.
Решение проблемы
Изобретатели, участвовавшие в тщательном исследовании в области зависимости между жесткостью при кручении и профилем напряжения торсионной балки, в результате обнаружили, что посредством управления относительными положениями вершины внешней стенки и вершины внутренней стенки в форме поперечного сечения, вертикального относительно продольному направлению торсионной балки, можно поддерживать жесткость при кручении торсионной балки постоянной посредством изменения профиля напряжения, которое возникает в торсионной балке, как необходимо.
Согласно настоящему изобретению, получена торсионная балка, которая используется в системе подвески автомобиля, которая снабжена парой рычажных элементов, которые проходят в (продольном) направлении «вперед-назад» автомобиля и приспособлены для соединения первыми концевыми частями с шасси автомобиля таким образом, что они могут качаться вокруг осей качания в (вертикальном) направлении «вверх-вниз» и имеют колеса, прикрепленные с возможностью вращения ко вторым концевым частям на противоположных сторонах относительно концевых частей, которые соединены с шасси автомобиля, при этом торсионная балка имеет у, которое проходит в продольном направлении таким образом, что торсионная балка имеет первую и вторую ветви в плоскости, вертикальной относительно продольного направления, и демонстрирует по существу V-образную или по существу U-образную форму поперечного сечения, при этом торсионная балка имеет соединительные части, которые расположены на двух концах этой торсионной балки и соединены с рычажными элементами, часть с фиксированной формой, которая расположена в центральной части в продольном направлении этой торсионной балки, и части с асимметричной формой, которые расположены между этой частью с фиксированной формой и соединительными частями в части с фиксированной формой, при этом углубление имеет постоянную глубину, и указанные первая и вторая ветви имеют в целом одинаковые размеры по толщине или ширине, и в частях части с асимметричной формой глубина углубления постепенно становится более глубокой от соединительных частей к части с фиксированной формой, и первая ветвь имеет большую ширину, чем ширина указанной второй ветви.
В соответствии с торсионной балкой согласно настоящему изобретению, торсионной балкой можно управлять по величине максимального главного напряжения, которое возникает в торсионной балке независимо от жесткости при кручении торсионной балки, и, таким образом, величина максимального главного напряжения и жесткость торсионной балки могут быть эффективно заданы. В результате, можно обеспечивать получение желательных рабочих характеристик подвески при снижении величины максимального главного напряжения торсионной балки и эффективном снижении усталости металла, которая возникает в торсионной балке.
Предпочтительные эффекты изобретения
В соответствии с торсионной балкой, узлом торсионной балки и системой подвески с торсионной балкой в соответствии с настоящим изобретением, можно управлять величиной максимального главного напряжения, которое возникает в торсионной балке, независимо от жесткости торсионной балки и, таким образом, можно эффективно задавать величину максимального главного напряжения и жесткость торсионной балки. В результате, усталостная прочность торсионной балки в отношении усталости металла может быть улучшена, и долговечность может быть увеличена.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематический вид в перспективе системы задней подвески торсионного типа как один пример системы подвески, в которой может быть применено настоящее изобретение.
Фиг. 2 - схематический вид в перспективе, показывающий один пример узла торсионной балки, который снабжен торсионной балкой в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 3 - схематический вид в плане узла торсионной балки, показанной на фиг. 2.
Фиг. 4 - схематический вид снизу узла торсионной балки, показанной на фиг. 2, который также показывает главное напряжение, которое возникает в торсионной балке.
Фиг. 5A - схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 5B - схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки В-В на фиг. 2.
Фиг. 5C - схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки С-С на фиг. 2.
Фиг. 5D - схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки D-D на фиг. 2.
Фиг. 6 - увеличенное изображение поперечного сечения, выполненного вдоль стрелки В-В на фиг. 2 (фиг. 5B).
Фиг. 7 - схематический вид, который показывает изменения поперечного сечения торсионной балки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 8A - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 8B - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки В-В на фиг. 2.
Фиг. 8C - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки С-С на фиг. 2.
Фиг. 8D - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки D-D фиг. 2.
Фиг. 9A - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 9B - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки В-В на фиг. 2.
Фиг. 9C - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки С-С на фиг. 2.
Фиг. 9D - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки D-D на фиг. 2.
Фиг. 10A - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с четвертый вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 10B - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 10C - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки С-С на фиг. 2.
Фиг. 10D - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки D-D на фиг. 2.
Фиг. 11A - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 11B - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки В-В на фиг. 2.
Фиг. 11C - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки С-С на фиг. 2.
Фиг. 11D - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки D-D на фиг. 2.
Фиг. 12A - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 12B - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки В-В на фиг. 2.
Фиг. 12C - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки С-С на фиг. 2.
Фиг. 12D - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки D-D на фиг. 2.
Фиг. 13A - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки А-А на фиг. 2.
Фиг. 13B - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки В-В на фиг. 2.
Фиг. 13C - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки С-С на фиг. 2.
Фиг. 13D - вид, который показывает схематическое поперечное сечение торсионной балки в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения и схематический вид поперечного сечения торсионной балки, выполненного вдоль стрелки D-D на фиг. 2.
Описание варианта осуществления изобретения
Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи будет описано множество вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что буквы F и R на фигурах показывают переднюю и заднюю стороны транспортного средства при установке торсионной балки на шасси автомобиля. Сначала со ссылками на фиг. 1-7 будет описан первый вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, система 1 задней подвески торсионного типа снабжена узлом 10 торсионной балки и пружинами 20 и амортизаторами 30, которые установлены между узлом 10 торсионной балки и шасси. Узел 10 торсионной балки, как показано на фиг. 1 и 2, снабжен парой из левого и правого рычажных элементов, составленных задними рычагами 11L и 11R, которые проходят в (продольном) направлении «вперед-назад» автомобиля, когда они прикреплены к шасси и торсионной балке 12, которая соединяет задние рычаги 11L и 11R друг с другом. Узел 10 торсионной балки также снабжен парой из левой и правой частей 16L и 16R для установки пружины, которые удерживают нижние концевые части пружин 20, и части для приема амортизатора (не показаны), которые удерживают нижние концевые части амортизаторов 30. Задние рычаги 11L и 11R соединены их опорными концевыми частями с шасси с возможностью качания вокруг осей JL и JR качания в (вертикальном) направлении «вверх-вниз» или в вертикальной плоскости. На передних концевых частях задних рычагов 11L и 11R на противоположных сторонах относительно опорных концевых частей с возможностью вращения прикреплены колеса WL и WR.
Торсионная балка 12 состоит из полого элемента, который проходит между задними рычагами 11L и 11R в поперечном направлении автомобиля, то есть направлении по ширине. Части 16L и 16R для установки пружины сформированы на противоположных сторонах торсионной балки 12 относительно осей JL и JR качания в настоящем варианте осуществления изобретения на задней стороне автомобиля и сформированы между задними рычагами 11L и 11R и торсионной балки 12, в то время как части для установки амортизаторов (не показаны) расположены на задних рычагах 11L и 11R вблизи частей 16L и 16R для установки пружины.
Торсионная балка 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения снабжена частью с фиксированной формой 13, которая расположена по существу в центре в ее продольном направлении, первой и второй соединительными частями 15a и 15b, которые соединены с задними рычагами 11L и 11R, которые расположены на двух концевых частях, и первой и второй частями 14a и 14b с асимметричной формой (асимметричные части), которые расположены между частью с фиксированной формой 13 и первой и второй соединительными частями 15a и 15b. Торсионная балка 12, как показано на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5A-фиг. 5D, имеет по существу горизонтальное V-образное или U-образное поперечное сечение, которое имеет первую ветвь 18a, которая расположена на стороне вблизи осей JL и JR качания, и вторую ветвь 18b, которая расположена на стороне, удаленной от осей JL и JR качания, когда она прикреплена к шасси. Между первой и второй ветвями 18a и 18b сформирована углубление 17, которое проходит в продольном направлении торсионной балки 12. Углубление 17 постепенно углубляется от первой и второй соединительных частей 15a и 15b в направлении части 13 с фиксированной формой по первой и второй частям 14a и 14b с асимметричной формой и становится по существу постоянной по глубине в части 13 с фиксированной формой.
Часть 13 с фиксированной формой является областью, где форма поперечного сечения, вертикальная относительно продольного направления торсионной балки 12, по существу больше не изменяется в продольном направлении торсионной балки 12. Первая и вторая соединительные части 15a и 15b имеют формы, которые пригодны для соединения торсионной балки 12 с задними рычагами 11L и 11R. Кроме того, первая и вторая соединительные части 15a и 15b сформированы с пологими углублениями 17 (фиг. 5D) только в областях, которые примыкают к первой и второй частям 14a и 14b с асимметричной формой. В настоящем варианте осуществления изобретения углубления 17 не сформированы на передних концах торсионной балки 12, которые соединены с задними рычагами 11L и 11R, и частях, примыкающих к этим передним концам. В качестве альтернативы, первая и вторая соединительные части 15a и 15b могут не требовать наличия выемок 17. Первая и вторая соединительные части 15a и 15b могут быть выполнены как области длин от передних концов торсионной балки 12, по существу равных эквивалентным диаметрам первой и второй соединительных частей 15a и 15b.
Первая и вторая асимметричные части 14a и 14b, как показано на фиг. 5A и 5B, являются областями, где поперечные сечения первой и второй асимметричных частей 14a и 14b сформированы ассиметрично в продольном направлении так, чтобы первая ветвь 18a была толще, чем вторая ветвь 18b.
Здесь, если ссылаться на фиг. 6, которая является увеличенным видом поперечного сечения вдоль стрелки В-В на фиг. 2 (фиг. 5B), торсионная балка 12 состоит из внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b. Между ними сформировано внутреннее пространство. Внешняя стенка 19a является частью стенки, которая проходит от передней концевой точки Р1 первой ветви 18a, проходит вершину P4 и проходит к передней концевой точке P2 второй ветви 18b. Внутренняя стенка 19b является стенкой, которая проходит от передней концевой точки P1 первой ветви 18a, проходит вершину P3 углубления 17 и проходит к передней концевой точке P2 второй ветви 18b. Осевая линия OV представляет собой осевую линию, которая проходит вертикально относительно линейного сегмента P1P2 через центр между передними концевыми точками P1 и P2 первой и второй ветвей 18a и 18b. В торсионной балке 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения вершина P4 внешней стенки 19a расположена на осевой линии OV, но вершина P3 внутренней стенки 19b смещена от осевой линии OV назад, то есть в направлении удаления от осей JL и JR качания в асимметричных частях 14a и 14b.
Кроме того, как показано на фиг. 6, линия L1 представляет собой общую касательную линию, которая входит в контакт с передними концевыми точками P1 и P2 обеих из первой и второй ветвей 18a и 18b. Линия L2 представляет собой линию, которая параллельна линии L1 и входит в контакт с вершиной P3 углубления 17. Линия L3 представляет собой линию, которая параллельна линиям L1 и L2 и находится на равных расстояниях от линий L1 и L2. В асимметричных частях 14a и 14b в частях, где первая и вторая ветви 18a и 18b пересекают линию L3, толщина или ширина первой ветви 18a становится больше толщины или ширины второй ветви 18b. Толщина или ширина первой ветви 18a может составлять расстояние LF между внешней стенкой 19a и внутренней стенкой 18b, проходящими через точку С1 пересечения промежуточной плоскости IPa между внешней стенкой 19a и внутренней стенкой 19b и линией L3 в первой ветви 18a. Подобным образом, толщина или ширина второй ветви 18b может составлять расстояние LR между внешней стенкой 19a и внутренней стенкой 18b, проходящей через точку C2 пересечения промежуточной плоскости IPb между внешней стенкой 19a и внутренней стенкой 19b и линией L3 во второй ветви 18b.
В первой и второй асимметричных частях 14a и 14b соотношение α=LF/LR толщины или ширины первой и второй ветвей 18a и 18b изменяется в продольном направлении торсионной балки 12, но в первом варианте осуществления изобретения оно становится имеющим максимальное значение αmax=1,8. Авторы настоящего изобретения обнаружили следующие факты на основе численного анализа торсионной балки 12. (1) Чем больше величина α, тем больше снижается растягивающее напряжение, которое возникает во внутренней стенке 19b, которая формирует углубление 17 в первой ветви 18a. (2) Чем больше величина α, тем больше увеличивается растягивающее напряжение S2, которое возникает во внутренней стенке 19b, которая формирует углубление 17 во второй ветви 18b.
По указанным выше соображениям (1) и (2) было обнаружено, что существует пригодный диапазон для величины α соотношения толщин или широт первой и второй ветвей 18a и 18b в первой и второй асимметричных частях 14a и 14b и что на основе численного анализа соотношение 1,1≤α≤2,5 предпочтительно. Кроме того, если величина α излишне большая, формуемость, когда торсионная балка 12 сформирована прессованием из металлического трубчатого элемента, снижается. Кроме того, на основе численного анализа обнаружено, что для получения достаточного эффекта снятия напряжений размеры первой и второй асимметричных частей 14a и 14b в продольном направлении, предпочтительно, должны быть равными друг другу и составляли 5% или больше длины торсионной балки 12. Кроме того, размеры первой и второй асимметричных частей 14a и 14b в продольном направлении, предпочтительно, должны составлять 40% или меньше длины торсионной балки 12. Следует отметить, что в первом варианте осуществления изобретения длины первой и второй асимметричных частей 14a и 14b составляют 20% длины торсионной балки 12.
Далее снова со ссылками на фиг. 4 будет описано действие торсионной балки 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Если один из пары из левого и правого задних рычагов 11R и 11L качается вокруг оси JR или JL качания, другой задний рычаг качается соответственно к противоположной стороне. Например, если правое колесо, которое прикреплено к системе 1 торсионного типа задней подвески, подвергается воздействию направленной вверх силы, задний рычаг 11R правой стороны качается вверх вокруг оси JR качания шарнира, в то время как задний рычаг 11L левой стороны качается соответственно вниз относительно заднего рычага 11R правой стороны. Вследствие этого, как показано на фиг. 4, на правой половине торсионной балки 12, возникает большое растягивающее напряжение S1 в направлении F1 во внутренней стенке 18b первой ветви 18a, в то время как в левой половине возникает меньшее растягивающее напряжение S2, чем в направлении F2 во внутренней стенке 19b второй ветви 18b. Наоборот, на правой половине торсионной балки 12 возникает сжимающее напряжение во внутренней стенке 19b второй ветви 18b, в то время как в половине левой стороны возникает сжимающее напряжение P2 во внутренней стенке 18b первой ветви 18a. Далее будет понято, что когда левое колесо принимает направленную вверх силу, и задний рычаг 11L левой стороны качается вверх, возникает действие, противоположное указанному выше действию.
Согласно конструкции торсионной балки 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, в первой и второй асимметричных частях 14a и 14b торсионной балки 12 можно значительно уменьшить растягивающее напряжение S1 в направлении F1, которое возникает во внутренней стенке 18b первой ветви 18a. Это происходит потому, что в асимметричных частях 14a и 14b торсионной балки 12 первая ветвь 18a имеет большую толщину, то есть расстояние LF между внешней стенкой 19a и внутренней стенкой 18b увеличено таким образом, что в асимметричных частях 14a и 14b поперечная жесткость первой ветви 18a становится более высокой, и растягивающее напряжение снижается. С другой стороны, в асимметричных частях 14a и 14b торсионной балки 12 расстояние LR между внешней стенкой 19a и внутренней стенкой 19b во второй ветви 18b меньше, чем расстояние LF между внешней стенкой 19a и внутренней стенкой 18b первой ветви 18a таким образом, что поперечная жесткость снижается. Поэтому в асимметричных частях 14a и 14b торсионной балки 12 растягивающее напряжение S2, которое возникает во внутренней стенке 19b второй ветви 18b, увеличивается, но посредством получения величины α в асимметричных частях 14a и 14b на уровне пригодного значения растягивающее напряжение S2 может быть сделано меньшим, чем растягивающее напряжение S1.
В соответствии с торсионной балкой 12, узлом 10 торсионной балки и системой 1 задней подвески торсионного типа в соответствии с первый вариантом осуществления изобретения, торсионная балка 12 снабжена первой и второй асимметричными частями 14a и 14b, где расстояния LF и LR в продольном направлении транспортного средства внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b сформированы ассиметрично таким образом, что напряжение, которое возникает в торсионной балке 12, может контролироваться независимо от жесткости торсионной балки 12, и поэтому жесткость при кручении торсионной балки 12 и величина максимального главного напряжения могут быть легко и соответственно установлены.
Кроме того, торсионная балка 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения образует внешнюю стенку 19a с формой поперечного сечения, которая симметрична в продольном направлении относительно осевой линии OV таким же образом, как и в обычной торсионной балке для обеспечения легкой подстановки в обычной задней подвеске торсионного типа. В соответствии с торсионной балкой 12 в настоящем варианте осуществления изобретения можно поддерживать желательные рабочие характеристики подвески при уменьшении величины максимального главного напряжения торсионной балки 12 для эффективного уменьшения усталости металла, которая возникает в торсионной балке 12.
Далее со ссылками на фиг. 8A-8D будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 8A-8D составные элементы, подобные варианту осуществления изобретения, который показан на фиг. 5A-5D, обозначены такими же ссылочными позициями.
Торсионная балка 42 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, такая как торсионная балка 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения 12, снабжена частью с фиксированной формой (фиг. 8A), асимметричными частями 14a и 14b (фиг. 8B и 8C) и соединительными частями (фиг. 8D). В асимметричных частях 14a и 14b первая ветвь 18a сформирована с большей толщиной, чем вторая ветвь 18b. Однако второй вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения в точке, где вершина P4 внешней стенки 19a смещена от осевой линии OV назад, то есть в направлении удаления от осей JL и JR качания. Вершина P3 внутренней стенки 19b также смещена от осевой линии OV назад.
В соответствии с торсионной балкой 42 согласно второму варианту осуществления изобретения положение вершины P4 внешней стенки 49a не ограничено одним на осевой линии OV, таким образом, что формы части с фиксированной формой и асимметричных частей 14a и 14b могут быть избраны намного более свободно по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения. По сравнению с торсионной балкой в соответствии с первым вариантом 12 осуществления изобретения? становится возможным большее сдерживание жесткости при кручении торсионной балки 42 при снижении растягивающего напряжения.
Далее со ссылками на фиг. 9A-9D будет описан третий вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 9A-9D также составные элементы, которые подобны таковым в варианте осуществления изобретения, который показан на фиг. 5A-5D, будут обозначены такими же ссылочными позициями. Торсионная балка 52 в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения также, как и в торсионной балке 12 в соответствии с первым вариантом 12 осуществления изобретения, снабжена частью с фиксированной формой (фиг. 9A), асимметричными частями 14a и 14b (фиг. 9B и 9C) и соединительными частями (фиг. 9D). В асимметричных частях 14a и 14b первая ветвь 18a сформирована с большей толщиной, чем вторая ветвь 18b. Однако третий вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения тем, что вершина P4 внешней стенки 19a расположена на осевой линии OV в части с фиксированной формой, но в симметричных частях 14a и 14b и соединительных частях она смещена от осевой линии OV в переднем направлении, то есть в направлении приближения к осям JL и JR качания. Кроме того, третий вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения также тем, что вершина P3 внутренней стенки 19b расположена на осевой линии OV в части с фиксированной формой, но смещена от осевой линии OV назад в асимметричных частях 14a и 14b и соединительных частях.
В соответствии с торсионной балкой 52 согласно третьему варианту осуществления изобретения по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения, даже если форма поперечного сечения внутренней стенки 19b изменяется в небольшом диапазоне, можно уменьшить напряжение также, как и в первом варианте осуществления изобретения, и, таким образом, этот вариант осуществления изобретения предпочтителен с точки зрения отличной формуемости.
Далее со ссылками на фиг. 10A-10D будет описан четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 10A-10D также составные элементы, подобные таковым в варианте осуществления изобретения, который показан на фиг. 5A-5D, обозначены такими же ссылочными позициями. Торсионная балка 62 в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения также, как и торсионная балка 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения? снабжена частью с фиксированной формой (фиг. 10A), асимметричными частями 14a и 14b (фиг. 10B, 10С) и соединительными частями (фиг. 10D). В асимметричных частях 14a и 14b первая ветвь 18a сформирована с большей толщиной, чем вторая ветвь 18b. Однако четвертый вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения тем, что вершина P4 внешней стенки 19a расположена на осевой линии OV в части с фиксированной формой, но смещена от осевой линии OV в переднем направлении, то есть в направлении приближения к осям JL и JR качания в асимметричных частях 14a и 14b и соединительных частях. Кроме того, в четвертом варианте осуществления изобретения вершина P3 внутренней стенки 19b расположена на осевой линии OV по всей длине углубления 17.
В соответствии с торсионной балкой 62 согласно четвертому варианту осуществления изобретения диапазон выбора формы внешней стенки 19a становится более широким таким образом, что по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения можно увеличить величину α в асимметричных частях 14a и 14b и становится возможным получение равных эффектов даже с меньшими асимметричными частями 14a и 14b.
Далее со ссылками на фиг. 11A-11D будет описан пятый вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 11A-11D составные элементы, которые подобны таковым в варианте осуществления изобретения, который показан на фиг. 5A-5D, также обозначены такими же ссылочными позициями. Торсионная балка 72 в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения, как и торсионная балка 12 в соответствии с первым вариантом 12 осуществления изобретения, снабжена частью с фиксированной формой (фиг. 11A), асимметричными частями 14a и 14b (фиг. 11B и 11C) и соединительными частями (фиг. 11D). В асимметричных частях 14a и 14b первая ветвь 18a сформирована с большей толщиной, чем вторая ветвь 18b. Однако пятый вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения тем, что вершины P4 и P3 обеих из внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b находятся на осевой линии OV.
В соответствии с торсионной балкой 72 согласно пятому варианту осуществления изобретения величина R в асимметричных частях 14a и 14b может быть сделана большей таким образом, что по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения могут быть получены равные эффекты, даже если асимметричные части 14a и 14b имеют меньшие размеры. Кроме того, вершины P4 и P3 внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b находятся на осевой линии OV, то есть находятся в центре торсионной балки 12 в направлении по ширине таким образом, что по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения формуемость становится хорошей.
Далее со ссылками на фиг. 12A-12D будет описан шестой вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 12A-12D составные элементы, которые подобны таковым в варианте осуществления изобретения, который показан на фиг. 5A-5D, также обозначены такими же ссылочными позициями. Торсионная балка 82 в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения также, как и торсионная балка 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения 12, снабжена частью с фиксированной формой (фиг. 12A), асимметричными частями 14a и 14b (фиг. 12B и 12C) и соединительными частями (фиг. 12D). В асимметричных частях 14a и 14b первая ветвь 18a сформирована с большей толщиной, чем вторая ветвь 18b. Однако шестой вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения тем, что вершины P4 и P3 внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b расположены на осевой линии OV. Кроме того, углубление 17 симметрично по форме в продольном направлении автомобиля относительно осевой линии OV.
В соответствии с торсионной балкой 82 согласно шестому варианту 82 осуществления изобретения можно увеличить величину R в асимметричных частях 14a и 14b и можно получить подобные эффекты по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения, даже если асимметричные части 14a и 14b имеют меньшие размеры. Кроме того, в торсионной балке 82 в соответствии с шестым вариантом 82 осуществления изобретения вершины P4 и P3 внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b находятся на осевой линии OV торсионной балки 82, и, таким образом, по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения формуемость улучшается.
Далее со ссылками на фиг. 13 будет описан седьмой вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 13A-13D составные элементы, которые подобны варианту осуществления изобретения, который показан на фиг. 5A-5D, также обозначены такими же ссылочными позициями. Торсионная балка 92 в соответствии с седьмым вариантом 92 осуществления изобретения также, как и торсионная балка 12 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, снабжена частью с фиксированной формой (фиг. 13A), асимметричными частями 14a и 14b (фиг. 13B и 13C) и соединительными частями (фиг. 13D). В асимметричных частях 14a и 14b первая ветвь 18a сформирована с большей толщиной, чем вторая ветвь 18b. Однако седьмой вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения тем, что вершины P4 и P3 обеих из внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b находятся на осевой линии OV, то есть расположены в центре торсионной балки в направлении по ширине. Кроме того, углубление 17 симметрично по форме в продольном направлении автомобиля относительно осевой линии OV.
В соответствии с торсионной балкой 72 согласно седьмому варианту осуществления изобретения можно сделать величину α в асимметричных частях 14a и 14b большей. По сравнению с первым вариантом осуществления изобретения, даже если асимметричные части 14a и 14b являются более узкими, могут быть получены равные эффекты. Так как вершины внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b расположены в центре торсионной балки в направлении по ширине, становится возможным улучшение формуемости по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения.
Примеры
Далее будут описаны примеры осуществления настоящего изобретения. Результаты моделирования с использованием торсионной балки с по существу V-образным или U-образным поперечным сечением с вершиной, сформированной наверху, показаны в Таблице 1. Следует отметить, что в Таблице 1 результаты моделирования примеров показаны в пропорциях относительно сравнительного примера обычной торсионной балки. Приблизительные размеры торсионных балок, использованных при моделировании, составляли длину в продольном направлении, составляющую 1000 мм, ширину в центре в продольном направлении, составляющую 95 мм, и высоту в центре в продольном направлении, составляющую 55 мм. Кроме того, было выполнено моделирование с приложением внешней силы, составляющей 5000 Н в противоположных направлениях к левым и правым колесам, и создавая смещение таким образом, чтобы разность высоты левых и правых колес составила 140 мм.
Торсионная балка в сравнительном примере не снабжена асимметричными частями и сформирована симметрично в продольном направлении по всей длине торсионной балки. Пример 1 представляет собой торсионную балку в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, в котором асимметричные части 14a и 14b проходят в продольном направлении торсионной балки на одну сторону на 200 мм, и максимальная величина α в асимметричных частях 14a и 14b составляет 1,8.
Пример 2 представляет собой торсионную балку в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, в котором асимметричные части 14a и 14b проходят в продольном направлении торсионной балки в одну сторону вдоль 400 мм, и максимальная величина α в асимметричных частях 14a и 14b составляет 1,8.
Пример 3 представляет собой торсионную балку в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, в котором асимметричные части 14a и 14b проходят в продольном направлении торсионной балки в одну сторону вдоль 200 мм, и максимальная величина α в асимметричных частях 14a и 14b составляет 1,8.
Пример 4 представляет собой торсионную балку в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения, в котором асимметричные части 14a и 14b проходят в продольном направлении торсионной балки в одну сторону вдоль 150 мм, и максимальная величина α в асимметричных частях 14a и 14b составляет 1,8.
Пример 5 представляет собой торсионную балку в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения, в котором асимметричные части 14a и 14b проходят в продольном направлении торсионной балки в одну сторону вдоль 150 мм, и максимальная величина α в асимметричных частях 14a и 14b составляет 1,8.
Пример 6 представляет собой торсионную балку в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения, в котором асимметричные части 14a и 14b проходят в продольном направлении торсионной балки в одну сторону вдоль 150 мм, и максимальная величина α в асимметричных частях 14a и 14b составляет 1,8.
Пример 7 представляет собой торсионную балку в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения, в котором асимметричные части 14a и 14b проходят в продольном направлении торсионной балки в одну сторону вдоль 150 мм, и максимальная величина α в асимметричных частях 14a и 14b составляет 1,8.
Таблица 1
Отношение максимального главного напряжения, возникающего в торсионной балке в разных примерах, относительно сравнительного примера
Отношение жесткости при кручении торсионной балки в разных примерах относительно сравнительного примера
Формуемость
Сравнительный пример
1,0
1,0
VG
Пример 1
0,94
1,0
G
Пример 2
0,90
1,0
F
Пример 3
0,94
1,0
G
Пример 4
0,94
1,0
G
Пример 5
0,94
1,0
G
Пример 6
0,94
1,0
G
Пример 7
0,94
1,0
VG
Следует отметить, что в Таблице 1 формуемость оценивается точностью позиционирования вершин внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b в направлении по ширине и направлении по высоте, определенного в результате анализа формы посредством моделирования методом конечных элементов. Случай, когда точность позиционирования вершин внешней стенки 19a и внутренней стенки 19b в направлении по ширине и по высоте имеет погрешность более 2 мм относительно заданной, обозначена как "F" (вполне удовлетворительная), более 1-2 мм как "G" (хорошая) и 1 мм или меньше как "VG" (очень хорошая).
Как будет понятно при ознакомлении с Таблицей 1, в Примере 2 величина максимального главного напряжения снижена на 10%, и жесткость при кручении была по существу одинакова.
Кроме того, в Примере 7 формуемость была равна таковой для обычной торсионной балки, величина максимального главного напряжения снижена на 6%, и жесткость при кручении была по существу одинакова. Если величина максимального главного напряжения снижается на 6%, долговечность усталостной прочности торсионной балки увеличивается приблизительно в 1,5 раза, в то время как если величина максимального главного напряжения снижается на 10%, долговечность усталостной прочности торсионной балки увеличивается приблизительно в 2 раза, будет понято, что в соответствии с настоящим изобретением получен эффект поддержания жесткости при кручении постоянной при улучшении долговечности усталостной прочности торсионной балки.
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено уже описанными вариантами его осуществления. Возможны различные модификации и усовершенствования без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Например, в уже описанных вариантах осуществления изобретения были показаны торсионные балки 12, 42, 52, 62, 72, 82 и 92 с по существу V-образными или по существу U-образными поперечными сечениями, которые открыты снизу и имели вершину, сформированную сверху, но они также могут быть конфигурированы как открытые сверху и имеющие вершину, сформированную снизу.
Кроме того, в уже описанных вариантах осуществления изобретения был показан случай, когда асимметричные части 14a и 14b сформированы между частью 13 с фиксированной формой и соединительными частями 15a и 15b, и форма постепенно деформировалась от части 13 с фиксированной формой к соединительным частям 15a и 15b, но положения размещения асимметричных частей 14a и 14b в продольном направлении торсионной балки или то, как будут деформироваться часть 13 с фиксированной формой и соединительные части 15a и 15b, можно задавать любым образом.
Кроме того, то, сверху или снизу следует располагать вершину поперечного сечения, перпендикулярного продольному направлению в торсионной балке 12, 42, 52, 62, 72, 82 и 92 или насколько будет смещаться вершина в продольном направлении и в вертикальном направлении транспортного средства, можно избирать любым образом.
Кроме того, в уже описанных вариантах осуществления изобретения показан случай, где система подвески торсионного типа была торсионной системой 1 задней подвески торсионного типа, но, например, настоящее изобретение также может применяться для системы передней подвески рычажного типа.
Промышленное применение
Усталость металла торсионной балки, которая формирует систему подвески торсионного типа, сдерживается, и усталостная прочность системы подвески с торсионной балкой улучшается и, таким образом, изобретение может быть использовано в промышленности.
Список ссылочных позиций
1. Система задней подвески торсионного типа.
10. Узел торсионной балки.
11L. Задний рычаг.
11R. Задний рычаг.
12. Торсионная балка.
13. Часть с фиксированной формой.
14a. Первая асимметричная часть.
14b. Вторая асимметричная часть.
15a. Первая соединительная часть.
15b. Вторая соединительная часть.
16L. Часть для установки пружины.
16R. Часть для установки пружины.
17. Углубление.
18a. Первая ветвь.
18b. Вторая ветвь.
19a. Внешняя стенка.
19b. Внутренняя стенка.
20. Пружина.
30. Амортизатор.
42. Торсионная балка.
52. Торсионная балка.
62. Торсионная балка.
72. Торсионная балка.
82. Торсионная балка.
92. Торсионная балка.
JL. Ось качания.
JR. Ось качания.
WL. Колесо.
WR. Колесо.