УПОР ПОДВЕСКИ С ПОДВИЖНЫМ УПЛОТНИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
SUSPENSION STOP WITH MOVING SEAL

Изобретение относится к упору подвески автомобиля, в частности к упору, встраиваемому в телескопическую стойку Макферсона подвески ведущего колеса автомобиля.
Настоящее изобретение применимо к упору подвески, содержащему неподвижную верхнюю чашку, выполненную с возможностью соединения с кузовом автомобиля, поворотную нижнюю чашку, содержащую опору для рессоры подвески, и тела качения, помещенные между указанными чашками и обеспечивающие возможность их поворота относительно друг друга.
В известных из уровня техники решениях для предотвращения утечки смазки из зоны расположения подшипников и попадания в указанную зону загрязняющих веществ используют уплотнения, имеющие гибкий уплотнительный элемент, соединенный с одной из чашек или встроенный в нее с формированием его фрикционного контакта со второй чашкой.
Недостатком такого решения является то, что при вращении чашек относительно друг друга возникает момент трения, что негативно сказывается на работе системы ведущего колеса, в которой используется подобный упор.
Для устранения этой проблемы было предложено заменить фрикционные уплотнительные элементы перегородками, выполняемыми в зоне свободного пространства между чашками. Однако устранение фрикционного контакта отрицательно сказывается на надежности уплотнения. Кроме того, действующие на упор усилия вызывают деформацию границ свободного пространства между чашками, вследствие чего изменяется конфигурация перегородок, принимающих в этом случае положение, не являющееся оптимальным с точки зрения обеспечения уплотнения.
Также, изменение конфигурации перегородок и фрикционных контактов затрудняет регулирование крутящего момента в зависимости от деформаций упора подвески.
Настоящее изобретение направлено на устранение недостатков известных из уровня техники решений посредством разработки упора подвески, в котором достигается оптимальный компромисс между функцией уплотнения и возникающим моментом даже в случае деформирования упора под действием оказываемых на него усилий.
Для решения указанной задачи предложен упор подвески автомобиля, содержащий верхнюю чашку, нижнюю чашку и тела качения, помещенные между указанными чашками и обеспечивающие вращение чашек относительно друг друга, причем указанные чашки расположены таким образом, что между ними имеется по меньшей мере одна кольцевая камера, причем указанный упор также содержит уплотнительный элемент, помещенный в указанную камеру с возможностью фрикционного контакта с каждой из чашек и установленный с возможностью перемещения относительно по меньшей мере одной чашки.
Ниже со ссылками на приложенные чертежи приведено описание других особенностей и преимуществ изобретения. На чертежах:
- на фиг.1-6 показаны частичные осевые поперечные сечения упора согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
- на фиг.6а в аксонометрии показан свернутый уплотнительный элемент в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг.6;
- на фиг.7 и 8 показаны частичные осевые поперечные сечения упора согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
- на фиг.9 и 10 показаны частичные осевые поперечные сечения упора согласно одному из вариантов осуществления изобретения, показанному на фиг.8.
В нижеследующем описании все указания, касающиеся расположения элементов, приведены относительно оси вращения упора подвески (вертикаль на чертежах, иллюстрирующих одну сторону поперечного сечения, при этом вторая сторона симметрична относительно указанной оси). Так, в частности, термин «внутренний» указывает на расположение элемента вблизи этой оси, а термин «наружный» - на расположение элемента на расстоянии от нее. Кроме того, термины «верхний» и «нижний» приведены относительно такого положения упора, которое показано на чертежах.
Колесо автомобиля, в частности, его ведущее колесо устанавливается на раме с помощью стойки Макферсона, обеспечивающей подвеску кузова автомобиля относительно земли. Для этого стойка традиционно снабжена амортизатором, рессорой подвески и упором подвески, на который опирается указанная рессора.
Ниже со ссылками на чертежи дается описание вариантов осуществления упора подвески, который имеет неподвижную верхнюю чашку 1, выполненную с возможностью соединения с кузовом автомобиля, поворотную нижнюю чашку 2, содержащую опору 3 для рессоры подвески, и тела качения 4, помещенные между указанными чашками и обеспечивающие их вращение относительно оси. Таким образом, при воздействии на рессору усилий сжатия и расширения витки пружины рессоры также сжимаются или расходятся, что приводит к повороту нижней чашки 2. Кроме того, поворот нижней чашки 2 происходит также при повороте колес.
Согласно представленным вариантам осуществления изобретения, каждая из чашек, верхняя 1 и нижняя 2, имеет прокладку 5, 6, выполненную, например, из штампованной листовой стали и содержащую соответственно, нижнюю и верхнюю дорожки качения для тел качения 4.
Если говорить точнее, то, как показано на фиг.1-5 и 7-10, верхняя прокладка 5 имеет усиливающий осевой внутренний опорный участок 7 и по существу радиальный участок 8, на нижней части которого выполнена верхняя дорожка качения. Нижняя прокладка 6 имеет усиливающий наружный (фиг.1-4) или внутренний (фиг.5 и 7-10) осевой участок 9 и осерадиальный участок 10, на котором напротив верхней дорожки качения выполнена нижняя дорожка качения так, что при этом формируется путь качения с наклонным контактом с шариками 4.
Упор подвески дополнительно содержит два покрывающих элемента 11, 12, выполненных, например, посредством формования жесткого термопластичного материала, например полиамида 6.6. Эти элементы представляют собой, соответственно, крышку 11, соединенную с верхней прокладкой 5 и помещенную между рамой и этой верхней прокладкой, и опору 12, расположенную снизу нижней прокладки 6 и содержащую опорный элемент 3 рессоры. Указанные покрывающие элементы 11, 12 обеспечивают, в частности, восприятие усилий от рессоры и, в ряде случаев, от упора буфера.
В соответствии с вариантами осуществления, показанными на фиг.1-5 и 7-10, крышка 11 имеет кольцевую юбку 13, которая образует с каждой стороны опоры кольцевую камеру между указанной крышкой и указанной опорой. Как видно на фиг.1-5 и 7, упор имеет две боковые кольцевые камеры, образованные между внутренними и наружными диаметрами крышки 11 и опоры 12, причем эти кольцевые камеры выполнены с некоторым люфтом, чтобы обеспечить возможность поворота опоры 12 относительно крышки 11 без возникновения между ними нежелательного взаимодействия. На фиг.8-10 показано, что кольцевые камеры являются осевыми и образованы с осевым зазором, сформированным между опорой 12 и концом юбки 13.
Упор подвески дополнительно содержит уплотнительный элемент 14, который помещен в кольцевую камеру, а именно в каждую из кольцевых камер, образуя фрикционный контакт с каждой из чашек 1, 2, причем указанный уплотнительный элемент установлен с возможностью перемещения относительно по меньшей мере одной чашки 1, 2.
Таким образом, благодаря предложенной конструкции удается добиться сочетания функции уплотнения, создаваемой фрикционным контактом, с ограничением момента, возникающего благодаря возможности перемещения указанного уплотнительного элемента относительно по меньшей мере одной чашки 1, 2. Так, в частности, в случае деформации упора, например крышки 11 относительно опоры 12, уменьшение люфта, имеющегося в кольцевой камере, не будет приводить к увеличению момента, вызванного трением уплотнительного элемента 14. Кроме того, благодаря предлагаемому упору удается получить практически постоянный крутящий момент, который, следовательно, поддается точной регулировке в довольно широком рабочем диапазоне, что особенно важно, принимая во внимание механические нагрузки, которым подвергается упор подвески при его функционировании.
Как видно на фиг.1-5, в каждой из кольцевых камер выполнено по одной радиальной кольцевой канавке 15, образованной в опоре 12, соответственно, на внутреннем диаметре и наружном диаметре указанной опоры, что позволяет уплотнить обе стороны упора подвески. Уплотнительный элемент 14 установлен с возможностью перемещения в канавке 15, а в зоне напротив указанной канавки находится во фрикционном контакте с крышкой 11. Таким образом, благодаря наличию канавки 15 достигается направленное перемещение уплотнительного элемента 14 с одновременным обеспечением герметичного фрикционного контакта этого элемента с опорой 12 и крышкой 11.
В соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.7, кольцевая камера имеет осевую кольцевую канавку 15, образованную в опоре 12. В соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг.8-10, выполняется кольцевая канавка 15 в крышке 11, а в соответствии с вариантом, показанным на фиг.6 - соответственно, в опоре 12 и в крышке 11.
Уплотнительный элемент 14 имеет кольцевую форму, которую можно получить, выполняя его в виде единой детали, например, формованием, либо указанный элемент может иметь вырез для его установки в канавке 15, причем после этого указанный элемент заделывается в канавку в зоне расположения выреза, например, методом приклеивания или зажима.
Как видно на фиг.1-5 и 7-10, каждая кольцевая камера ограничена опорным участком 16, имеющимся на внутренней поверхности юбки 13 (фиг.1-5 и 7) или на верхней поверхности опоры 12 (фиг.8-10), при этом уплотнительный элемент 14 находится во фрикционном контакте с указанным участком. Кроме того, уплотнительный элемент 14 установлен с возможностью перемещения в канавке 15 в направлении, нормальном к указанному участку. Таким образом, в случае относительного перемещения крышки 11 и опоры 12 опорный участок 16 будет создавать усилие перемещения уплотнительного элемента 14 в канавке 15, которое оптимизируется таким образом, чтобы ограничить результирующий момент.
На фиг.1 и 3-5 показано, что канавки 15 проходят в радиальном направлении, а опорные участки 16 - в осевом. В таком варианте осуществления между диаметрами уплотнительного элемента 14 и канавки 15 образуется радиальный зазор, что обеспечивает возможность радиального перемещения указанного уплотнительного элемента в указанной канавке. Кроме того, уплотнительный элемент 14 имеет сечение, форма которого по существу сходна с формой сечения канавки 15, а именно прямоугольное сечение, как показано на чертежах.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, зазор может быть образован между наружной периферической поверхностью уплотнительного элемента 14 и внутренней периферической поверхностью канавки 15. В соответствии с другим вариантом, можно выполнить скользящий фрикционный контакт между канавкой 15 и находящейся внутри частью уплотнительного элемента 14.
Как показано на фиг.3, внутри наружной канавки 15 имеется кольцевой выступ 20, при этом в основании уплотнительного элемента 14 имеется кольцевая выемка, которая взаимодействует с указанным выступом с целью оптимизации радиального направленного перемещения указанного уплотнительного элемента в указанной канавке.
На фиг.4 показано, что уплотнительный элемент 14 имеет специальную зону, облегчающую его деформацию благодаря давлению, оказываемому опорным участком 16 на оконечный участок уплотнительного элемента. Если говорить точнее, уплотнительный элемент 14 имеет:
- оконечный участок скругленной формы для улучшения фрикционного контакта с опорным участком 16;
- прямоугольное основание, входящее в канавку 15, имеющую такую же геометрическую форму;
- перемычку 21, соединяющую указанный конец с указанным основанием, причем указанная перемычка выполнена с уменьшенным сечением для обеспечения прогиба и поступательного перемещения указанного оконечного участка относительно указанного основания.
На фиг.5 видно, что наружная канавка 15 имеет два уровня, которые выполнены таким образом, чтобы обеспечивалось радиальное скольжение одной соответствующей части уплотнительного элемента 14. Говоря точнее, уплотнительный элемент 14 имеет основание с толщиной, меньшей, чем у его оконечного участка, при этом внутренняя часть указанного оконечного участка входит в наружный уровень канавки 15. Кроме того, на данном чертеже видно, что внутренний уплотнительный элемент 14 имеет такую же геометрическую форму, причем основание входит в канавку 15, а наружная часть оконечного участка получает направленное перемещение в результате контакта с радиальным опорным участком опоры 12.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 3-10, уплотнительный элемент 14 может быть выполнен из эластомерного материала, например, натурального каучука, полиуретана, из эластомерного термопластичного материала (ТПЭ) или из жесткого термопластичного материала, например, полиэтилена, полипропилена, полиамида 6, 6.6, 11 или 12. В таких вариантах часть уплотнительного элемента 14, вступающая во фрикционный контакт с опорным участком 16, может быть снабжена по меньшей мере одной гибкой уплотнительной кромкой, получаемой, например, формованием уплотнительного элемента из термопластичного материала, или иметь такую геометрию, которая улучшала бы фрикционный контакт, например, благодаря наличию скругленного оконечного участка.
В случае, когда уплотнительный элемент 14 жесткий, а канавка 15 радиальная, крышку 11 можно установить с натягом на опоре 12, в канавке 15 которой помещен этот элемент, при этом указанный уплотнительный элемент приводится в процессе установки во фрикционный контакт с указанной крышкой. В соответствии с альтернативным вариантом, для облегчения монтажа можно предусмотреть фаску на свободной кромке юбки 13 и/или выполнить уплотнительный элемент 14 со скругленным оконечным участком.
При использовании гибкого уплотнительного элемента 14 можно предусмотреть линейный элемент, получаемый, например, экструзией, который разрезают и помещают в канавку 15 с последующей его заделкой, например, посредством приклеивания. Кроме того, в соответствии с этим же вариантом осуществления можно усилить уплотнительный элемент 14 путем использования жесткой арматуры, на которую помещают гибкий материал, например, методом формования.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2, уплотнительный элемент 14 выполнен из термопластичного материала и сформован в виде единой детали с опорой 12, при этом указанный уплотнительный элемент соединен с указанной опорой с помощью перемычки 17, выполненной из хрупкого материла таким образом, чтобы после разрушения уплотнительный элемент стал подвижным относительно этой опоры. В частности, разрушение перемычки 17 можно выполнить в процессе установки крышки 11 на опоре 12.
Кроме того, в рассматриваемом варианте осуществления уплотнительный элемент 14 и канавка 15 имеют расходящееся призматическое сечение, так чтобы они образовывали осерадиальный зазор, обеспечивая при этом поворот указанного уплотнительного элемента в указанной канавке в случае перемещения крышки 11 относительно опоры 12.
В соответствии с вариантами осуществления, представленными на фиг.1-5 и 7-10, часть юбки 13, ограничивающая наружную кольцевую камеру, снабжена выступами 18, причем опора 12 имеет полость 19, в которой указанные выступы располагаются без нежелательного взаимодействия, вследствие чего образуется крюк для удержания крышки 11 на опоре 12.
Как видно на фиг.6, наружная кольцевая камера имеет две осевых кольцевых канавки 15, которые образованы, соответственно, на крышке 11 и на опоре 12, причем указанные канавки находятся в осевом направлении напротив друг друга, образуя в результате полость, в которой установлен указанный уплотнительный элемент 14. Говоря точнее, уплотнительный элемент 14 образован свернутой в кольцо лентой (см. фиг.6а), верхняя и нижняя кромки которой выполнены с возможностью направленного перемещения в канавке 15, обеспечивая благодаря этому подвижную установку и фрикционный контакт уплотнительного элемента относительно крышки 11 и опоры 12. Для этого между уплотнительным элементом 14 и полостью, образованной между канавками 15, в осевом направлении имеется зазор, что обеспечивает возможность осевого перемещения уплотнительного элемента в указанной полости.
Кроме того, как показано на фиг.6а, лента может быть свернута с нахлестом 22, таким образом, чтобы под действием упругого возврата ленты в плоское состояние обеспечивалось радиальное зажатие кромок ленты в соответствующей канавке 15 и, следовательно, формирование фрикционного контакта указанной ленты с давлением в канавках 15.
Кроме того, как и при использовании других описанных выше вариантов осуществления, для усиления герметичности, создаваемой элементом 14, в канавки 15 может быть помещено какое-либо вязкое вещество. Это вещество может, в частности, выполнять также смазывающую функцию, способствуя перемещению уплотнительного элемента 14 в канавке 15.
Как показано на фиг.7, уплотнительный элемент 14 имеет проходящее в осевом направлении основание и проходящий в радиальном направлении оконечный участок, находящийся во фрикционном контакте с опорным участком 16. Кроме того, осевая канавка 15 выполнена таким образом, чтобы обеспечивать осевую и радиальную подвижность уплотнительного элемента 14 в зависимости от давления, оказываемого опорным участком 16 на оконечный участок указанного уплотнительного элемента. Для этого уплотнительный элемент 14 устанавливают в канавке 15 с радиальным зазором между этими диаметрами и указанной канавкой, а также с зазором в осевом направлении между осевым участком уплотнительного элемента и указанной канавкой.
Как и на фиг.7, на фиг.8-10 показан вариант осуществления, в соответствии с которым канавки 15 являются осевыми, что дает преимущество, заключающееся в большей легкости выполнения способом формования.
Как показано на фиг.8-10, канавки 15 проходят в осевом направлении, а опорные участки 16 - в радиальном. Согласно данному варианту осуществления между уплотнительным элементом 14 и канавкой 15 в осевом направлении образован зазор, что обеспечивает возможность осевого перемещения указанного уплотнительного элемента в указанной канавке.
Кроме того, осевая канавка 15 сформирована на нижнем конце крышки 11, при этом зона фрикционного контакта оконечного участка уплотнительного элемента 14 выполнена на верхнем радиальном опорном участке 16 опоры 12. Далее, радиальный опорный участок 16 сформирован напротив канавки 15 с осевым зазором, достаточным для обеспечения фрикционного контакта и подвижности уплотнительного элемента 14 в указанной канавке.
Как видно на фиг.8, канавка 15 ограничена в радиальном направлении с обеих сторон осевыми кольцевыми опорными участками 23, 24, при этом расстояние между указанными опорными участками достаточно для обеспечения подвижности основания уплотнительного элемента 14 внутри канавки 15. В варианте осуществления, показанном на фиг.9, предусмотрен только один наружный кольцевой опорный участок 23, при этом направленное перемещение уплотнительного элемента 14 осуществляется благодаря фрикционному контакту с наружной поверхностью основания этого элемента. В варианте осуществления, показанном на фиг.10, предусмотрен только один внутренний осевой кольцевой опорный участок 24, при этом направленное перемещение уплотнительного элемента 14 осуществляется благодаря фрикционному контакту с внутренней поверхностью основания этого элемента. Кроме того, в обоих этих вариантах имеется радиальная опорная стенка канавки 15.