ЭЛАСТИЧНАЯ ОПОРА ГОЛОВКИ АМОРТИЗАЦИОННОЙ СТОЙКИ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СЖАТИЯ В ЭЛАСТИЧНОМ КОЛЬЦЕВОМ ТЕЛЕ ОПОРЫ ГОЛОВКИ АМОРТИЗАЦИОННОЙ СТОЙКИ
FLEXIBLE MOUNT OF SHOCK-ABSORBER STRUT HEAD FOR VEHICLE AND METHOD FOR COMPRESSION ADJUSTMENT IN FLEXIBLE RING BODY OF SHOCK-ABSORBER STRUT HEAD

Изобретение относится к эластичной опоре головки амортизационной стойки для автомобиля, которая служит для эластичного соединения головки амортизационной стойки устройства гашения колебаний пружины автомобиля с шасси автомобиля. Кроме того, изобретение относится к способу регулирования напряжения сжатия в кольцевом теле опоры головки амортизационной стойки.
Известно эластичное соединение верхнего конца амортизационной стойки, которая может быть демпфирующей штангой системы гашения колебаний рессоры или пружины автомобиля, с кузовом автомобиля с использованием эластомерного тела. Было установлено, что известные опоры головки амортизационной стойки недостаточно согласованы с различными видами нагрузки во время работы автомобиля. Например, при стоящем автомобиле возникают относительно большие постоянные длительные нагрузки, которые в зависимости от состояния загрузки автомобиля могут также изменяться. В большинстве известных опор головки амортизационной стойки, которые обеспечивают эластичное ограничение хода при нагрузке сжатия или растяжения, эластичные ограничители хода являются слишком мягкими и при статической нагрузке всегда сжаты, так что нет эластичного амортизирующего упора в режиме движения при вертикальной нагрузке сжатия или растяжения. Дополнительно к этому, эластичные ограничители хода, которые постоянно нагружены, часто не имеют достаточного предела усталости. Хотя можно было бы увеличить путь ограничения упора, однако этому существуют определенные конструктивные пределы, поскольку конструктивное пространство для эластичной демпфирующей системы в автомобилях сильно ограничено, в частности, в осевом направлении, которое в последующем называется продольным направлением амортизационной стойки или демпфирующей штанги. Радиальное направление перпендикулярно указанному выше осевому направлению.
Задачей изобретения является преодоление недостатков уровня техники, в частности, создание эластичной опоры головки амортизационной стойки для автомобиля, которая относительно любых рабочих состояний автомобиля, а именно, например, в режиме остановки или движения, может также обеспечивать оптимально согласованное соединение головки амортизационной стойки с автомобилем.
Эта задача решена с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с этим, предусмотрена эластичная опора головки амортизационной стойки для автомобиля, которая имеет эластичное кольцевое тело, в частности, из эластомерного материала, а также жесткий монтажный фланец, содержащий первую кольцеобразную концевую зону, которая неподвижно соединена с кольцевым телом и заделана в кольцевом теле, и по меньшей мере одну вторую концевую зону для крепления на расположенном на стороне кузова конструктивном элементе автомобиля. Дополнительно к этому, эластичная опора головки амортизационной стойки имеет жесткую внутреннюю арматуру с ограниченным внутренней стороной внутренней арматуры внутренним пространством для осевого размещения головки амортизационной стойки или соединенного с ней соединительного элемента, а также наружную сторону, которая неподвижно соединена с кольцевым телом и радиально окружена кольцеобразной первой концевой зоной. Ясно, что эластомерное кольцевое тело предпочтительно навулканизировано на наружную сторону внутренней арматуры. Кроме того, ясно, что внутреннее пространство, в частности, при имеющей вид втулки внутренней арматуре, выполнено цилиндрическим, что обеспечивает простое соединение возможно цилиндрической головки амортизационной стойки. Согласно изобретению между первой кольцеобразной концевой зоной и внутренней арматурой задан по существу кольцеобразный демпфирующий участок кольцевого тела, при этом внутренняя арматура структурирована так, что может быть расширен размер наружной стороны внутренней арматуры, с целью предварительного напряжения тем самым демпфирующего участка по меньшей мере в радиальном направлении на сжатие.
Было установлено, что с помощью радиального предварительного напряжения демпфирующего участка можно значительно увеличить модуль упругости кольцевого тела в зоне его демпфирующего участка, за счет чего достигается большая степень демпфирования при небольших ходах пружины. Особенно предпочтительно, когда желаемое предварительное напряжение реализуется за счет расширения внутренней арматуры изнутри, поскольку тем самым нет необходимости в конструктивном изменении или необходимо лишь небольшое конструктивное изменение головки амортизационной стойки, а также расположенной на стороне кузова части опоры головки амортизационной стойки. В частности, может оставаться неизменным монтажный фланец опоры головки амортизационной стойки, который служит лишь в качестве структуры реакции для сил расширения, которые вводятся во внутреннюю арматуру.
Предпочтительно, кольцевое тело навулканизировано из эластомерного материала на наружной стороне внутренней арматуры.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения монтажный фланец образован несколькими отделенными друг от друга в окружном направлении вторыми концевыми зонами. При этом предпочтительно предусмотрены три вторые концевые зоны, которые расположены под углом 120° относительно друг друга. Три вторые концевые зоны неподвижно соединены с помощью соединительной части друг с другом и с первой концевой зоной. По меньшей мере одна вторая концевая зона имеет плоскую зону для прилегания к расположенному на стороне кузова конструктивному элементу, при этом в плоской зоне прилегания с геометрическим замыканием предусмотрено отверстие для обеспечения возможности соединения с помощью заклепок или винтов опоры головки амортизационной стойки с кузовом автомобиля.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения кольцевое тело имеет радиально окружную уплотнительную манжету, которая проходит без разрывов по окружности в 360°. Уплотнительная манжета предпочтительно выполнена круговой. Уплотнительная манжета прилегает с собственной деформацией при соприкосновении с конструктивным элементом кузова с образованием сплошной окружной уплотнительной контактной поверхности. Предпочтительно, кольцевое тело и уплотнительная манжета выполнены в виде единого целого, в частности, отлиты из эластомерного материала.
Предпочтительно, когда наряду с, прежде всего, радиальным предварительным напряжением за счет радиального расширения внутренней арматуры вызываются также осевые предварительные напряжения в демпфирующем участке кольцевого тела. Установлено, что предварительно напряженный на сжатие в осевом направлении и в радиальном направлении демпфирующий участок имеет значительно меньшие пиковые напряжения при работе опоры головки амортизационной стойки, чем в случае предварительного напряжения на сжатие демпфирующего участка лишь в радиальном направлении. Предварительное напряжение также в осевом направлении может быть реализовано тем, что кольцевое тело имеет такие размеры, что предварительно напряженный демпфирующий участок по меньшей мере в одной из своих осевых концевых зон выступает за соседний осевой концевой край внутренней арматуры. Если смежно с осевым концевым краем внутренней арматуры предусмотрена упорная шайба, то выходящий за осевой концевой край материал демпфирующего участка не может выходить за жесткую упорную шайбу, за счет чего сохраняется осевое предварительное напряжение в демпфирующем участке.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения кольцевое тело имеет такие размеры, что по меньшей мере одна из ее осевых концевых зон уже во время монтажа, т.е. перед радиальным предварительным напряжением демпфирующего участка, выступает в осевом направлении за соседний с концевой зоной осевой концевой край внутренней арматуры. Осевое выступание перед радиальным предварительным напряжением демпфирующего участка немного меньше примерно 1 мм и составляет предпочтительно примерно 0,2-0,5 мм и увеличивается, когда создается радиальное предварительное напряжение за счет расширения внутренней арматуры. В этом случае осевое выступание осевой концевой зоны может быть больше примерно 1 мм. Таким образом, кольцевое тело в зоне демпфирующего участка может получать наряду с радиальным предварительным напряжением также долю осевого предварительного напряжения, когда предотвращается осевое отклонение выступания.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения смежно с осевым концевым краем внутренней арматуры дополнительно расположена по меньшей мере одна упорная шайба, предпочтительно две упорные шайбы. По меньшей мере одна упорная шайба проходит в радиальном направлении по наружной стороне внутренней арматуры, за счет чего предотвращается осевое отклонение кольцевого тела при расширении внутренней арматуры через по меньшей мере одну упорную шайбу. Таким образом, как указывалось выше, демпфирующий участок получает предварительное осевое напряжение. При этом по меньшей мере одна упорная шайба может прилегать с соприкосновением к осевому концевому краю внутренней арматуры.
В одной модификации изобретения кольцевое тело может иметь также эластичный ограничитель хода для нагрузки сжатия и расширения в осевом направлении. Для этого кольцевое тело может иметь по меньшей мере одну эластичную упорную подушку, предпочтительно две эластичные упорные подушки, в частности, одну в каждой осевой концевой зоне кольцевого тела. Упорная подушка отделена зазором или с помощью промежуточного материала от находящегося под напряжением сжатия демпфирующего участка, так что на упорную подушку всегда не оказывает влияния создаваемое предварительное напряжение сжатия. Таким образом, создается кольцевое тело, которое частично имеет предварительное напряжение сжатия и частично не имеет предварительного напряжения сжатия. Предпочтительно, упорная подушка выполнена в свободном от нагрузки по меньшей мере в осевом направлении состоянии опоры головки амортизационной стойки с осевым зазором относительно по меньшей мере одной упорной шайбы. Таким образом, при осевой нагрузке сначала деформируется демпфирующий участок, который предварительно напряжен и поэтому имеет более высокий модуль упругости, прежде чем вообще мягкая упорная подушка придет в соприкосновение с неподвижной частью кузова.
Предпочтительно, кольцевое тело и упорная подушка выполнены в виде единого целого, в частности, отлиты под давлением из эластомерного материала.
Для реализации расширения внутренней арматуры радиальный размер внутреннего пространства внутренней арматуры может быть меньше радиального наружного размера головки амортизационной стойки, так что при осевом введении головки амортизационной стойки во внутреннее пространство внутренней арматуры ее наружный размер расширяется и демпфирующий участок получает предварительное напряжение сжатия в радиальном направлении. Таким образом, головку амортизационной стойки можно запрессовывать во внутреннее пространство предпочтительно с помощью навинчиваемой на головку амортизационной стойки гайки.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения изобретения внутренняя арматура имеет втулкообразную систему по меньшей мере из двух, отдельных друг от друга, по существу кольцеобразных жестких получаш втулки. Предпочтительно предусмотрены точно две получаши втулки. По меньшей мере две получаши втулки могут быть при необходимости соединены друг с другом через перемычки заданного разрушения для упрощения монтажа опоры головки амортизационной стойки. В тот момент, когда действуют силы для расширения получаш втулки, перемычки разрушаются и получаши втулки структурно отделяются друг от друга.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере две получаши втулки имеют в поперечном сечении форму части круглого кольца, которая, однако, немного меньше идеального круглого полукольца, предпочтительно имеет периметр меньше 180°.
В одной модификации изобретения по меньшей мере две получаши втулки удерживаются в расширенном состоянии для создания предварительного напряжения с помощью имеющей, в частности, форму втулки пластмассовой части, в частности, из полиамида, предпочтительно РА66, с целью сохранения предварительного напряжения в демпфирующем участке, при этом пластмассовая часть предпочтительно имеет в поперечном сечении по существу круглую форму. Предпочтительно, пластмассовая часть отлита под давлением вокруг по меньшей мере двух получаш втулки. Ясно, что сила для расширения получаш втулки и тем самьм для создания напряжения сжатия в демпфирующем участке может быть создана с помощью литейного давления для литья под давлением пластмассовой части.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения изобретения внутренняя арматура образована из металла, в частности, алюминия. В качестве альтернативного решения, внутренняя арматура может быть изготовлена из пластмассы. Предпочтительно, внутренняя арматура, в частности, две получаши втулки выполнены из пластмассы, при этом для экономичности изготовления, а также для одновременного удерживания радиального предварительного напряжения в кольцевом теле как лежащая в направлении внутренней арматуры втулкообразная пластмассовая часть, так и внутренняя арматура изготовлены с помощью способа двухкомпонентного литья под давлением.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения две получаши втулки расположены с осевой симметрией противоположно друг другу концевыми краями втулки так, что ось симметрии получаш втулки проходит параллельно продольной оси, а именно направлению движения автомобиля.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения в демпфирующем участке для регулирования жесткости опоры головки амортизационной стойки образованы две выемки, которые выполнены диаметрально противоположно и симметрично оси с общей осью симметрии, которая проходит параллельно продольной оси или в направлении движения автомобиля.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения предпочтительно предусмотрено наружное кольцо L-образной формы в поперечном сечении, которое окружает радиально снаружи первую концевую зону монтажного фланца и неподвижно соединено с наружной стороной кольцевого тела, при этом, в частности, наружное кольцо предназначено для размещения подшипника качения.
Кроме того, изобретение относится к способу регулирования предварительного напряжения сжатия в эластичном кольцевом теле, в частности, в кольцеобразном демпфирующем участке, в частности, указанной выше опоры головки амортизационной стойки, согласно изобретению, автомобиля. Согласно изобретению предварительное напряжение сжатия создают в кольцеобразном демпфирующем участке, который лежит между первой кольцеобразной концевой зоной монтажного фланца для крепления опоры головки амортизационной стойки на расположенном на стороне кузова конструктивном элементе автомобиля и внутренней арматурой опоры головки амортизационной стойки. При этом наружный размер внутренней арматуры расширяют и тем самым осуществляют предварительное напряжение сжатия демпфирующего участка в радиальном направлении.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения при расширении внутренней арматуры предотвращают радиальное отклонение материала демпфирующего участка, в частности, на основе второй, заделанной в кольцевое тело концевой зоны монтажного фланца для крепления опоры головки амортизационной стойки, которая задает внутреннюю арматуру в радиальном направлении.
Предпочтительно, при расширении внутренней арматуры предотвращают осевое отклонение материала демпфирующего участка, в частности, на основе по меньшей мере одной упорной шайбы, смежной с осевой концевой зоной демпфирующего участка, так что демпфирующий участок также получает предварительное напряжение сжатия в осевом направлении.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения внутреннюю арматуру расширяют посредством нагрузки внутренней стороны внутренней арматуры литейным давлением для литья под давлением внутренней арматуры из пластмассы.
В одной модификации изобретения во внутреннюю арматуру вводят внутреннюю матрицу. Внутренняя матрица вместе с внутренней арматурой и возможно с внутренней стороной демпфирующего участка ограничивают герметичное литейное пространство, в которое под давлением отливают пластмассу, с целью обеспечения расширения внутренней арматуры и предварительного напряжения сжатия демпфирующего участка.
Ясно, что литейное давление для пластмассы можно устанавливать для регулирования предварительного напряжения сжатия. Предпочтительно, после затвердевания пластмассы внутреннюю матрицу удаляют, так что остается втулкообразная пластмассовая часть, которая сохраняет предварительное напряжение в демпфирующем участке.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения внутреннюю арматуру, в частности, по меньшей мере две получаши втулки, а также втулкообразную пластмассовую часть, которая должна сохранять предварительное напряжение в демпфирующем участке, изготавливают с помощью способа двухкомпонентного литья под давлением, при этом величина создаваемого в демпфирующем элементе предварительного напряжения зависит от литейного давления при литье под давлением пластмассовой части, а также втулкообразных получаш.
Другие свойства, преимущества и признаки изобретения следуют из приведенного ниже описания предпочтительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - эластичная опора головки амортизационной стойки, согласно изобретению, на виде сбоку;
фиг.2 - разрез опоры головки амортизационной стойки, согласно изобретению, по линии II-II на фиг.1;
фиг.3 - разрез опоры головки амортизационной стойки, согласно изобретению, по линии III-III на фиг.2;
фиг.4 - разрез, согласно фиг.3, без расположенного на стороне кузова конструктивного элемента автомобиля.
На фиг.1-4 эластичная опора головки амортизационной стойки для автомобиля, согласно изобретению, обозначена в целом позицией 1.
Опора 1 головки амортизационной стойки имеет в качестве основных составляющих частей жесткий монтажный фланец 3, выполненный из металлического листа, эластичное кольцевое тело 5 из эластомерного материала, а также втулочную систему 7 из металла, которая ограничивает в качестве внутренней арматуры внутреннее пространство 11 эластичной опоры 1 головки амортизационной стойки.
Монтажный фланец 3 имеет первую кольцеобразную концевую зону 13, которая по существу полностью заделана в эластомерный материал кольцевого тела 5 и проходит кольцеобразно вдоль идеальной круговой линии вокруг осевой линии А. Первая концевая зона 13 монтажного фланца 3 состоит большей частью из идеально цилиндрического кольцевого участка, который коаксиален осевой линии А.
Как показано на фиг.2, осевая линия А перпендикулярна плоскости монтажа, которая образована осями Х и Y. Следует отметить, что опора 1 головки амортизационной стойки расположена на кузове автомобиля (позиция 25) так, что радиальная ось Х по существу проходит в направлении движения или в продольном направлении автомобиля (не изображен), при этом перпендикулярная к оси Х радиальная ось Y расположена перпендикулярно направлению движения и к продольной оси автомобиля.
Кроме того, монтажный фланец 3 имеет вторую монтажную концевую зону 15, которая проходит в основном по существу радиально от первой кольцеобразной концевой зоны 13. Монтажная концевая зона 15 монтажного фланца 3 заканчивается тремя плоскими монтажными зонами 17, 19, 21, которые выполнены по существу параллельно плоскости монтажа. В монтажных зонах 17-21 выполнено отверстие для размещения крепежной гайки 23. Монтажная гайка 23 закрепляет монтажный фланец 3 на расположенном на стороне кузова конструктивном элементе 25.
Первая кольцеобразная концевая зона 13 соединена со второй монтажной концевой зоной 15 через ступенчатую соединительную часть 27, ступенчатая форма которой служит для придания жесткости монтажному фланцу, в частности, при нагрузке в радиальном направлении. Соединительная часть 27 также с обеих сторон имеет эластомерный материал кольцевого тела 5.
Между втулочной системой 7 и кольцеобразной концевой зоной 13 монтажного фланца 3 предусмотрен кольцеобразный или втулкообразный демпфирующий участок 31 кольцевого тела 5, который проходит по всей осевой длине втулочной системы 7.
Кроме того, кольцевое тело 5 имеет не напряженные предварительно ограничители 33, 35 хода, которые расположены на расстоянии от другого неподвижного конструктивного элемента и пружинно воспринимают движение сжатия или растяжения опоры головки амортизационной стойки относительно неподвижного конструктивного элемента.
Как показано на фиг.3, во внутреннее пространство 11 втулочной системы может быть введен верхний конец головки амортизационной стойки, при этом концевая гайка 29 представлена резьбой верхнего конца 37. При затягивании концевой гайки 39 втулочная система 7 расширяется в радиальном направлении наружу, за счет чего демпфирующее тело 31 кольцевого тела 5 получает радиальное предварительное напряжение сжатия, поскольку расширение втулочной системы сопровождается пластичной деформацией.
На кольцеобразных концевых краях 43, 45 втулочной системы 7 предусмотрена соответствующая прилегающая упорная шайба 47, 49, которая предотвращает осевое отклонение эластомернного материала демпфирующего участка 31 при расширении втулочной системы 7, за счет чего наряду с радиальными предварительными напряжениями сжатия в демпфирующем участке создаются также осевые напряжения сжатия.
Как показано, в частности, на фиг.3 и 4, демпфирующий участок 31 по существу отделен по силовому потоку от ограничителей хода с помощью желобка 51, 53, за счет чего обеспечивается, что выполненные в виде упорных утолщений ограничители 33, 35 хода не имеют предварительного напряжения сжатия.
На фиг.2 показано дополнительно к варианту выполнения, согласно фиг.3 и 4, расположенное во внутреннем пространстве 11 втулочной системы 7 пластмассовое кольцо 61 из полиамидной пластмассы, в частности, РА66.
Пластмассовое кольцо 61 служит для сохранения предварительных напряжений сжатия в кольцеобразном демпфирующем участке 31 кольцевого тела 5.
В показанном на фиг.2 варианте выполнения втулочная система 7 образована с помощью двух кольцеобразных получаш 63, 65 втулки, которые немного меньше идеального полукольца.
Для вызывания предварительного напряжения в демпфирующем участке 31 кольцевого тела 5 во внутреннее пространство 11 вводится неизображенная придающая форму внутренняя матрица, которая вместе с получашами 63, 65 втулки и внутренней стороной демпфирующего участка 31 задает закрытое герметичное литейное пространство, которое заполнено на фиг.2 пластмассовой кольцевой частью 61.
При расширении получаш 63, 65 втулки в литейное пространство подается под давлением жидкая пластмасса, которая разжимает получаши 63, 65 втулки друг от друга. Во время процесса затвердевания пластмассы сохраняется литейное давление. После затвердевания пластмассовой кольцевой части 61 в демпфирующем участке 31 сохраняются предварительные напряжения сжатия.
Как также показано на фиг.2, демпфирующий участок 31 имеет два диаметрально противоположных шлицевых отверстия 71, 73, которые проходят кольцеобразно частично вокруг осевой линии. Шлицевые отверстия 71, 73 выполнены симметрично оси, при этом ось симметрии соответствует радиальной оси X, которая проходит в продольном направлении или в направлении движения автомобиля. За счет выполнения шлицевых отверстий 71, 73 уменьшается жесткость демпфирующего участка 31 кольцевого тела 5 в радиальном направлении X, в частности, относительно перпендикулярного ему радиального поперечного направления Y, что оказывает положительное влияние на рабочие характеристики эластичной опоры 1 головки амортизационной стойки.
Следует отметить, что получаши 61, 63 втулки лежат с осесимметричным расположением относительно оси Х симметрии, при этом концевые края расположены вблизи оси Х симметрии.
С помощью опоры головки амортизационной стойки, согласно изобретению, можно по желанию регулировать пружинную жесткость кольцевого тела 5 в зависимости от того, насколько сильно расширяется втулочная система 7. Функциональное отделение демпфирующего участка от ограничителя 33, 35 хода также расширяет возможности использования эластичной опоры головки амортизационной стойки согласно изобретению.
Как показано на фиг.3 и 4, кольцевое тело 5 имеет в зоне соединительной части 27 монтажного фланца 3 уплотнительную манжету 75, которая проходит кольцеобразно по круговому пути и обеспечивает уплотнительную контактную поверхность между расположенным на стороне кузова конструктивным элементом 25 и кольцевым телом 5.
Все составляющие части кольцевого тела 5, а именно демпфирующий участок 31, ограничители 33, 35 хода и уплотнительная манжета 75 выполнены в одной стадии изготовления, а именно в процессе литья под давлением.
Предусмотрено окружающее в радиальном направлении кольцеобразную концевую зону 13 L-образное удерживающее кольцо 77, в котором может быть размещен подшипник качения (не изображен) системы головки амортизационной стойки.
Раскрытые в приведенном выше описании, на фигурах и в формуле изобретения признаки могут иметь значение для реализации изобретения в различных вариантах выполнения как по отдельности, так и в любой комбинации.
Перечень позиций
1
Опора головки амортизационной стойки
3
Монтажный фланец
5
Кольцевое тело
7
Система втулок
11
Внутреннее пространство
13
Первая концевая зона
15
Вторая монтажная концевая зона
17, 19, 21
Монтажные концевые зоны
23
Крепежная гайка
25
Конструктивный элемент на стороне кузова автомобиля
27
Соединительная часть
31
Демпфирующий участок
33, 35
Ограничители хода
37
Верхний конец
39
Концевая гайка
43, 45
Концевые края
51, 53
Желобок
61
Пластмассовое кольцо
63, 65
Получаши втулки
71, 73
Шлицевые отверстия
75
Уплотнительная манжета
77
L-образное удерживающее кольцо
А
Осевая линия
X, Y
Радиальная ось