УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДРЕССОРИВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
APPARATUS FOR SPRINGING A VEHICLE

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения и может быть использовано для гашения колебаний транспортных средств при движении по неровностям дорожного покрытия.
Известно устройство типа подвески [1], содержащее нижнее и верхнее седло пружины, спиральную пружину сжатия, которая содержит проволоку, которая формована в форму спирали, и расположена в таком состоянии, в котором она сжата между нижним седлом пружины и верхним седлом пружины, и амортизатор, который содержит цилиндр и шток, который вставлен в цилиндр, причем амортизатор проходит через внутреннюю часть спиральной пружины сжатия. Центральная ось спиральной пружины сжатия смещена к наружной стороне транспортного средства относительно оси амортизатора. Проволока спиральной пружины сжатия содержит часть проволоки большого диаметра на стороне противосмещения спиральной пружины сжатия, часть проволоки малого диаметра на стороне смещения спиральной пружины сжатия и часть проволоки изменяющегося диаметра.
Недостатком этого устройства является то, что, нагрузочная характеристика со слабо выраженной нелинейностью при сжатии не позволяют получить достаточную плавность хода транспортного средства при различных нагрузках на ось, когда полезная нагрузка меняется в широких пределах и при движении по неровностям дороги.
Известные устройства в виде пружинных амортизаторов используют пружины сжатия-растяжения, что не позволяет простыми средствами реализовать оптимальную нагрузочную характеристику.
Также известна стойка пружинная [2], содержащая верхнюю опору и нижнюю опору, снабженные проушинами с элементами крепления к транспортному средству. Элемент крепления нижней опоры может быть выполнен в виде двух опорного шарового шарнира. Между опорами размещена пружина сжатия, внутри которой коаксиально установлен амортизатор, закрепленный на опорах. Пружину сжатия охватывает трос, концы которого закреплены на концевых участках двух опорного шарового шарнира.
Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает плавности хода из-за пружины сжатия-растяжения с переменной жесткостью подвески и сложность конструкции.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является устройство для подрессоривания транспортного средства [3], содержащее полый цилиндрический корпус с размещенными внутри него пружиной сжатия с кручением, закрепленной с одной стороны с корпусом, с другой стороны с подвижным диском, снабженным резьбой, через который пропущен подвижный шток с аналогичной резьбой, причем шток проходит через отверстия в корпусе. С верхней частью корпуса жестко соединен полый кожух, к внешней стороне корпуса которого по осевой линии прикреплена первая проушина для соединения с рамой транспортного средства. К нижнему концу подвижного штока жестко присоединена вторая проушина для крепления с мостом транспортного средства.
Недостатком этого устройства является наличие реакции кручения амортизатора в ответ на закручивание пружины в процессе работы. Это может привести к непроизвольным поворотам моста и излишним нагрузкам на проушины.
Технический результат - улучшение плавности хода транспортного средства и упругих свойств амортизатораза счет использования двух пружин, причем одна из них закручивается в одну сторону, а другая - в другую сторону. Это приводит к взаимной компенсации реакций на закручивание пружин.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для подрессоривания транспортных средств содержит полый цилиндрический корпус с упорным кольцом и с размещенными внутри него пружинами сжатия с кручением, причем первая пружина закреплена одним концом с упорным кольцом полого корпуса, а другим концом закреплена с первым подвижным диском, снабженным правой резьбой, вторая пружина одним концом закреплена с нижней частью полого корпуса, а второй конец закреплен со вторым подвижным диском, снабженным левой резьбой, причем пружины размещены таким образом, что первая пружина будет закручиваться в одну сторону, а вторая в другую, через отверстия в корпусе и упорном кольце и через первую и вторую пружины, а также через первый и второй диски пропущен подвижный шток, верхняя половина которого снабжена правой резьбой, а нижняя половина левой резьбой, причем шток проходит через отверстия в корпусе и упорное кольцо с возможностью перемещения. С верхней частью корпуса жестко соединен полый кожух, к внешней стороне корпуса которого по осевой линии прикреплена первая проушина для соединения с рамой транспортного средства. К нижнему концу подвижного штока жестко присоединена вторая проушина для крепления с мостом транспортного средства.
Особенностью предлагаемого устройства является выполнение упругого элемента в виде пружин сжатия с кручением, размещенных в полом корпусе, внутри пружин сжатия с кручением находится подвижный шток с резьбой, причем верхняя половина штока снабжена правой резьбой, а нижняя левой. Со штоком кинематически связаны подвижные первый и второй диски с аналогичной резьбой и при одновременном сжатии и кручении пружин реализуется оптимальная нагрузочная характеристика устройства для подрессоривания транспортного средства, изображенная на фиг. 1, при этом в процессе работы устройства одновременно используются две пружины, причем одна из них закручивается в одну сторону, а другая - в другую сторону. Это приводит к взаимной компенсации реакций на закручивание пружин.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 2 изображено предлагаемое устройство, на фиг.3 схема крепления устройства к транспортному средству, на фиг.4 график зависимости действующей силы на величину деформации пружины, на фиг.5 график зависимости действующей силы на угол закручивания пружины, на фиг.6 график изменение величины деформации на угол закручивания пружины.
Предлагаемое устройство для подрессоривания транспортного средства содержит полый цилиндрический корпус 1 с упорным кольцом 2 и отверстиями 3 в верхней и нижней части, внутри него размещены первая пружина сжатия с кручением 4, которая одним концом закреплена с упорным кольцом 2, а другим концом закреплена с первым подвижным диском 5, снабженным правой резьбой и вторая пружина 6, которая одним концом закреплена с нижней частью корпуса 1, а вторым концом с вторым подвижным диском 7, снабженным левой резьбой, через отверстия 3 в корпусе 1 и упорным кольце 2, а также через пружины 4 и 6 пропущен подвижный шток 8 с возможностью перемещения относительно корпуса 1, у которого в верхней половине имеется правая резьба9, а на нижней половине имеется левая резьба 10. С верхней частью корпуса 1 жестко соединен полый кожух 11, к внешней стороне корпуса которого по осевой линии прикреплена первая проушина 12 для соединения с рамой 13 транспортного средства. К нижнему концу подвижного штока 8 жестко присоединена вторая проушина 14 для крепления с мостом транспортного средства 15.
Устройство работает следующим образом.
Посредством первой проушины 12 устройство одним концом крепится к раме 13, а посредством второй проушины 14 другим концом - к мосту 15 (фиг. 3). В процессе движения транспортного средства по неровностям дороги происходит перемещение подвижного штока 8 через отверстия 3 и упорное кольцо 2 относительно полого цилиндрического корпуса1 и, соответственно, относительно пружин 4 и 6 сжатия с кручением. За счет резьбовых соединений 9 и 10 подвижного штока 8 с подвижными дисками 5 и 7 соответственно, последние начинают перемещаться вдоль своей оси и одновременно вращаться вокруг этой же оси, причем первый подвижный диск 5 за счет правой резьбы вращается в одну сторону, а второй подвижный диск 7 за счет левой резьбы вращается в другую сторону. Это приводит к одновременному сжатию и кручению вокруг своей оси первой пружины 4 и второй пружины 6 сжатия с кручением, причем первая пружина 4 будет вращаться в одну сторону, а вторая пружина 6 в другую. Характеристика пружин 4 и 6 сжатия с кручением от осевой силы в процессе только сжатия приведена на фиг. 4 и на фиг. 5 в зависимости от влияния окружной силы только при кручении пружин 4 и 6 сжатия с кручением. На фиг. 6 показана зависимость осевой деформации пружин 4 и 6 сжатия с кручением от угла их закручивания и сжатия. При чистом кручении осевое перемещение пружин 4 и 6 будет нелинейным, изображенным на фиг. 5 и нелинейность также будет проявляться при одновременном осевом перемещении и кручении пружин 4 и 6 сжатия с кручением, которое изображено на фиг. 6. Это приведет к тому, что пружины 4 и 6 сжатия с кручением и, соответственно, все устройство будет иметь нагрузочную характеристику, близкую к оптимальной и приведенной на фиг. 1.
Подбирая жесткость пружин 4 и 6 сжатия с кручением и шаг резьбы 9 и 10 между подвижным штоком 8 и подвижными дисками 5 и 7 таким образом, чтобы устройство имело оптимальную нагрузочную характеристику, приведенную на фиг. 1, что приведет к увеличению плавности хода транспортного средства по неровностям дорожного покрытия и в итоге к повышению комфортности движения. Кроме того, за счет дополнительного трения в резьбовых кинематических парах между подвижными дисками 5 и 7 с одной стороны и подвижным штоком 8 с другой стороны, возникает эффект демпфирования, что приводит к уменьшению колебаний подрессоренной массы при переменных нагрузках.
Также за счет использования в процессе работы устройства одновременно двух пружин, причем одна из них закручивается в одну сторону, а другая - в другую сторону происходит взаимная компенсация реакций на закручивание пружин.
Литература
1. Патент RU №2615644. МПК B60G 3/28, B60G 11/14, B60G 15/06, F16f 1/06, F16F 9/32. Подвеска типа стойки и спиральная пружина сжатия для подвески / Якомото К., Эномото X. и др. /Опубл. 06.04.2017 Бюл. №10.
2. Патент RU №176227. МПК B60G 15/02, F16F 9/58/ Стойка пружинная / Ключников С.М., Бедулев А.В. Опубл.: 12.01.2018 Бюл. №2
3. Заявка на выдачу патента на изобретение №2020103517 от 27.01.2020 г.
4. Спектральный метод расчета систем подрессоривания колесных машин.: учеб. пособие / Л.Ф. Жеглов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-воМГТУим. Н.Э. Баумана, 2013. - 210 с.