АМОРТИЗАТОР
DAMPER

Область техники
Настоящее изобретение относится к амортизатору. В более узком смысле, амортизатор по настоящему изобретению предназначен для использования в широком круге областей, где применяется устройства для поглощения энергии и пружины. Среди многих применений амортизаторов по настоящему изобретению можно назвать подвески ходовых частей велосипедов, мотоциклов и тому подобных транспортных средств.
Уровень техники
Различные устройства для гашения ударов или устройства подвески ходовой части были предложены ранее, в особенности, применяемые для велосипедов, с использованием устройства, называемого либо узлом для амортизации, либо торсионным гасителем ударных нагрузок, либо торсионным пружинным устройством. В этой связи можно ознакомиться с содержанием патентов США 5975550 (Schonfeld), 6755432 (Muser) и публикацией Патентной Заявки США 2001/0011806 А1 (Muser). Каждое из устройств описанное в этих документах использует внешнюю оболочку или корпус и внутренний стержень, предназначенный для обеспечения обычно концентрического относительного вращательного движения. Амортизатор расположен между внешним корпусом и внутренним стержнем и описан как изготовленный из натурального каучука, синтетической резины, других «резиноподобных веществ» или полиуретана.
К сожалению, эти устройства, известные из уровня техники, показали себя в большой степени не отвечающими требованиям из-за того, что амортизирующий материал разрушается под действием сдвигающих усилий, возникающих в нем при использовании, или из-за того, что амортизирующий материал выдавливается или выпучивается из корпуса наружу. Полагают, что разрушение следует приписать нескольким факторам. Одним из факторов является использование амортизирующего материала, который запрессовывают внутрь корпуса и запрессовывают вокруг внутреннего стержня. Процедура запрессовки создает некоторые напряжения в материале амортизатора, например сдвигающие усилия, и приводит к образованию перекосов или боковых выдавливающих сил. Подобное устройство описано в Патенте США 6755432. В этом устройстве используются зубцы в месте соединения амортизирующего материала как с внешней оболочкой или корпусом, так и внутренним стержнем. Относительно небольшие зубцы обеспечивают маленькую эффективную ведущую поверхность и минимальный захват между амортизирующим материалом и как внешним корпусом или оболочкой, так и внутренним стержнем. Как следствие возникает малое сопротивление крутящему моменту и значительное вытеснение используемого амортизирующего материала.
Патент США 5975550 описывает резиновый амортизирующий материал, как связанный и с внешним корпусом или оболочкой, и с внутренним стержнем. Однако, в дальнейшем, в документе описан также «ключ» или паз, который принимает на себя часть амортизирующего материала и «помогает предотвратить скольжение» между внешним корпусом или оболочкой и внутренним стержнем. Опять таки, наличие паза создает трудности сходные с теми, которые возникают при использовании зубчатого устройства, описанного в US 6755432. Гладкая поверхность внутреннего стержня, с которой сцеплен амортизирующий материал, вызывает образование сдвигающих усилий в амортизирующем материале на поверхности соприкосновения между поверхностями там, где площадь соприкосновения между поверхностями амортизирующего материала и внутреннего стержня мала, что опять таки вызывает малое сопротивление крутящему моменту.
В этих устройствах по предшествующему уровню техники используют кольцо или цилиндр из амортизирующего материала, в основном постоянной толщины между внутренним стержнем и внешним корпусом. Таким образом, вращательный момент и давление концентрируются во время работы устройства около внутреннего стержня.
Любые усилия, направленные на снижение бокового выдавливания амортизирующего материала, служат только увеличению негативных аспектов сдвигающих усилий и, в результате, разрушают амортизирующий материал. Наблюдается существенное ухудшение в реакции и в возврате амортизирующего материала, связанное с боковым удержанием. По меньшей мере частично, это происходит из-за эффекта Муллинса, который препятствует полному восстановлению амортизирующего материала. Эффект Муллинса можно называть также размягчением под напряжением.
Устройство, описанное в Патенте США 5975550, также не имеет механизма для изолирования амортизации крутящего момента. Следовательно, амортизирующий материал оказывается под воздействием сил, действующих радиально по отношению к оси вращения амортизатора. Таким образом, амортизирующий материал подвергается остаточной деформации при сжатии во время работы, что опять-таки ухудшает общие рабочие характеристики амортизационного материала.
Вне зависимости от особенностей конструкции торсионных гасителей ударных нагрузок или устройств подвески ходовой части, амортизирующий материал или активная деталь выказывают замедленное восстановление.
Устройство для амортизации по настоящему изобретению нацелено, как минимум, для преодоления трудностей, связанных с вышеупомянутым предшествующим уровнем техники, или по меньшей мере для создания пригодной альтернативы.
Предварительное раскрытие предшествующего уровня техники было предпринято только с целью облегчить понимание настоящего изобретения. Следует отметить, что это раскрытие не является признанием или признаком того, что какое-либо из упомянутых сведений являлось общеизвестным в Австралии на дату приоритета заявки.
Во всех случаях, если только из контекста не следует другое, слово «включать», а также его варианты «включающий», «включая», «включает» следует понимать как включение упомянутых единиц или групп, но не исключение каких-либо других единиц или групп.
Описание изобретения
По настоящему изобретению предложен амортизатор, включающий корпус, внутреннюю деталь и амортизирующий материал, расположенный между ними, причем амортизирующий материал сцеплен как с корпусом, так и с внутренней деталью, причем либо корпус, либо внутренняя деталь, либо они оба вместе, способны вращаться, либо быть вращаемыми по существу концентрическим образом, при этом внутренняя деталь выполнена в форме или конфигурации, ограничивающей угол поворота амортизирующего материала.
Предпочтительно, толщина амортизирующего материала уменьшается по направлению от внутренней детали к корпусу.
В особенно предпочтительном воплощении настоящего изобретения корпус снабжен внутренней кольцевой поверхностью, с которой сцеплен амортизирующий материал.
Предпочтительно, внутренняя деталь выполнена с двумя или более выступами, идущими из ее центра, закругленными в общем виде так, чтобы существенно снизить угол поворота и сдвигающие усилия, когда внутренняя деталь вращается относительно корпуса.
Предусматривается, что как корпус, так и внутренняя деталь должны быть снабжены конструкциями, прикрепляемыми к ним при использовании, с помощью которых относительное движение между ними (корпусом и внутренней деталью) может быть поглощено или амортизировано. Одним из очевидных применений является использование устройства в качестве торсионного устройства для амортизации в системах подвески ходовой части велосипедов и подобных транспортных средств, так как описано в Патенте США 597550 и Публикации Патентной Заявки США 2001/2001/0011905.
По настоящему изобретению предложено также транспортное средство, несущее на себе или в себе устройство для подвески ходовой части, которое включает, по меньшей мере, один или более амортизатор, как описано выше.
По настоящему изобретению предложен также амортизатор, включающий первый и второй материал, между которыми расположен, по меньшей мере частично, амортизационный материал, так что первый и второй материалы прикреплены в соответствующих поверхностях соприкосновения таким образом, что их движение относительно друг друга амортизируется, при этом поверхность соприкосновения, по меньшей мере, одного из материалов выполнена в форме или конфигурации, ограничивающей угол поворота амортизирующего материала.
Предпочтительно, один или оба из первого и второго материалов имеют множество выступов, выполненных на поверхности соприкосновения с амортизирующим материалом, выступы в общем виде закруглены таким образом, чтобы существенно минимизировать угол поворота и сдвигающие усилия, когда один материал движется относительно другого.
Краткое описание графических материалов
Нижеследующее описание устройство приведено только в качестве примера и его следует понимать, как иллюстрирующее, но ни в коем случае не ограничивающее, изобретение. Амортизатор по изобретению будет описан со ссылкой на одно из его воплощений и прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг.1 представляет собой вид в аксонометрии амортизатора по настоящему изобретению, применяемого, в частности, в качестве торсионного амортизатора.
Фиг.2 представляет собой вид сбоку в вертикальной проекции амортизатора, изображенного на Фиг.1.
Фиг.3 представляет собой вид в разрезе амортизатора, изображенного на Фиг.1.
Наилучший способ или способы осуществления изобретения
На Фиг.1-3 показан амортизатор 10, приспособленный для использования в качестве торсионного амортизатора, включающий первый материал, из которого выполнен, например, корпус 12, обычно кольцевой конфигурации, второй материал, из которого выполнена, например, внутренняя деталь 14 и амортизирующий материал 16, расположенный между ними. Корпус 12 оснащен радиально расположенной внешней поверхностью 18 и радиально расположенной внутренней поверхностью 20. Корпус 12 также включает первую боковую поверхность 22 и вторую боковую поверхность 24. Амортизирующий материал 16 сцеплен непосредственно с внутренней поверхностью 20 корпуса 12, а также сцеплен с внешней поверхностью 26 внутренней детали 14. Эти скрепляющие поверхности можно называть поверхностями соприкосновения между соответствующими материалами.
Внутренняя деталь 14 имеет внутреннюю поперечно расположенную сердцевину 28. Внутренняя деталь 14 также включает четыре одинакового размера радиально вытянутых выступа 30. Радиальные выступы 30 закруглены и вытянуты перпендикулярно длине внутренней детали. В закругленной форме выступов 30 нет заостренных или плоских поверхностей, обращенных к закрепленному амортизирующему материалу 16, что минимизирует поворот и снижает любые возможности появления сдвигающих усилий в амортизирующем материале 16, которые могут повредить его.
Как можно видеть на Фиг.3 амортизирующий материал 16 сужается от внутренней детали 14 к внутренней поверхности 20 корпуса 12.
При использовании внешний корпус 12 и внутренняя деталь 14 присоединены к деталям механизма, относительное движение между которыми следует амортизировать. Таким образом, предполагается, что корпус 12 и внутренняя деталь 14 должны вращаться концентрически относительно друг друга в рабочем состоянии. Это вращение амортизируется под действием амортизирующего материала 16, к которому присоединены как корпус 12, так и внутренняя деталь 14. Это вращение может происходить при возникновении относительно небольших сдвигающих усилий в амортизирующем материале 16 и минимальном повороте, как результат наличия выступов 30 на внутренней детали 14 таких, что каждый выступ 30 закруглен или имеет гладкую форму. Таким образом, достигается близкий к нулю поворот на поверхности соприкосновения между внутренней деталью 14 и амортизирующим материалом 16.
Наличие выступов 30 также направлено на то, чтобы создать пространство между внутренней сердцевиной 28 и точкой приложения сдвигающих сил, возникающих в результате относительного вращения корпуса 12 и внутренней детали 14. В такой позиции эти силы легче воспринимаются и амортизируются амортизирующим материалом 16.
Предусмотрено, что конкретное число и форма выступов 30 внутренней детали 14 могут быть изменены потребителем (не показано) в соответствии с различными областями применения и задачами, хотя и в рамках установленного выше общего правила об относительно небольших сдвигающих силах, возникающих в амортизирующем материале при минимальных углах выбега ротора.
Сужение амортизирующего материала 16 от внутренней детали 14 к корпусу 12 направлено на то, чтобы равномерно распределить крутящий момент по всему амортизационному материалу 16.
Предусмотрено, что как корпус 12, так и внутренняя деталь 14, могут быть зафиксированы относительно друг друга в эксплуатации.
Относительное расположение корпуса 12 и внутренней детали 14 обеспечивает гибкую пошаговую регулировку их взаимного относительного положения. Регулировку положения одной детали относительно другой часто используют в системах подвески ходовой части регулировки или выставления уровня амортизации, или поглощения ударного воздействия, требуемого потребителем.
Сведение к минимуму или существенное снижение сдвигающих усилий и перекосов, или боковых выдавливающих сил, которые создают трудности в устройствах по предшествующему уровню техники, позволяет избежать снятия напряжений и «остаточной релаксации сжатия» в амортизационном материале по настоящему изобретению. Этот фактор часто приводит к тому, что торсионные пружины устройств по предшествующему уровню техники становятся неэффективными и требуют замены.
В основном по тем же причинам, что были отмечены выше, торсионный амортизатор по изобретению способен достичь очень высокого уровня вращения корпуса 12 и внутренней детали 14 относительно друг друга. Например, при применении в качестве торсионного амортизатора системы подвески ходовой части мотоцикла, изобретателем был достигнут угол 270° и более. Такое обычно не наблюдается в устройствах по предшествующему уровню техники. Следует понимать, что относительное вращение в большой степени является следствием природы самого аппарата, включая физические характеристики аппарата, к которому прикреплены, или частями которого являются корпус 12 и внутренняя деталь 14, а также радиуса амортизирующего материала 16. Изобретатель осознает, что относительное вращение, значительно превышающее описанное здесь, возможно в эксплуатации. Однако, также следует понимать, что устройство по настоящему изобретению, в силу его уникальной конструкции, в общем способно к большему углу относительного вращения, нежели тот, который можно достигнуть в устройствах по предшествующему уровню техники.
Устройство 10 по настоящему изобретению также предпочтительно работает с вкладышами, действие которых направлено на то, чтобы изолировать амортизирующий материал 16 от любых усилий, кроме торсионных и вращающих, которые он предназначен амортизировать. Действие таких вкладышей или им подобных деталей направлено на предотвращение миграции амортизирующего материала поддержанием внутренней детали 14 и корпуса 12 в, по большей части, зафиксированном относительно друг друга положении. Это избавляет амортизирующий материал от нагрузок из-за амортизации собственного относительного движения корпуса и внутренней детали.
Предусмотрено, что амортизирующий материал 16, может быть, по меньшей мере выполнен из полимерного материала, включая уретан. Также предусмотрено, что этот материал ведет себя как типичный реопектический материал. Под реопектическим материалом понимается такой, вязкость которого возрастает со временем при постоянном напряжении сдвига.
Также предусматривается, что амортизатор по настоящему изобретению может применяться не только как торсионный амортизатор, но и в ряде других ситуаций, когда требуется амортизация движения одного материала относительно с помощью которой относительное движение между ними может быть амортизировано или поглощено. Например, линейное относительное движение двух тел может быть амортизировано путем установки амортизирующего материала между ними. В одной из форм такое устройство может включать обычно цилиндрический первый материал или корпус с рычагом, вставленным в него обычно коаксиальным образом. Рычаг подвижен в осевом направлении относительно корпуса. Амортизирующий материал может быть расположен между корпусом и рычагом и сцеплен с корпусом и рычагом, а поверхность рычага, с которой сцеплен амортизирующий материал, может нести на себе ряд закругленных выступов, состоящих из гладких кольцевых выступов. Эти выступы ограничивают угол поворота и минимальные сдвигающие усилия амортизирующему материалу.
Как было описано выше, для аппарата 10, подшипники или им подобные детали предпочтительно используются для изолирования движения рычага через корпус и, таким образом, для избежания остаточной деформации и эффекта Муллинса в амортизирующем материале. В действительности, в каких механизмах не использовалось бы устройство для амортизации по изобретению, предпочтительно, чтобы относительное движение между деталями, которое следует амортизировать, было бы изолировано таким образом.
Также предусматривается, что широкий спектр материалов может быть использован для выполнения первого, второго и амортизирующего материалов. Например, все три материала могут быть полимерными материалами. В таком устройстве первый и второй материалы могут быть выполнены из более твердого материала, нежели амортизирующий материал. В действительности, три материала могут представлять собой один и тот же материал, но выполнены как слои различной твердости. Также, каждый из этих материалов может быть металлическим или композитным материалом. В каждом случае имеют значение относительные свойства материалов, необходимо, чтобы амортизирующий материал имел бы реопектические свойства, как указано выше. Использование таких материалов может обеспечить особенно эффективное сцепление между первым, вторым и амортизирующим материалами.
Также предусмотрено, что в том, что было выше описано как амортизирующий материал может находиться несколько слоев. Например, материалы, включающие слои и области с различной твердостью можно использовать отдельно, как амортизирующий материал, либо как механический эквивалент корпуса и внутренней детали.
Внутренняя поверхность корпуса может быть выполнена в форме, отличной от кольцевой, которая была описана выше. Однако, опять-таки, желательно придать поверхности соприкосновения между амортизирующим материалом и корпусом форму, ограничивающую поворот.
Подразумевается, что модификации и изменения, которые могут быть очевидны специалисту, находятся в рамках настоящего изобретения.