УПРУГИЙ ШАРНИР С ВНУТРЕННЕЙ ВТУЛКОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЗОНУ РАЗРЫВА
ELASTIC HINGE WITH INTERNAL SLEEVE CONTAINING RUPTURE ZONE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к упругому шарниру, в частности для автотранспортного средства, с главной осью осевой ориентации, который содержит:
- трубчатую наружную втулку;
- внутреннюю втулку, расположенную концентрично внутри наружной втулки;
- кольцо из эластомерного материала, которое вставлено в радиальном направлении между наружной втулкой и внутренней втулкой;
- при этом внутренняя втулка является перфорированной и содержит по меньшей мере одну полость, проходящую в осевом направлении через толщину ее стенки.
Уровень техники
Устройства подвески автотранспортных средств, например, устройства типа «Макферсон» или «многорычажного» типа, содержат рычаги подвески, шарнирно установленные первым концом на не подвешенных массах транспортного средства, в частности, на поворотном кулаке колеса, и вторым концом на подвешенной массе транспортного средства, в частности, на элементе рамы транспортного средства. Среди всех прочих функций некоторые рычаги обеспечивают, в частности, параллельность колес транспортного средства.
Известно шарнирное соединение каждого конца рычага подвески с его соответствующей опорой через упругий шарнир, иногда называемый «сайлентблоком» или «flexibloc». Преимуществом такого упругого шарнира является устранение механических люфтов между рычагом и его опорой.
Кроме того, улучшается эффект ослабления шумов за счет того, что упругий шарнир позволяет отфильтровывать некоторые вибрации между колесом и рамой транспортного средства.
Такой упругий шарнир позволяет рычагу совершать ограниченный поворот относительно его опоры за счет кручения кольца из эластомерного материала вокруг главной оси шарнира.
Когда колесо транспортного средства встречает на своем пути ярко выраженное препятствие, например, выемку или тротуарный бордюр, удар, действующий на колесо, передается на рычаг устройства подвески, затем на раму через упругий шарнир.
Известные упругие шарниры являются достаточно прочными, чтобы выдерживать такие удары. Вместе с тем, кольцо из эластомерного материала не всегда в достаточной мере амортизирует удар, чтобы избежать повреждения другого элемента устройства подвески и/или рамы от этого удара.
Повреждение элемента конструкции транспортного средства от такого удара может оставаться незамеченным водителем в течение некоторого времени. Это относится, например, к случаю, когда удар приводит к образованию трещины в элементе конструкции. Эта ситуация потенциально является очень опасной, так как усталостный износ содержащего трещину элемента может привести к его разрыву в любой последующий момент. В частности, это представляет опасность, когда разрыв элемента конструкции приводит к потере контроля над транспортным средством при его движении на высокой скорости.
Настоящим изобретением предложено решение для того, чтобы предупредить водителя, когда на колесо действует достаточно сильный удар, который может потенциально привести к повреждению элемента конструкции устройства подвески и/или рамы.
Раскрытие сущности изобретения
Изобретением предложен упругий шарнир, в частности, для автотранспортного средства, с главной осью осевой ориентации, который содержит:
- цилиндрическую трубчатую наружную втулку, коаксиальную с главной осью;
- внутреннюю втулку, имеющую трубчатую стенку, ограниченную цилиндрической внутренней поверхностью, ограничивающей центральное отверстие, и цилиндрической наружной поверхностью, при этом внутренняя втулка расположена концентрично внутри наружной втулки;
- кольцо из эластомерного материала, вставленное в радиальном направлении между наружной втулкой и внутренней втулкой;
- при этом внутренняя втулка является перфорированной и содержит по меньшей мере одну полость, проходящую в осевом направлении через толщину ее стенки, при этом полость расположена в окружном направлении по дуге окружности на определенном угловом секторе вокруг главной оси, при этом полость ограничена в радиальном направлении внутренней перегородкой и наружной перегородкой;
- при этом внутренняя перегородка ограничена в радиальном направлении наружной поверхностью, с одной стороны, и внутренней поверхностью стенки внутренней втулки, с другой стороны, при этом наружная поверхность внутренней перегородки имеет ширину, превышающую или равную диаметру центрального отверстия;
согласно изобретению, наружная перегородка имеет осевую зону разрыва в заранее определенным месте расположения с осевым отверстием или сопротивление разрыву, по существу меньшее сопротивления разрыву остальной части указанной внутренней перегородки.
Согласно другим отличительным признакам изобретения:
- зона разрыва образована осевой прорезью, проходящей через внутреннюю перегородку и выполненной по всей осевой длине внутренней перегородки;
- зона разрыва содержит по меньшей мере одну поверхностную канавку, выполненную во внутренней поверхности и/или в наружной поверхности внутренней перегородки так, чтобы образовать начало разрыва;
- зона разрыва выполнена по существу на биссектрисе указанного углового сектора, на котором находится полость;
- прорезь или канавка является сплошной по всей осевой длине внутренней перегородки;
- прорезь или канавка выполнена с перерывами вдоль внутренней перегородки;
- внутренняя втулка имеет осевую симметрию относительно главной оси шарнира.
Объектом изобретения является также устройство подвески транспортного средства, содержащее по меньшей мере один рычаг подвески с по существу поперечной осью и по меньшей мере одну опорную вилку, при этом по меньшей мере один конец рычага шарнирно установлен вокруг продольной оси на опорной вилке через заявленный упругий шарнир, при этом шарнир закреплен на вилке при помощи винта, поперечный стержень которого заходит в центральное отверстие внутренней втулки с плотной продольной посадкой внутренней втулки между двумя проушинами вилки,
согласно изобретению, биссектриса угловых секторов каждой полости ориентирована по существу по оси рычага.
Согласно другому отличительному признаку устройства подвески, один из концов рычага соединен с поворотным кулаком или с несущей системой транспортного средства через указанную вилку.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан упругий шарнир, вид в перспективе;
на фиг. 2 показан упругий шарнир, изображенный на фиг. 1, выполненный в соответствии с изобретением и содержащий две зоны разрыва согласно второму варианту осуществления изобретения, вид спереди;
на фиг. 3 показана внутренняя втулка упругого шарнира, изображенного на фиг. 2, в которой зоны разрыва выполнены согласно первому варианту осуществления, вид спереди;
на фиг. 4 показана внутренняя втулка во время ее работы в качестве механического предохранителя, вид, аналогичный фиг. 3;
на фиг. 5 показаны зоны разрыва внутренней втулки согласно второму варианту осуществления изобретения, вид, аналогичный фиг. 3;
на фиг. 6 показано устройство подвески заднего колеса автотранспортного средства, в котором поперечный рычаг закреплен при помощи двух шарниров согласно изобретению, вид в перспективе.
Осуществление изобретения
В дальнейшем тексте описания элементы, имеющие идентичную конструкцию или выполняющие аналогичные функции, будут иметь одинаковые обозначения.
В дальнейшем тексте описания принята система координат, связанная с автотранспортным средством и содержащая продольное направление, ориентированное сзади вперед, вертикальное направление, ориентированное снизу вверх, и поперечное направление, ориентированное слева направо, при этом указанные направления представлены на фигурах пространственной системой координат «L, V, T». Вертикальное направление использовано в качестве геометрической линии отсчета, направленной ортогонально к дороге, на которую опирается автотранспортное средство.
Используется также локальная система координат, связанная с каждым упругим шарниром и содержащая осевое направление «А», параллельное относительно главной оси упругого шарнира, радиальные направления, ориентированные наружу ортогонально от главной оси упругого шарнира, и тангенциальные направления, ориентированные ортогонально к радиальному и осевому направлениям.
На фиг. 1 показан упругий шарнир 10, предназначенный для использования в автотранспортном средстве, что будет подробно описано ниже. Упругий шарнир 10 содержит главную ось «Х» осевой ориентации.
Как известно, такой упругий шарнир 10 содержит цилиндрическую трубчатую наружную втулку 12, с осью, по существу коаксиальной с главной осью «Х». Втулка 12 ограничена в радиальном направлении цилиндрической наружной поверхностью 14, в данном случае круглого профиля, и цилиндрической внутренней поверхностью 16, в данном случае круглого профиля.
Упругий шарнир 10 содержит также внутреннюю втулку 18, имеющую цилиндрическую трубчатую стенку с осью, коаксиальной с главной осью «Х». Стенка ограничена цилиндрической внутренней поверхностью 20, в данном случае круглого профиля, ограничивающей центральное отверстие 22, и цилиндрической наружной поверхностью 24, в данном случае круглого профиля.
Внутренняя втулка 18 расположена концентрично внутри наружной втулки 12.
Иногда втулки 12, 18 обозначают термином «арматура».
Между внутренней поверхностью 16 наружной втулки 12 и наружной поверхностью 24 внутренней втулки 18 установлено кольцо 26 из эластомерного материала с осью, коаксиальной с главной осью «Х». Кольцо 26 из эластомерного материала установлено, например, с предварительным напряжением за счет радиального сжатия между двумя втулками 12, 18.
В данном случае наружная и внутренняя втулки 12, 18 выполнены из металлического материала, такого как сталь или алюминий. Внутренняя втулка 18 выполнена, например, путем экструзии.
Согласно изобретению, внутренняя втулка 18 является перфорированной и имеет по меньшей мере одну полость 28А, 28В, выполненную в толщине ее стенки и проходящую через втулку 18 в осевом направлении. Каждая полость 28А, 28В выходит в осевом направлении на обе осевые концевые стороны стенки наружной втулки 18. Каждая полость 28А, 28В проходит в окружном направлении в виде дуги окружности на угловом секторе «αА, αВ» вокруг главной оси «Х», как более детально показано на фиг. 2.
В данном случае внутренняя втулка 18 содержит две полости 28А, 28В. Внутренняя втулка 18 имеет осевую симметрию относительно своей главной оси «Х». Таким образом, обе полости 28А, 28В расположены, каждая, на угловых секторах «αА, αВ» одинаковой величины.
Каждая полость 28А, 28В ограничена в радиальном направлении внутренней перегородкой 30А, 30В и наружной перегородкой 32А, 32В. Таким образом, каждая внутренняя перегородка 30А, 30В ограничена в радиальном направлении наружной поверхностью 34, обращенной внутрь полости 28А, 28В, с одной стороны, и внутренней поверхностью 20 стенки внутренней втулки 18, с другой стороны. В данном случае внутренние перегородки 30А, 30В имеют по существу постоянную радиальную толщину.
По меньшей мере одна из полостей 28А, 28В расположена на таком угловом секторе «αА, αВ», при котором наружная поверхность 34А, 34В внутренней перегородки 30А, 30В имеет ширину, превышающую или равную диаметру центрального отверстия 22. С точки зрения математики это значит, что ортогональная проекция наружной поверхности 34А, 34В внутренней перегородки 30А, 30В вдоль биссектрисы 36А, 36В углового сектора «αА, αВ» на плоскость, ортогональную к указанной биссектрисе 36А, 36В, имеет радиальную ширину, превышающую или равную диаметру центрального отверстия 22, как показано прерывистыми линиями, параллельными биссектрисам 36А, 36В, на фиг. 2. В примерах, представленных на фигурах, обе полости 28А, 28В расположены на таком угловом секторе «αА, αВ».
В данном случае обе полости 28А, 28В разделены двумя радиальными областями 38, которые соединяют внутренние перегородки 30А, 30В с наружными перегородками 32А, 32В. Обе области 38 являются диаметрально противоположными.
Стержень 40 крепления упругого шарнира, например, винт, предназначен для введения в центральное отверстие 22 внутренней втулки 18, как показано на фиг. 3. Стержень 40 имеет ось «В» осевой ориентации, по существу коаксиальную с осью «Х» упругого шарнира 10.
Согласно изобретению, по меньшей мере одна из внутренних перегородок 30А, 30В образует механический предохранитель, который должен деформироваться под действием центробежной силы «F», действующей на крепежный стержень 40. Деформация происходит, когда интенсивность центробежной силы «F» превышает определенный порог в направлении деформации, находящимся на одной прямой с биссектрисой 36А, 36В указанной внутренней перегородки 30А, 30В.
В частности, по меньшей мере одна из внутренних перегородок 30А, 30В содержит осевую зону 42А, 42В разрыва с осевым отверстием в заранее определенном месте расположения или с сопротивлением разрыву, по существу меньшим сопротивления разрыву остальной части указанной внутренней перегородки 30А, 30В.
В данном случае зона 42А, 42В разрыва расположена по существу на биссектрисе 36А, 36В указанного углового сектора «αА, αВ», на котором находится полость 28А, 28В.
В примерах, представленных на фигурах, обе внутренние перегородки 30А, 30В имеют зону 42А, 42В разрыва. В дальнейшем тексте описания будет пояснена работа изобретения с примером деформации только внутренней перегородки 30А, находящейся в верхней части чертежей. Это описание можно симметрично применить для другой внутренней перегородки 30В.
В варианте изобретения, не показанном на фигурах, зону разрыва имеет только одна из внутренних перегородок.
В первом варианте осуществления, представленном на фиг. 3 и 4, зона 42А разрыва образована отверстием 44, выполненным во внутренней перегородке 30А. В данном случае отверстие 44 расположено на угловом секторе, ограниченном по отношению к угловому сектору «αА», на котором расположена полость. Например, отверстие 44 имеет вид сплошной осевой прорези, которая проходит в радиальном направлении через внутреннюю перегородку 30А и которая выполнена по всей осевой длине внутренней перегородки 30А.
Таким образом, отверстие 44 делит в окружном направлении внутреннюю перегородку 30А на две части перегородки, каждая из которых проходит в окружном направлении от свободного края отверстия 44 до соответствующей области 38.
В данном случае отверстие 44 находится на биссектрисе 36А полости 28А.
Как показано на фиг. 4, когда стержень 40 действует в направлении деформации относительно внутренней втулки 18 центробежной радиальной силой «F» с интенсивностью, превышающей определенный порог, стержень 40 перемещается в сторону полости 28А, вызывая деформацию при изгибе каждой части перегородки 30А с двух сторон от отверстия 44. Таким образом, внутренняя перегородка 30А вдавливается в радиальном направлении внутрь полости 28А с расширением зоны 42А разрыва, то есть раздвиганием свободных краев отверстия 44 в окружном направлении. Перемещение стержня 40 в сторону полости становится возможным за счет размеров полости 28А и, в частности, благодаря протяженности ее углового сектора «αА», как было указано выше.
При этом ось «В» стержня 40 смещается в радиальном направлении относительно оси «Х» упругого шарнира 10, как показано на фиг. 4.
Согласно второму варианту осуществления, представленному на фиг. 5, обе части внутренней перегородки 30А, 30В соединены в окружном направлении мостиком 45 материала. Однако этот мостик материала имеет радиальную толщину, меньшую толщины остальной части перегородки 30А, 30В, и образует начало разрыва. В данном случае мостик материала расположен на угловом секторе, ограниченном относительно углового сектора «αА», на котором расположена полость.
Так, зона 42А, 42В разрыва содержит по меньшей мере одну поверхностную канавку 46, выполненную во внутренней поверхности 20 и/или в наружной поверхности 34А, 34В внутренней перегородки 30А, 30В и образующую начало разрыва. Канавка 46 проходит в осевом направлении. В данном случае она расположена на биссектрисе 36А, 36В углового сектора «αА, αВ» соответствующей полости 28А, 28В.
В примере, представленном на фиг. 4, канавка 46 выполнена во внутренней поверхности 20 внутренней стенки 30А, 30В. В данном случае канавка 46 является сплошной по всей осевой длине внутренней перегородки 30А, 30В.
В варианте изобретения, не показанном на фигурах, канавка выполнена с перерывами вдоль осевой линии.
Как показано на фиг. 4, когда стержень 40 действует в направлении деформации относительно внутренней втулки 18 центробежной радиальной силой «F» с интенсивностью, превышающей определенный порог, стержень 40 перемещается в сторону полости 28А, создавая окружное усилие растяжения во внутренней перегородке 30А. На уровне канавки 46 внутренняя перегородка 30А имеет сопротивление разрыву, меньшее сопротивления разрыву остальной части внутренней перегородки 30А. Когда сила «F» превышает определенный порог, происходит разрыв мостика 45 материала внутренней перегородки 30А на уровне канавки 46.
В результате этого, как показано на фиг. 4, происходит деформация при изгибе каждой части перегородки 30А с двух сторон от разорванной зоны 42А разрыва. Внутренняя перегородка 30А углубляется в радиальном направлении внутрь полости 28А за счет расширения зоны 42А разрыва, то есть за счет раздвигания свободных краев в окружном направлении с двух сторон от зоны 42А разрыва.
Упругий шарнир 10, выполненный согласно любому из вариантов осуществления изобретения, находит свое предпочтительное применение для устройства подвески автотранспортного средства.
Устройство 48 подвески автотранспортного средства показано на фиг. 6. В данном случае речь идет о многорычажном устройстве подвески, которое расположено на заднем мосту автотранспортного средства.
Как известно, такое устройство 48 подвески обеспечивает связь с подвешенной массой автотранспортного средства, включающей в себя, в частности, несущую систему 50, закрепленную на раме транспортного средства, относительно не подвешенной массы автотранспортного средства, в частности, колесного узла 52, включающего в себя поворотный кулак 54.
Такое устройство 48 подвески содержит несколько рычагов, каждый из которых позволяет направлять движения поворотного кулака 54 относительно несущей системы 50. Например, оно содержит продольный рычаг 55, верхний поперечный рычаг 56 и нижний поперечный рычаг 58.
Более конкретно интерес представляет нижний поперечный рычаг 58, который, кроме всех прочих функций, позволяет поддерживать параллельность колеса, предназначенного для установки на поворотном кулаке 54. Нижний поперечный рычаг 58 имеет общую поперечную главную ось «Y». Он содержит также первый свободный конец 60, шарнирно установленный на поворотном кулаке 54, и противоположный второй свободный конец 62, шарнирно установленный на несущей системе 50.
Каждый свободный конец 60, 62 нижнего поперечного рычага 58 шарнирно установлен вокруг продольной оси «Х» при помощи упругого шарнира 10, выполненного согласно любому из вариантов изобретения. В частности, каждый свободный конец 60, 62 нижнего поперечного рычага 58 заходит в соответствующую вилку 64 крепления, которая закреплена соответственно на поворотном кулаке 54 или на несущей системе 50.
Каждая вилка 64 содержит две вертикальные поперечные проушины 66, которые расположены параллельно и между которыми заходит соответствующий свободный конец 60, 62 нижнего поперечного рычага 58. Предварительно упругий шарнир 10 располагают в соответствующем отверстии каждого из концов 60, 62 нижнего поперечного рычага 58 таким образом, чтобы наружная втулка 12 плотно зашла в указанное соответствующее отверстие.
Затем в центральное отверстие 22 упругого шарнира 10 вставляют продольный крепежный стержень 40, например, винт, пропуская его через совмещенные проходные отверстия проушин 66. Концы стержня 40, выступающие снаружи вилки 66, выполнены с резьбой для установки стяжных гаек 68, которые зажимают стержень 40 и упругий шарнир 10 в вилке 64. Предпочтительно упругий шарнир 10 имеет достаточно большой осевой размер, чтобы его можно было сжать между двумя проушинами 66 вилки 64 во время затягивания гаек 68.
Во время установки упругих шарниров 10 на нижнем поперечном рычаге 58 зоны 42А, 42В разрыва располагаются по существу на оси «Y» нижнего поперечного рычага 58. Таким образом, направление деформации ориентировано по существу вдоль оси «Y» рычага 58.
Когда на колесо автотранспортного средства действует особенно сильный продольный или поперечный удар, он передается на упругий шарнир 10 в виде силы «F» большой интенсивности, действующей в направлении деформации, как показано на фиг.4. В результате этого по меньшей мере один из свободных концов 60, 62 рычага 58 перемещается в поперечном направлении относительно вилки 64, на которой он закреплен, за счет углубления стержня 40 во внутреннюю перегородку 30А соответствующей внутренней втулки 18. При этом упругий шарнир 10 перемещается скольжением между проушинами 66 вилки 64. Он оказывается заблокированным по причине трения, производимого при стягивании между проушинами 66, в положении, смещенном относительно своего первоначального положения. Это приводит к постоянному нарушению параллельности соответствующего колеса.
В результате этого исключительно сильного удара водитель вынужден скорректировать траекторию своего транспортного средства, чтобы удержать его на дороге. Таким образом, водитель узнает, что элементы были повреждены в результате удара.
Таким образом, изобретение позволяет водителю получить информацию о необходимости быстрой проверки состояния его транспортного средства, когда оно подвергается удару с интенсивностью, превышающей определенный порог.