ДВУХРЫЧАЖНАЯ ПОДВЕСКА КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С КОМПЕНСИРУЮЩИМ МЕХАНИЗМОМ
DOUBLE WISHBONE SUSPENSION OF VEHICLE WHEEL WITH COMPENSATING MECHANISM

Изобретение относится к области автомобильного машиностроения, а именно к независимым автомобильным подвескам, которые могут использоваться как на передних, так и на задних колесах автомобиля и предназначены для обеспечения необходимых параметров перемещения колеса относительно кузова или рамы автомобиля.
Из уровня техники известна подвеска колеса для передней оси автомобиля, содержащая несущую стойку колеса, на которой установлен верхний поперечный рычаг и нижний поперечный рычаг, шарнирно прикрепленный к несущей стойке колеса и снабженный опорой для приема амортизационной стойки, оба поперечных рычага имеют оси поворота, смещаемые по высоте относительно друг друга, причем ось поворота первого верхнего поперечного рычага расположена ближе к колесу, чем ось поворота второго нижнего поперечного рычага, а посредством опор крепления к несущей стойке колеса поперечных рычагов образована ось разворота колеса (см. RU 2412067, опубликовано 20.02.2011).
Также из уровня техники известна подвеска колес, включающая нижний и верхний рычаги, закрепленные на раме посредством шарниров или осей, поворотный кулак, шарнирно соединенный с нижним и верхним рычагами, содержащая демпфер, закрепленный на раме, пружину, закрепленную одним концом на демпфере, и дополнительный рычаг для передачи колебаний колеса на демпфер, при этом демпфер представляет собой демпфер вращения, а дополнительный рычаг имеет переменную длину, причем один конец этого рычага связан с входным валом демпфера соединением, способным передавать вращательные колебания рычага на вал демпфера, а другой конец этого рычага связан шарнирно либо с нижним, либо с верхним рычагами подвески, либо с поворотным кулаком в максимально возможной близости от колеса (см. RU 2356750, опубликовано 27.05.2009).
Также известна подвеска колеса на двойных рычагах, из которых верхний выполнен упругим, стабилизатор поперечной устойчивости связан с упругим верхним рычагом таким образом, при котором упругий верхний рычаг изменяет свои размеры в зависимости от величины момента закручивания стабилизатора поперечной устойчивости (см. RU 2241608, опубликовано 10.12.2004).
Наиболее близкой к предложенному решению является двухрычажная подвеска колеса автомобиля, содержащая поворотный кулак, предназначенный для крепления к нему колеса, нижний и верхний поперечные рычаги, шарнирно связанные с поворотным кулаком и предназначенные для крепления к корпусу автомобиля, амортизатор, соединенный с нижним поперечным рычагом (см., например, сайты в Интернет http://prosedan.ru/podveska-avtomobilej-tipy-i-vidy-podvesok-avtomobilya-obzor, http://prosedan.ru/tipy-podvesok-avtomobilej, http://www.autoexpert.in.ua/ru/3211-mcpherson-dvuhrychazhnaya.html, http://agoj.ru/post.php?id=13128).
Недостатком такого типа подвески является большая длина верхнего поперечного рычага, что существенно увеличивает общие габариты подвески и тем самым, не позволяет использовать ее на передних осях автомобилей с поперечным расположением двигателя. Также недостатком является то, что при использовании этого типа подвески на задних осях автомобиля существенно снижается полезный объем багажного отделения. К тому же большие размеры рычагов увеличивают неподрессоренную массу подвески, что неблагоприятно сказывается на характеристике подвески.
Технической проблемой изобретения является создание оригинальной конструкции подвески, повышающей устойчивость автомобиля на криволинейных участках траектории его движения, имеющей малые габариты и уменьшенную неподрессоренную массу, а также обеспечивающей увеличенное пространство для размещения элементов моторного и багажного отделений.
Техническая проблема изобретения решается тем, что двухрычажная подвеска колеса транспортного средства содержит поворотный кулак, нижний и верхний поперечные рычаги, шарнирно соединенные с поворотным кулаком, амортизатор, соединенный с нижним поперечным рычагом, отличающаяся тем, что с верхним и с нижним поперечными рычагами соединен компенсирующий механизм с возможностью перемещения верхнего поперечного рычага в сторону поворотного кулака и обратно.
Кроме того, компенсирующий механизм может включать вал с эксцентриком, шарнирно соединенным с верхним поперечным рычагом, и рычаг вала с эксцентриком, один конец которого может быть неподвижно соединен с валом, а другой может быть шарнирно соединен с тягой рычага, которая может быть шарнирно соединена с нижним поперечным рычагом.
Кроме того, вал с эксцентриком могут быть выполнены в виде коленчатого вала.
Кроме того, длина верхнего поперечного рычага может быть меньше длины нижнего поперечного рычага в 2-10 раз.
Техническим результатом изобретения является снижение неподрессоренной массы подвески, увеличение полезного объема моторного и багажного отделений благодаря уменьшению общих габаритов подвески за счет существенного сокращения длины верхнего поперечного рычага и использования компенсирующего механизма, имеющего вышеуказанные признаки. При этом одновременно обеспечивается повышение устойчивости автомобиля на криволинейных участках траектории его движения и исключение образования развала на таких криволинейных участках.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана предлагаемая подвеска, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг. 4 - то же, вид в аксонометрии; на фиг. 5 - то же, смещение элементов подвески при работе (сплошная линия - начальное положение элементов подвески, прерывистая линия - положение элементов подвески при смещении); на фиг. 6 показан вид В на фиг. 7; на фиг. 7 показан компенсатор; на фиг. 8 показан нижний поперечный рычаг; на фиг. 9 показан вид Г на фиг. 8; на фиг. 10 показан верхний поперечный рычаг; на фиг. 11 показан разрез Д-Д на фиг. 10; на фиг. 12 показан поворотный кулак; на фиг. 13 показан вид Е на фиг. 12.
Описание конструкции устройства.
Двухрычажная подвеска колеса транспортного средства содержит поворотный кулак 1, с которым шарнирно соединены верхний поперечный рычаг 2 и нижний поперечный рычаг 3. С нижним рычагом 3 шарнирно соединен амортизатор 4. Подвеска также содержит компенсирующий механизм (компенсатор, механизм перемещения верхнего рычага 2), включающий вал с эксцентриком 5, рычаг 6 поворота вала с эксцентриком 5 (элемент для поворота вала с эксцентриком 5, преобразователь возвратно-поступательного движения тяги 7 в поворотное (вращательное) движение вала с эксцентриком 5) и тягу 7 привода рычага 6 вала с эксцентриком 5 (фиг. 1, 2, 4). При этом эксцентрик 5 шарнирно соединен с верхним рычагом 2 с возможностью перемещения (отклонения) рычага 2 в сторону кулака 1 и обратно, а также в вертикальной плоскости в процессе работы подвески.
Поворотный кулак 1 (фиг. 12, 13) предназначен для шарнирного крепления к нему колеса (не показано) с возможностью осуществления его поворота. Кулак 1 состоит из обоймы 8 подшипника колеса, с помощью которой к поворотному кулаку 1 подвижно прикрепляется колесо. Снизу обоймы 8 образована нижняя поворотная стойка 9 с шаровой головкой 10 нижнего поворотного шарнира 41, а сверху - верхняя поворотная стойка 11 с шаровой головкой 12 верхнего поворотного шарнира 40. Сбоку обоймы 8 подшипника колеса расположен поворотный рычаг 13, который предназначен для поворота поворотного кулака 1 и, соответственно, колеса автомобиля. Изготавливается кулак 1, преимущественно, из высокопрочной стали.
Нижний поперечный рычаг 3 (фиг. 8, 9) имеет, преимущественно, треугольную форму с ребрами жесткости. В основании рычага 3 (т.е. на концах рычага 3, удаленных от конца, соединенного с кулаком 1) находятся две обоймы 14 шарниров нижнего рычага 3, с помощью которых рычаг 3 подвижно (шарнирно) крепится к кузову, подрамнику или раме автомобиля (не показано). Для снижения вибрации, передаваемой от подвески на корпус автомобиля, в обоймы 14 впрессованы сайлентблоки 15. В центральных отверстиях сайлентблоков 15 находятся оси 16 сайлентблоков, которые соединяются с элементами крепления подвески, расположенными на кузове, подрамнике или раме автомобиля. В двух боковых приливах 17 нижнего рычага 3 расположены два гнезда 18 нижних шарниров амортизатора 4 и гнездо 19 нижнего шарнира тяги 7 рычага 6 вала с эксцентриком 5. В переднем приливе 20 нижнего рычага 3 (на конце, соединенном с кулаком 1) образовано гнездо 21 нижнего поворотного шарнира 41, с помощью которого нижний рычаг 3 шарнирно соединен с шаровой головкой 10 кулака 1. Изготавливается рычаг 3, преимущественно, из металла или их сплавов.
Верхний поперечный рычаг 2 (фиг. 10, 11) имеет, преимущественно, дугообразную форму. Также верхний рычаг 2 может иметь и иную форму, обеспечивающую шарнирную связь с эксцентриком 5 с возможностью перемещения его в сторону кулака 1 и обратно, а также в вертикальной плоскости (т.е. с возможностью изменения длины рычага 2 в процессе работы подвески). В отличие от классической двухрычажной подвески верхний рычаг 2 сильно укорочен по сравнению с нижним рычагом 3 ( т.е. имеет длину меньше длины рычага 3 в 2-10 раз), что обеспечивает снижение общих габаритов подвески. Точное соотношение размеров верхнего 2 и нижнего 3 поперечных рычагов зависит от требуемых характеристик подвески, таких как общие габариты подвески и траектория перемещения колеса. В основании рычага 2 (т.е. на обоих концах дугообразного рычага 2) образованы обоймы 22 и 23 (передняя и задняя) шарниров верхнего рычага 2, с помощью которых рычаг 2 шарнирно соединен с эксцентриком 5. В цилиндрическом приливе 24 верхнего рычага 2 образовано гнездо 25 верхнего поворотного шарнира 40, с помощью которого верхний рычаг 2 так же, как и нижний рычаг 3, шарнирно соединен с шаровой головкой 12 кулака 1. Изготавливается рычаг 2, преимущественно, из металла или их сплавов.
Таким образом, поворотный кулак 1 шарнирно соединен с помощью шаровой головки 10 и гнезда 21 нижнего поворотного шарнира 41 с нижним поперечным рычагом 3 и с помощью шаровой головки 12 и гнезда 25 верхнего поворотного шарнира 40 с верхним поперечным рычагом 2. С помощью двух получившихся шаровых шарниров 40 и 41 поворотный кулак 1 и, соответственно, связанное с ним колесо удерживаются в нужном положении, а также осуществляется их поворот.
Из-за малой длины верхнего рычага 2 при работе подвески будет возникать сильное отклонение верхней части колеса. Требуемую траекторию перемещения колеса обеспечивает вал с эксцентриком 5 (фиг. 6, 7), с помощью которого задается нужная траектория перемещения рычага 2 и, соответственно, колеса.
Компенсатор малой длины рычага - это механизм, который состоит из вала с эксцентриком 5, рычага 6 (рычаг (элемент) для поворота вала с эксцентриком 5) и тяги 7 рычага 6. Используется в конструкции подвески колеса автомобиля с целью компенсировать возникающее при движении рычагов 2 и 3 подвески отклонение колеса от требуемой траектории перемещения и восстанавливать нарушенную из-за малой длины рычага 2 траекторию перемещения колеса. Компенсация происходит за счет смещения основания (он же центр вращения) рычага 2 наружу вверх по окружности и обратно (т.е. по дуге в сторону кулака 1 и обратно). Таким образом, происходит своего рода изменение длины рычага 2 в процессе работы подвески, и задается нужная траектория перемещения колеса.
Вал с эксцентриком 5 имеет конструкцию, преимущественно, схожую с конструкцией коленчатого вала автомобиля и представляет собой цельный конструктивный элемент. Вал с эксцентриком 5 включает в себя: центральную шейку 26, с обеих сторон от которой образованы по две пары щечек эксцентрика 5 - внешние щечки 27 (передняя и задняя) и внутренние щечки 28 (передняя и задняя). Внешние и внутренние щечки 27 и 28 эксцентрика 5 соединены между собой боковыми шейками 29. Шейки 29 служат для шарнирного соединения основания верхнего поперечного рычага 2 с эксцентриком 5, при этом их центральные оси совпадают друг с другом, но смещены относительно центральной оси вращения вала с эксцентриком 5 (относительно оси центральной шейки 26). Это необходимо для реализации возможности смещения основания верхнего рычага 2 при вращении (повороте) эксцентрика 5.
С обоих торцов (на обоих концах) вала с эксцентриком 5 образованы две оси крепления эксцентрика 5 - передняя ось 30 и задняя ось 31, с помощью которых вал с эксцентриком 5 шарнирно соединяется с элементами крепления, расположенными на кузове, подрамнике или раме автомобиля. С целью снижения вибрации, передаваемой от подвески на корпус автомобиля, в шарнирных соединениях вала с эксцентриком 5 возможно использование сайлентблоков (не показаны). На передней оси 30 вала с эксцентриком 5 образовано шлицевое соединение 32 (посредством зубьев, образованных на внешней поверхности оси крепления вала), с помощью которого к валу с эксцентриком 5 своим основанием (расположенной на одном конце рычага 6 кольцевой головкой, на внутренней поверхности которой имеются зубья, образующие с зубьями вала шлицевое соединение) прикреплен рычаг 6 (также может быть образовано и другое соединение, обеспечивающее необходимую связь с рычагом 6, например шпоночное соединение или иное). Переднее расположение рычага 6 обусловлено тем, что в задней части подвески находятся рычаги рулевого управления, которые будут мешать рычагу 6 вала с эксцентриком 5 нормально функционировать.
Эксцентрик 5 также может иметь и другую форму, обеспечивающую требуемую связь с рычагом 2 и возможность его перемещения в сторону поворотного кулака 1 и обратно, а также в вертикальной плоскости (т.е. с возможностью компенсации длины рычага 2).
Так же, как и поперечные рычаги 2 и 3, вал с эксцентриком 5 изготавливается, преимущественно, из металла или их сплавов. Применение этого устройства позволяет сделать рычаг 2 подвески более короткими, что приведет, в свою очередь, к уменьшению общих габаритов подвески, снижению неподрессоренной массы и также позволит увеличить полезный объем моторного и багажного отделений.
Компенсатор 5 возможно использовать как на верхнем рычаге 2, так и на нижнем рычаге 3. В зависимости от места его установки зависит и форма выполнения компенсатора 5 и связанного с ним соответствующего поперечного рычага.
Рычаг 6 вала с эксцентриком 5 одним своим концом, имеющим шлицевое соединение (или иное соединение, например, шпоночное), ответное шлицевому соединению 32, соединен с эксцентриком 5 (с валом или с его осью крепления), а другим своим концом шарнирно соединен с тягой 7 рычага 6, которая, в свою очередь, шарнирно соединена с нижним рычагом 3. При этом рычаг 6 соединен с валом с эксцентриком 5 с возможностью поворота относительно их места соединения в процессе сборки подвески, однако в процессе работы подвески рычаг 6 зафиксирован шлицевым соединением 32 с валом с эксцентриком 5 без возможности поворота рычага 6 относительно места их соединения. Тяга 7 рычага 6 связывает рычаг 6 с нижним поперечным рычагом 3 и служит для передачи возвратно-поступательных движений от нижнего рычага 3 на рычаг 6, который, в свою очередь, преобразует возвратно-поступательные движения тяги 7 рычага 6 во вращательные (поворотные) движения вала с эксцентриком 5. Также рычаг 6 имеет изгиб, необходимый для правильного положения тяги 7 рычага 6. Рычаг 6 изготавливается, преимущественно, из металла.
В предложенной подвеске используется, преимущественно, телескопический амортизатор 4, а в качестве упругого элемента кольцевая пружина 33. Для снижения неподрессоренной массы подвески амортизатор 4 установлен штоком 34 вниз. Шток 34 амортизатора 4 расположен в пространстве между рычагом 2 и компенсатором 5 и своей нижней частью соединен с дугообразной стойкой 35 амортизатора 4, которая необходима для обеспечения прохода вала привода на ведущее колесо (на не ведущих колесах дугообразная стойка не используется). В свою очередь, дугообразная стойка 35 амортизатора 5 своим основанием шарнирно соединена с нижним рычагом 3 посредством гнезд 18.
Кольцевая пружина 33 объединена в единую конструкцию с амортизатором 4 и своей верхней частью упирается в верхнюю опорную чашку 36 пружины 33, а нижней - в нижнюю опорную чашку 37 пружины 33. Верхняя опорная чашка 36 пружины 33, в свою очередь, соединена с верхней частью корпуса 38 амортизатора 4, а нижняя опорная чашка 37 пружины 33 - со штоком 34 амортизатора 4. Также в верхней части амортизатора 4 расположен элемент 39 крепления амортизатора 4, с помощью которого амортизатор 4 крепится к усиленной арке крыла автомобиля (не показано).
Описание работы устройства.
Работа двухрычажной подвески с компенсаторам в основном схожа с работой классической двухрычажной подвески. Отличие заключается лишь в использовании более короткого верхнего рычага 2 и, как следствие этого, в необходимости использования компенсирующего механизма, который своей работой компенсирует малую длину верхнего рычага 2.
Работает подвеска следующим образом (фиг. 5). При перемещении колеса также перемещается связанный с ним поворотный кулак 1, который через поворотные шарниры (верхний 40 и нижний 41) воздействует на внешние части верхнего и нижнего рычагов 2 и 3, перемещая их. Нижний рычаг 3, в свою очередь, через тягу 7 рычага 6 вала с эксцентриком 5 воздействует на рычаг 6, что приводит к повороту вала с эксцентриком 5 вокруг своей оси вращения.
Так как верхний рычаг 2 своим основанием шарнирно соединен с шейками 29 верхнего рычага 2, центральные оси которых смещены относительно центральной оси вращения эксцентрика 5, то при вращении эксцентрика 5 происходит смещение основания верхнего рычага 2 (т.е. его концов). Это приводит к тому, что вращение верхнего рычага 2 происходит не вокруг неподвижного центра вращения, как у обычной подвески, а он постоянно смещается наружу и вверх по окружности, тем самым как бы увеличивая длину верхнего рычага 2.
Таким образом, благодаря смещению центра вращения верхнего рычага 2 и задается нужная траектория перемещения внешней части верхнего рычага 2, соответственно, и поворотного кулака 1, соответственно, и связанного с ним колеса.
Благодаря тому что рычаг 2 сильно укорочен по сравнению с рычагом 3, обеспечивается компактное выполнение подвески. В результате существенно уменьшаются габариты подвески, увеличивается полезное пространство (объем) моторного и багажного отделений. Для обеспечения нужной траектории перемещения колеса используется вал с эксцентриком 5 с рычагом 6 и тягой 7 рычага 6, который при перемещении поперечных рычагов подвески снизу вверх также смещает основание верхнего рычага 2 (которое также является центром вращения верхнего рычага 2) наружу и вверх по окружности, тем самым как бы увеличивая длину верхнего рычага 2. А при перемещении рычагов подвески сверху вниз возвращает основание верхнего рычага 2 назад, тем самым как бы уменьшая длину верхнего рычага 2. Благодаря смещению центра вращения верхнего рычага 2 и сохраняется нужная траектория перемещения колеса, повышается устойчивость автомобиля на криволинейных участках траектории его движения без образования развала на таких участках.