ОПОРА ПРУЖИНЫ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ
VARIABLE-RIGIDITY SPRING SUPPORT

Настоящее изобретение относится к области автомобильных подвесок и, в частности, к подвескам переменной жесткости.
Действительно, указанный тип подвески получает все большее распространение для обеспечения повышенной комфортности автомобилей.
Наиболее часто встречающиеся решения для обеспечения переменной жесткости состоят в выполнении пружинного узла подвески, в котором пружиной является пружина с витками переменного сечения, при этом пружина опирается на элемент из эластомерного материала: жесткость является минимальной, пока витки меньшего диаметра пружины не входят в контакт с эластомерным опорным элементом, затем повышается по мере увеличения длины витка, входящего в контакт с опорным элементом. Для обеспечения хорошего удержания пружины, ее можно закрепить на эластомерном опорном элементе; такое решение обеспечивает, кроме того, не агрессивный контакт с пружиной.
Вместе с тем, выполнение пружины переменного сечения является относительно дорогим, и были предложены другие решения для получения переменной жесткости узла, в частности использование опорного элемента переменной жесткости, что позволяет использовать пружину с витками постоянного сечения (см., например, документ EP 0924445).
Первый вариант выполнения опорного элемента переменной жесткости состоит, например, в выполнении набора зубцов на поверхности опорного элемента из эластомерного материала, входящей в контакт с пружиной: в состоянии покоя жесткость при сжатии является минимальной; в фазе сжатия зубцы деформируются, и жесткость повышается. Однако это решение не является вполне удовлетворительным: в частности, оно не отличается достаточной надежностью на дорогах, покрытых гравием, поскольку гравий застревает между зубцами и может повредить пружину. Кроме того, оно не отвечает требованиям быстрого повышения жесткости и его износоустойчивость является ограниченной по причине чередующихся напряжений, действующих на эластомерный материал, образующий опорный элемент.
Второй вариант выполнения опорного элемента переменной жесткости предусматривает установку жесткой вставки, например, из алюминия или пластика внутри эластомерного опорного элемента. Так же, как и поверхность, входящая в контакт с пружиной, вставка может содержать зубцы, что позволяет получить более высокую максимальную жесткость и повысить износоустойчивость. Вместе с тем, возможность ухудшения характеристик с течением времени остается по причине текучести эластомерного материала опорного элемента.
Настоящее изобретение призвано предложить опорный элемент пружины подвески с переменной жесткостью, который не имеет вышеуказанных недостатков и является простым и недорогим в изготовлении.
Эта задача решена посредством создания опорного элемента для пружины подвески автомобиля, состоящего из главной части и по существу жесткой или полужесткой вставки, характеризующегося тем, что пружина подвески опирается непосредственно на по существу жесткую или полужесткую вставку.
Предпочтительным является то, что вставка выполняет также функцию центровки пружины на опорном элементе в соответствии с настоящим изобретением.
В первом варианте выполнения главная часть опорного элемента содержит по существу конусный цоколь, содержащий полость вблизи своей оси вращения, начиная от которого по существу коаксиально выполнена вторая конусная часть меньшего диаметра, чем цоколь, тоже содержащая полость вблизи своей оси вращения, при этом изобретение содержит одну или несколько характерных особенностей:
- главная часть содержит уплотнительную кромку диаметром, по существу превышающим диаметр ее основания,
- уплотняющая кромка выполнена на цоколе главной части противоположно второй конусной части,
- вставка имеет форму, по существу аналогичную форме главной части, и при сборке по существу закрывает ее вторую конусную часть,
- после посадки вставки на цоколь главной части опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением основание вставки образует опускающийся уплотнительный бортик, предназначенный для повышения износоустойчивости опорного элемента,
- противоположно основанию вставки ее вторая конусная часть содержит вблизи своей части меньшего диаметра кромку диаметром, превышающим меньший диаметр второй конусной части,
- пружина установлена между верхней стороной основания вставки и нижней стороной кромки, выполненной на второй конусной части вставки, и она удерживается в своем гнезде путем крепления при помощи соответствующих язычков,
- диаметр опускающегося уплотнительного бортика вставки по существу равен диаметру уплотнительной кромки, выполненной в основании цоколя главной части опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением,
- главная часть выполнена из эластомерного материала, например из каучука,
- вставка выполнена из жесткого пластического материала, например из полиуретана.
Во втором предпочтительном варианте выполнения вставка является полужесткой, не содержит опускающегося уплотнительного бортика и на нижней стороне своего основания содержит набор охватываемых нервюр, предназначенных для взаимодействия с набором комплементарных охватывающих нервюр, выполненных на верхней стороне цоколя главной части опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением.
Другие особенности и преимущества изобретения поясняются нижеследующим описанием со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено:
фиг.1 - общий схематичный вид в перспективе пружины подвески и основных окружающих ее элементов;
фиг.2 - разрез по плоскости симметрии первого варианта выполнения опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3А и 3В - разрез по плоскости симметрии первого варианта выполнения основных компонентов опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.4 - кривая, характеризующая опору пружины подвески для известного устройства подвески согласно первому варианту выполнения изобретения;
фиг.5 - разрез по плоскости симметрии опорного элемента согласно второму предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг.6А и 6В - разрез по плоскости симметрии основных компонентов опорного элемента согласно второму предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения.
Пружинный узел подвески, известный из предшествующего уровня техники и схематично показанный на фиг.1, содержит пружину 1 подвески, каждый из концов которой находится в контакте соответственно с нижним опорным элементом 2 и с верхним опорным элементом 3, при этом нижний 2 и верхний 3 опорные элементы соединены при помощи соответствующих средств (на фиг.1 не показаны) соответственно с ходовой частью 4 и кузовом 5 автомобиля. Согласно известным вариантам выполнения каждый из опорных элементов 2 и 3 содержит часть, выполняющую функцию центровки и обеспечивающую фиксированное и воспроизводимое позиционирование пружины 1 подвески по отношению к ходовой части 4 и кузову 5. Согласно варианту выполнения подвески переменной жесткости, также известному из предшествующего уровня техники, если пружина 1 подвески является пружиной с витками постоянного сечения, верхняя опора 3, соединенная с кузовом 5 автомобиля, имеет переменную жесткость.
Верхний опорный элемент 3 в соответствии с настоящим изобретением содержит главную часть 6 и жесткую или полужесткую вставку 7, с которой входит в непосредственный контакт пружина 1 подвески после ее установки.
Таким образом, как показано на фиг.2-5, главная часть 6 содержит цоколь 8 и удлинение 9, по существу усеченные конусные и коаксиальные с осью вращения Z, при этом наибольший диаметр удлинения 9 по существу меньше наименьшего диаметра цоколя 8. Когда узел подвески устанавливают на автомобиле, нижняя часть 10 большего диаметра цоколя 8 входит в контакт с кузовом 5, и удлинение 9 расположено в этом случае от своего большего диаметра к своему меньшему диаметру, начиная от верхней части 11 цоколя 8. Чтобы уменьшить вес и упростить изготовление, в цоколе 8 и удлинении 9 выполняют осевую полость. Предпочтительно главную часть 6 выполняют из относительно жесткого пластического материала, такого как полиуретан.
В первом варианте выполнения настоящего изобретения, в частности, показанном на фиг.2, 3А и 3В, диаметр нижней стороны 10 цоколя 8 по существу увеличен и образует кромку 12 или уплотнительную кромку, роль которой будет уточнена ниже.
Согласно этому варианту выполнения вставка 7 опорного элемента 3 имеет форму, по существу аналогичную форме главной части 6 опорного элемента 3. Так, вставка 7 содержит основание 13 и удлинение 14. Основание 13 и удлинение 14 по существу являются усеченными конусными и коаксиальными, и удлинение 14 выполнено от своего большего диаметра к своему меньшему диаметру, начиная от верхней стороны 15 меньшего диаметра основания 13. Вставка 7 тоже имеет осевую полость, внутренняя форма и размеры которой соответствуют наружной форме и размерам удлинения 9 главной части 6. Наибольший диаметр основания 13 вставки 7 по существу превышает наименьший диаметр цоколя 8 главной части 6 опорного элемента 3 в соответствии с настоящим изобретением, и нижняя сторона основания 13 содержит также уступ 16, формы и размеры которого соответствуют форме и размерам верхней части цоколя 8 главной части 6 опорного элемента 3. Верхняя сторона 16 меньшего диаметра удлинения 14 вставки 7 дополнительно содержит кромку 18 большего диаметра, функция которой будет поясняться ниже.
В этом варианте выполнения вставку 7 опорного элемента 3 в соответствии с настоящим изобретением выполняют из более жесткого пластического материала, чем материал, используемый для выполнения главной части 6 опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением.
Во время соединения главной части 6 и вставки 7 для образования опорного элемента 3 в соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг.2, вставку 7 устанавливают уступом 17, выполненным в ее нижней части, на верхней части цоколя 8 главной части 6. Таким образом, вставку 7 сажают на главную часть 6 опорного элемента 3 в соответствии с настоящим изобретением, и нижний бортик 19 или уплотнительный бортик основания 13 вставки 7 закрывает верхний край цоколя 8 главной части 6. Пружину 1 подвески устанавливают вокруг удлинения 14 вставки 7 между верхней стороной основания 13 и нижней стороной кромки 18, при этом удлинение 14 выполняет также функцию центровки пружины 1 и обеспечивает ее воспроизводимое позиционирование, а кромка 18 выполняет функцию упора, препятствующего выходу пружины 1 из ее образованного, таким образом, гнезда.
Такая конструкция позволяет существенно ограничить и даже избежать попадания гравия между пружиной 1 подвески и ее опорой, что также снижает возможность повреждения гравием пружины 1.
Кроме того, когда на пружину действует усилие сжатия, наличие и конфигурация уплотнительного бортика 19 позволяет изменять жесткость опоры, в частности, до насыщения, то есть при полном сжатии пружины, что показано на фиг.4. На графике жесткости опоры пружины 1 подвески в зависимости от ее деформации сжатия пунктирная кривая показывает случай, в котором опорный элемент 3 не содержит уплотнительный бортик 19, описанный в первом варианте выполнения изобретения, а сплошная кривая показывает случай, когда пружина 1 опирается на элемент, содержащий уплотнительный бортик 19 согласно первому варианту выполнения изобретения. На графике ясно видно, что в последнем указанном случае повышение жесткости происходит быстрее.
Кроме того, наличие такого уплотнительного бортика 19 позволяет повысить износоустойчивость материала, образующего мягкую часть кривой, характеризующей опору (то есть, в данном случае материала главной части 6 опорного элемента 3 в соответствии с настоящим изобретением).
Уплотнительная кромка 12 нижней стороны 10 главной части 6 позволяет устранить проблемы шума при резком контакте уплотнительного бортика 19 с кузовом 5 автомобиля. Предпочтительно, но не ограничительно эту уплотнительную кромку 12 выполняют из эластомерного материала, такого как каучук: вместе с тем, если главная часть 6 выполнена из другого материала, отличного от эластомера (например, но не ограничительно, если она выполнена из полиуретана), уплотнительную кромку 12 предпочтительно выполняют в виде шайбы из эластомерного материала (например, из каучука) соответствующих размеров, установленной между нижней стороной 10 цоколя 8 главной части 6 и кузовом 5 автомобиля.
Следует заметить, что для того, чтобы разнообразить диаметры витков пружины 1 подвески, вставку 7 можно выполнить из двойного материала, один из компонентов которого является мягким, а другой - жестким.
На фиг.5, 6А и 6В показан второй вариант выполнения настоящего изобретения, в котором вставку 7 опорного элемента 3 выполняют полужесткой и предпочтительно, но не ограничительно из эластомерного материала, такого как каучук. В этом варианте выполнения главная часть 6 опорного элемента 3, показанная на фиг.6А, аналогична главной части 6, описанной в первом варианте выполнения изобретения, но нижняя сторона 10 ее цоколя 8 не содержит уплотнительной кромки 12. Кроме того, на нижней стороне 11 ее цоколя выполнены по существу радиальные и равномерно распределенные охватывающие нервюры 20: функция нервюр 20 будет поясняться ниже. В альтернативных вариантах выполнения нервюры 20 заменены одним или несколькими концентричными кольцевыми пазами соответствующей формы.
В этом варианте выполнения, как показано на фиг.6В, вставка 7 содержит основание 21, по существу усеченное конусное, начиная от стороны меньшего диаметра, от которой коаксиально выполнено по существу усеченное конусное удлинение 22, верхняя часть которого содержит по существу полусферический сегмент 23. Наибольший диаметр основания 21 по существу равен диаметру верхней стороны 11 цоколя 8 главной части 6 таким образом, что после соединения главной части 6 и вставки 7 для образования опорного элемента 3 в соответствии с настоящим изобретением основание 21 вставки 7 не накрывает верхний бортик цоколя 8 главной части 6, а соприкасается с ним по его контуру.
Как и в случае описанного ранее первого варианта выполнения изобретения, по всей своей высоте ставка 7 содержит осевую полость, форма и размеры которой соответствует форме и размерам наружной поверхности удлинения 9 главной части 6.
Кроме того, на периферии по существу усеченного конусного удлинения 22 выполнен по существу цилиндрический кольцевой паз 24: размеры кольцевого паза 24 определяют в зависимости от сечения витка пружины 1 подвески. В этом случае установку и крепление пружины 1 подвески осуществляют зажимами в кольцевом пазу 24, что позволяет разнообразить сечения витков для пружины 1 подвески. Кроме того, это решение позволяет существенно уменьшить трения между пружиной и вставкой 7 опорного элемента 3 и снизить абразивное истирание от контакта с пружиной 1.
Кроме того, нижняя сторона основания 21 вставки 7 содержит уступ 25, в котором выполнен набор по существу радиальных охватываемых нервюр 26, формы, размеры и расположение которых соответствуют формам, размерам и расположению охватывающих нервюр 20 верхней стороны 11 цоколя 8 главной части 6. В предпочтительных вариантах выполнения, в которых нервюры 20 заменены концентричными кольцевыми пазами, охватываемые нервюры 26 образуют на нижней стороне основания 21 набор кромок, выполненных с возможностью взаимодействия с кольцевыми пазами.
Когда главную часть 6 и вставку 7 соединяют для образования опорного элемента 3 согласно второму предпочтительному варианту выполнения изобретения, вставку 7 сажают на удлинение 9 главной части 6, при этом охватываемые нервюры 25 вставки 7 взаимодействуют с ранее описанными охватывающими нервюрами 20 главной части 6, обеспечивая, таким образом, стопорение двух частей опорного элемента 3 относительно друг друга. В этом случае главная часть 6 выполняет активную опорную функцию, а нервюры 20 и 26 позволяют корректировать жесткость узла. Бортик уступа 25 образует в данном случае уплотнительную чашку, когда при максимальном сжатии пружины вставка 7 плотно прижимается к главной части 6 опорного элемента 3.
Таким образом, изобретение позволяет реализовать опору переменной жесткости для пружины 1 подвески, которая одновременно позволяет избежать попадания гравия и повысить износоустойчивость. Оба варианта выполнения были представлены в качестве примеров и понятно, что, не выходя за рамки настоящего изобретения, вставка, представленная в первом варианте выполнения, может не содержать уплотнительного бортика 19.