Подвеска управляемого колеса транспортного средства

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в конструкциях передних подвесок транспортных средств.
Известно техническое решение (аналог) подвеска для управляемого колеса транспортного средства («Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобилей: ВАЗ - 21213, ВАЗ - 21214, ВАЗ - 21217, ВАЗ - 2129, ВАЗ - 2130, ВАЗ - 2131, ВАЗ - 21312», г. Москва, Издательство «Ливр», 1999 г., рис. 4-1 стр. 94 (и цветной рис 4-1 во вкладке)), включающая нижний и верхний рычаги с соответствующими нижним и верхним шаровыми шарнирами, ступичный узел, содержащий поворотный кулак, соединенный нижней и верхней рычажными частями с соответствующими нижним и верхним шаровыми шарнирами, ступицу с внутренним шлицевым отверстием, в котором расположен и закреплен гайкой через коническую втулку шлицевой вал корпуса наружного шарнира привода колеса, подшипниковый узел с двумя разнесенными друг от друга коническими роликовыми подшипниками, установленными наружными кольцами в полости корпуса кулака, а во внутренних кольцах которых установлена ступица. Подшипники изолированы от внешней среды сальниками, расположенными с их внешних сторон, причем наружный сальник по внутреннему диаметру контактирует с наружной втулкой, напрессованной на ступице и опирающейся наружным торцом своей отходящей внутрь части в торец внутреннего кольца наружного конического роликового подшипника, а внутренним торцом этой отходящей внутрь части в торец выступа ступицы, внутренний же сальник по внутреннему диаметру расположен на внутренней втулке. В свою очередь, сальники защищены от внешней среды наружным и внутренним грязезащитными кольцами. Наружное грязезащитное кольцо неподвижно установлено установочным отгибом на наружной проточке наружного выступа поворотного кулака с расположением защитным отгибом с минимальным зазором в проточке ступицы. Внутреннее грязезащитное кольцо установлено отверстием своей поперечно расположенной к оси ступичного узла установочной частью на корпусе наружного шарнира привода колеса с прижатием этой части наружным торцом напрессованной на корпус наружного шарнира привода колеса внутренней втулки, упирающейся внутренним торцом в наружный торец внутреннего кольца внутреннего конического роликового подшипника, а своей защитной частью внутреннее грязезащитное кольцо огибает внутренний выступ поворотного кулака, причем защитная часть этого внутреннее грязезащитное кольцо состоит из трех участков, внутренний и наружный из которых расположены продольно относительно оси ступичного узла, а средний - поперечно. Под фланцем ступицы установлен и закреплен посредством болтов тормозной диск таким образом, что наружная поверхность тормозного диска контактирует с внутренней поверхностью фланца ступицы. В поперечном сечении подвески, совпадающим с осевым сечением ступичного узла, ось поворота колеса, расположенная в плоскости этих сечений с прохождением через центры сфер нижнего и верхнего шаровых шарниров, пересекает опорную плоскость колеса с внутренней стороны его центральной плоскости вращения в точке, расстояние от которой до точки пересечения этой его центральной плоскости вращения с его опорной плоскостью образует его положительное плечо обкатки.
Недостатками данного технического решения подвески для управляемого колеса транспортного средства являются:
- излишне сложная конструкция ступичного узла подвески из-за использования в нем большого количества сложных составляющих деталей, таких как, двух разнесенных друг от друга конических роликовых подшипников, двух сальников, двух грязезащитных колец, двух втулок, конусной втулки;
- излишне усложненная схема расположения тормозного диска ступичного узла подвески относительно ступицы и как следствие излишне трудоемкая технологии сборки узла и его разборки из-за установки тормозного диска под фланцем ступицы, а не на фланце;
- излишняя металлоемкость кулака ступичного узла подвески из-за необходимости выполнения корпуса кулака широким для расположения в его полости конических роликовых подшипников с разнесением друг от друга;
- сложная многоступенчатая внутренняя поверхность полости корпуса кулака ступичного узла подвески под подшипники и сальники;
- недостаточно удовлетворяющие характеристики по управляемости и устойчивости транспортного средства и как следствие недостаточно удовлетворяющие характеристики по безопасности из-за исполнения конструкции передней подвески с положительным плечом обкатки поворотного колеса, т.к. положительное плечо обкатки с определенными преимуществами имеет по сути своей существенный недостаток - недостаточно удовлетворительные характеристики транспортных средств подвесок с таким плечом по управляемости и устойчивости, особенно на дороге с сильно различающимся коэффициентом сцепления под колесами одной оси;
- неизбежное снижение показателей характеристик по управляемости, устойчивости транспортного средства, и его безопасности (особенно при торможении), если увеличение его колеи, при наличии таких подвесок колес с положительным плечом обкатки, проводить только за счет применения более широких колес с меньшим вылетом, так как, при такой конструкции подвесок с положительным плечом обкатки колеса, уменьшение вылета колеса (ЕТ) - однозначно будет приводить к увеличению положительного плеча обкатки колеса, а это будет неизбежно снижать показатели характеристик по управляемости, устойчивости транспортного средства, и его безопасности.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является подвеска для управляемого колеса транспортного средства автомобиля ВАЗ - 21214М, см. сайт интернет: htps://guto.ru/journal/testdrives/1611/, статья «Вектор Нивы», в конце статьи чертеж и таблица «Геометрические параметры передней подвески» по автомобилям ВАЗ - 21214 и ВАЗ - 21214М. В конструкцию данной подвески автомобиля ВАЗ - 21214М входят все узлы и детали что и в предыдущем рассматриваем техническом решении автомобиля ВАЗ - 21214 с разницей лишь в том, что применены нижний и верхний шаровые шарниры (опоры) другой конструкции, имеющие увеличенные углы качания, обеспечивающие уменьшенное положительное плечо обкатки колеса (как видно из приведенной таблицы «Геометрические параметры передней подвески» плечо обкатки составляет +1,4 мм для ВАЗ - 21214М, тогда как для ВАЗ - 21214 оно составляет +24 мм).
Недостатками данного технического решения подвески для управляемого колеса транспортного средства являются все те же недостатки, что и перечисленные в предыдущем рассматриваем техническом решении автомобиля ВАЗ - 21214 с разницей лишь в том, что за счет уменьшения положительного плеча обкатки колеса в некоторой степени улучшились характеристики по управляемости и устойчивости транспортного средства с такой подвеской, но это недостаточно для наличия удовлетворяющих характеристик по безопасности подвески, а значит и автомобиля в целом.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в упрощении конструкции подвески для управляемого колеса транспортного средства со снижением ее металлоемкости, улучшением технологичности ее изготовления, сборки, разборки в эксплуатации, и с одновременным улучшением управляемости, устойчивости, повышением безопасности транспортного средства и появлением возможности расширения его колеи с установкой на нем более широких колес.
Указанный технический результат достигается тем, что в подвеске для управляемого колеса транспортного средства, включающей нижний и верхний рычаги с соответствующими нижним и верхним шаровыми шарнирами, ступичный узел, содержащий поворотный кулак, соединенный нижней и верхней рычажными частями с соответствующими нижним и верхним шаровыми шарнирами, ступицу с закрепленным в ней шлицевым валом корпуса наружного шарнира привода колеса, подшипниковый узел, установленный по наружному диаметру в полости корпуса поворотного кулака и в котором по внутреннему диаметру установлена ступица, а также, содержащий тормозной диск, соединенный с фланцем ступицы, и элементы защиты полости корпуса поворотного кулака, в качестве одного из которых применено внутреннее грязезащитное кольцо,
согласно полезной модели, в ступичном узле в качестве подшипникового узла применен двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник с двумя внутренними кольцами, установленный наружным кольцом с фиксацией в полости корпуса поворотного кулака, выполненной одинакового диаметра по всей ширине, а внутренние кольца которого расположены непосредственно между торцом меньшего внутреннего выступа ступицы и торцом упорного выступа корпуса наружного шарнира привода колеса, на наружной боковой поверхности этого упорного выступа напрессовано установочной частью внутреннее грязезащитное кольцо, в качестве же другого элемента защиты полости корпуса поворотного кулака между его наружной частью и ступицей применено лабиринтное уплотнение, тогда как, тормозной диск в соединении с фланцем ступицы контактирует своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью этого фланца, причем, в поперечном сечении подвески, совпадающим с осевым сечением ступичного узла, ось поворота колеса, расположенная в плоскости этих сечений с прохождением через центры сфер нижнего и верхнего шаровых шарниров, пересекает опорную плоскость колеса с наружной стороны его центральной плоскости вращения в точке, расстояние от которой до точки пересечения этой его центральной плоскости вращения с его опорной плоскостью образует его отрицательное плечо обкатки.
В частном случае, фиксация наружного кольца подшипника в полости корпуса поворотного кулака ступичного узла подвески осуществлена посредством двух стопорных колец, расположенных в проточках образующей поверхности этой полости.
В частном случае, внутреннее грязезащитное кольцо ступичного узла подвески охватывает своей защитной частью с зазором внутренний выступ внутренней части корпуса поворотного кулака.
В частном случае, лабиринтное уплотнение между наружной частью корпуса поворотного кулака ступичного узла подвески и ступицей, в осевом сечении ступичного узла, выполнено с основным коническим участком, имеющим минимальный заданный зазор между наружной конической поверхностью наружного выступа наружной части корпуса поворотного кулака и внутренней конической поверхностью большего внутреннего выступа ступицы.
В частном случае, лабиринтное уплотнение между наружной частью корпуса поворотного кулака ступичного узла подвески и ступицей, в осевом сечении ступичного узла, кроме основного конического участка, имеет наружный поперечный участок, центральный поперечный участок и внутренний продольный участок.
В частном случае, на наружной поверхности наружной части корпуса поворотного кулака ступичного узла подвески, вблизи торцевой поверхности этой наружной части, выполнена кольцевая выемка.
В частном случае, в поперечном сечении подвески, совпадающим с осевым сечением ее ступичного узла, угол развала колеса между центральной плоскостью его вращения и вертикальной плоскостью проходящей через его центр выполнен отрицательным.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется на чертеже:
Фиг. 1. - подвеска для управляемого колеса транспортного средства, (поперечное сечение подвески, совпадающее с осевым сечением ее ступичного узла).
Фиг. 2. - вид А на Фиг. 1;
Фиг. 3. - вид Б на Фиг 2.
Подвеска для управляемого колеса 1 транспортного средства включает нижний 2 и верхний 3 рычаги с соответствующими нижним 4 и верхним 5 шаровыми шарнирами, ступичный узел 6, содержащий поворотный кулак 7, соединенный нижней 8 и верхней 9 рычажными частями с соответствующими нижним 4 и верхним 5 шаровыми шарнирами.
Ступичный узел 6 кроме поворотного кулака 7 содержит ступицу 10 с внутренним шлицевым отверстием, в котором расположен и закреплен гайкой 11 шлицевой вал 12 корпуса наружного шарнира 13 привода колеса, содержит подшипниковый узел 14, установленный по своему наружному диаметру в полости 15 корпуса 16 поворотного кулака 7 и в котором по его внутреннему диаметру установлена ступица 10, а также включает тормозной диск 17, соединенный с фланцем 18 ступицы 10, и включает элементы защиты полости 15 корпуса 16 поворотного кулака 7, в качестве одного из них применено внутреннее грязезащитное кольцо 19.
В ступичном узле 6 в качестве подшипникового узла применен двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник 20 с двумя внутренними кольцами 21, установленный наружным кольцом 22 с фиксацией в полости 15 корпуса 16 поворотного кулака 7, выполненной одинакового диаметра «d» по всей ширине «N», а внутренние кольца 21 которого расположены непосредственно между торцом меньшего внутреннего выступа 23 ступицы 10 и торцом упорного выступа 24 корпуса наружного шарнира 13 привода колеса, на наружной боковой поверхности этого упорного выступа 24 напрессовано установочной частью 25 внутреннее грязезащитное кольцо 19. В качестве второго элемента защиты полости 15 корпуса 16 поворотного кулака 7 между его наружной частью 26 и ступицей 10 применено лабиринтное уплотнение 27. Тормозной диск 17 в соединении с фланцем 18 ступицы 10 контактирует своей внутренней поверхностью 28 с наружной поверхностью 29 этого фланца 18 ступицы 10.
В поперечном сечении подвески, совпадающим с осевым сечением ступичного узла 6 (по продольной оси «L» ступичного узла 6), ось поворота «α» колеса 1, расположенная в плоскости этих сечений с прохождением через центры «С» и «D» сфер нижнего 4 и верхнего 5 шаровых шарниров, пересекает опорную плоскость «β» колеса 1 с наружной стороны его центральной плоскости вращения «γ» в точке «Е», расстояние от которой до точки «F» пересечения этой его центральной плоскости вращения «γ» с его опорной плоскостью «β» образует его отрицательное плечо обкатки «Rs».
Отрицательное плечо обкатки «Rs» колеса 1 подвески транспортного средства, во-первых, улучшает его характеристики по управляемости по сравнению с транспортным средством, имеющим положительное плечо обкатки колеса 1, так как, отрицательное плечо обкатки «Rs» колеса 1 придает транспортному средству «стабилизирующий момент» на рулевом колесе (более легкий и плавный возврат руля в среднее положение при его отклонении; во-вторых, при торможении транспортного средства на «миксте» (участок дороги с разным коэффициентом сцепления под правым и левым управляемыми колесами) отрицательное плечо обкатки «Rs» колеса 1 направляет транспортное средства в сторону большего коэффициентом сцепления - что увеличивает его устойчивость и безопасность.
В частном случае, фиксация наружного кольца 22 подшипника 20 в полости 15 корпуса 16 поворотного кулака 7 ступичного узла 6 подвески осуществлена посредством двух стопорных колец 30, расположенных в проточках образующей поверхности этой полости 15.
В частном случае, внутреннее грязезащитное кольцо 19 ступичного узла 6 подвески охватывает своей защитной частью 31 с зазором внутренний выступ 32 внутренней части 33 корпуса 16 поворотного кулака 7 (см. фиг. 2).
В частном случае, лабиринтное уплотнение 27 между наружной частью 26 корпуса 16 поворотного кулака 7 ступичного узла 6 подвески и ступицей 10, в осевом сечении ступичного узла 6, выполнено с основным коническим участком 34, имеющим минимальный заданный зазор между наружной конической поверхностью 35 наружного выступа 36 наружной части 26 корпуса 16 поворотного кулака 7 и внутренней конической поверхностью 37 большего внутреннего выступа 38 ступицы 10 (см. фиг. 3).
В частном случае, лабиринтное уплотнение 27 между наружной частью 26 корпуса 16 поворотного кулака 7 ступичного узла 6 подвески и ступицей 10, в осевом сечении ступичного узла 6, кроме основного конического участка 34, имеет наружный поперечный участок 39, центральный поперечный участок 40 и внутренний продольный участок 41 (см. фиг. 3).
В частном случае, на наружной поверхности наружной части 26 корпуса 16 поворотного кулака 7 ступичного узла 6 подвески, вблизи торцевой поверхности этой наружной части 26, выполнена кольцевая выемка 42, предназначенная для стекания жидкостей из внешней среды (дождь, лужи и т.д.), и предотвращая попадания их большого количества в лабиринтное уплотнение 27.
В частном случае, в поперечном сечении подвески, совпадающим с осевым сечением ее ступичного узла 6, угол развала «ε» колеса 1 между центральной плоскостью его вращения «γ» и вертикальной плоскостью «λ» проходящей через центр «О» колеса 1 выполнен отрицательным. Отрицательный угол «ε» развала 1 колеса препятствует (если смотреть в сечении - на фигурах не показано) смешению резины колеса 1 внутрь радиуса его поворота при повороте транспортного средства, что дополнительно улучшает его управляемость, устойчивость и снижает износ резины.
За счет получения подвески транспортного средства с отрицательным плечом обкатки «Rs» его управляемого колеса 1, появляется возможность увеличения колеи этого транспортного средства, т.е. появляется возможность применения более широких колес 1, в результате появления возможности уменьшения вылета (ЕТ) колеса 1, т.е. расстояния от центральной плоскости вращения «γ» колеса 1 до привалочной (внутренней) плоскости «f» диска 43, опирающегося на наружную плоскость тормозного диска 17, а это означает, что можно поставить более широкое колесо 1, которое не будет мешать внутренним своим контуром деталям подвески и кузова, так как у более широкого колеса 1 за счет уменьшенного вылета (ЕТ) изменено взаиморасположение привалочной плоскости «f» диска 43 и соединенного с ним обода 44, выполненного более широким, и получается по внутреннему контуру колесо 1 остается на линии, что было и более узкое колесо, а наружным контуром - более выступает наружу, чем узкое колесо.
Сборка подвески для управляемого колеса транспортного средства осуществляется в следующей последовательности.
Предварительно в поворотный кулак 7 транспортного средства запрессовывается наружным кольцом 22 двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник 20 и фиксируется стопорными кольцами 30.
Затем во внутренние кольца 21 подшипника 20 запрессовывается ступица 10.
Далее, в ступицу 10 вставляется шлицевой вал 12 корпуса наружного шарнира 13 привода колеса, причем предварительно на наружную боковую поверхность упорного выступа 24 корпуса наружного шарнира 13 привода колеса напрессовывают установочной частью 25 внутреннее грязезащитное кольцо 19.
Затем, на резьбовой участок вала 12 корпуса наружного шарнира 13 привода колеса устанавливается плоская шайба, опирающаяся на торцевую поверхность ступицы 10, и наворачивается гайка 11 с определенным моментом затяжки, которая, через плоскую шайбу, ступицу 10, а именно через ее меньший внутренний выступ 23, внутренние кольца 21 подшипника 20 с упором в торец 45 упорного выступа 24 корпуса наружного шарнира 13 привода колеса, обеспечивает стягивание внутренних колец 21 подшипника 20.
На следующем этапе сборки подвески, на ступицу 10 устанавливается тормозной диск 17, причем устанавливается он со свободным прохождением сквозь его отверстия болтов крепления 46 колеса 1, жестко запрессованных в отверстия фланца 18 ступицы 10, и соединяется соединительными элементами (в сечение на фиг. 1 не попадают - не видны) с фланцем 18 ступицы 10 с контактом своей внутренней поверхностью 28 с наружной поверхностью 29 этого фланца 18 ступицы 10, т.е. тормозной диск 17 расположен на фланце 18 ступицы 10, в отличии от прототипа, где тормозной диск расположен под фланцем ступицы, а это способствует в первую очередь улучшению технологичности изготовления, сборки, разборки в эксплуатации ступичного узла 6, и как следствие, в целом подвески для управляемого колеса транспортного средства.
Далее, к нижней 8 и верхней 9 рычажным частям поворотного кулака 7 присоединяют соответствующие нижний 4 и верхний 5 шаровые шарниры, предварительно соединенные с соответствующими нижним 2 и верхним 3 рычаги подвески.
За счет того, что в подвеске для управляемого колеса транспортного средства в качестве подшипникового узла применен двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник с двумя внутренними кольцами, за счет того, что полость корпуса поворотного кулака выполнена одинакового диаметра по всей своей ширине, за счет того, что внутренние кольца подшипника расположены непосредственно между торцом меньшего внутреннего выступа ступицы и торцом упорного выступа корпуса наружного шарнира привода колеса, за счет того, что примененное в качестве одного из элементов защиты полости корпуса поворотного кулака внутреннее грязезащитное кольцо напрессовано непосредственно на наружной боковой поверхности упорного выступа корпуса наружного шарнира, а в качестве второго элемента защиты полости корпуса поворотного кулака со стороны его наружной части применено лабиринтное уплотнение, за счет того, что тормозной диск в соединении с фланцем ступицы контактирует своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью этого фланца, и за счет того, что в поперечном сечении подвески, совпадающим с осевым сечением ступичного узла, ось поворота колеса, расположенная в плоскости этих сечений с прохождением через центры сфер нижнего и верхнего шаровых шарниров, пересекает опорную плоскость колеса с наружной стороны его центральной плоскости вращения в точке, расстояние от которой до точки пересечения этой его центральной плоскости вращения с его опорной плоскостью образует его отрицательное плечо обкатки - технический результат, заключающийся в упрощении конструкции подвески для управляемого колеса транспортного средства со снижением ее металлоемкости, улучшением технологичности ее изготовления, сборки, разборки в эксплуатации, и с одновременным улучшением управляемости, устойчивости, повышением безопасности транспортного средства и появлением возможности расширения его колеи с установкой на нем более широких колес, в заявляемой полезной модели достигается.