Подвеска колеса транспортного средства
SUSPENSION OF VEHICLE WHEEL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к подвесным устройствам транспортных средств, а именно к подвескам колес и может применяться в качестве подвесок для автомобильного транспорта.
Известна подвеска колеса транспортного средства (Авторское свидетельство СССР №1717416 (МПК B60G 11/00, опубл. 07.03.1992 г., заявка №4803523 от 19.03.1990) которая содержит поворотный кулак колеса, соединенный верхней и нижней шаровыми опорами с концами верхнего и нижнего рычагов, другие концы которых посредством верхней и нижней осей шарнирно закреплены на кузове. Известная подвеска содержит пружину, установленную в опорной чаше нижнего рычага, выполненной с отверстием. Она снабжена нижним и верхним страховочными тросами, центральной частью закрепленные каждый посредством шайбы с отверстием, соответственно на нижней и верхней части поворотного кулака, а концами - на нижней и верхней оси соответственных рычагов. При этом нижний трос пропущен между витками пружины в отверстие опорной чаши. Тросы подвески выполнены в виде упругих элементов.
Известная подвеска колеса транспортного средства обеспечивает безопасность движения при аварийной поломке деталей подвески автомобиля (шаровых опор, рычагов подвески). Но указанная подвеска колеса транспортного средства не содержит демпфирующих элементов, обеспечивающих возможность регулируемого изменения высоты клиренса и улучшение эксплуатационных свойств.
Известна ДВУХРЫЧАЖНАЯ ПОДВЕСКА КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С КОМПЕНСИРУЮЩИМ МЕХАНИЗМОМ по патенту РФ на изобретение №2653228 (МПК B60G 3/10, B60G 7/02, B60G 3/26; опубл. 20.10.2010, заявка №2017119198 от 01.06.2017). Она содержит поворотный кулак, нижний и верхний поперечные рычаги, шарнирно соединенные с поворотным кулаком, амортизатор, который соединен с нижним поперечным рычагом. С верхним и с нижним поперечными рычагами соединен компенсирующий механизм с возможностью перемещения верхнего поперечного рычага в сторону поворотного кулака и обратно. Компенсирующий механизм включает вал с эксцентриком, шарнирно соединенным с верхним поперечным рычагом, и рычаг вала с эксцентриком, один конец которого неподвижно соединен с валом, а другой шарнирно соединен с тягой рычага. Тяга рычага шарнирно соединена с нижним поперечным рычагом. Вал с эксцентриком выполнены в виде коленчатого вала. Длина верхнего поперечного рычага меньше длины нижнего поперечного рычага в 2-10 раз.
Известное изобретение позволяет снизить неподрессоренную массу подвески, увеличить полезный объем моторного и багажного отделений и обеспечить повышение устойчивости автомобиля на криволинейных участках траектории его движения и исключение образования развала на таких криволинейных участках.
Однако двухрычажная подвеска колеса транспортного средства с компенсирующим механизмом не содержит конструкционных элементов, обеспечивающих изменение хода подвески и высоты клиренса и поэтому не обеспечивает высокой проходимости транспортного средства, а также расширения эксплуатационных возможностей транспортного средства.
За ближайший аналог может быть принято техническое решение «ПОДВЕСКА КОЛЕС» по патенту РФ на изобретение №2356750 (МПК B60G 17/00, B60G 3/28, B60G 13/00, B60G 15/06; опубл. 27.05.2009, заявка №2007141462 от 12.11.2007). Подвеска колес ближайшего аналога включает нижний и верхний рычаги, закрепленные на раме (кузове) посредством шарниров или осей, поворотный кулак, связанный с осью колеса и шарнирно соединенный с нижним и верхним рычагами. Она содержит демпфер, закрепленный на раме (кузове), пружину, закрепленную одним концом на демпфере, и дополнительный рычаг для передачи колебаний колеса на демпфер. Демпфер представляет собой демпфер вращения, а дополнительный рычаг имеет переменную длину. Причем один конец этого рычага связан с входным валом демпфера соединением, способным передавать вращательные колебания рычага на вал демпфера, а другой конец этого рычага связан шарнирно либо с нижним, либо с верхними рычагами подвески, либо с поворотным кулаком в максимально возможной близости от колеса, а подвижный конец пружины давит на этот рычаг сверху. Демпфер выполнен с возможностью смещения относительно рамы по направляющей в направлении к нижнему наружному шарниру.
Подвеска колес ближайшего аналога имеет низкий центр тяжести, в ней уменьшено вредное трение в демпфере и в шарнирах (осях) нижних рычагов, повышен срок службы, а также улучшено качество демпфирования.
К недостатку ближайшего аналога можно отнести отсутствие элементов, обеспечивающих изменение клиренса. Указанные недостатки ухудшают проходимость и ограничивают эксплуатационные свойства транспортного средства.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании компактной подвески, обеспечивающей высокую проходимость и безопасность движения транспортного средства, а также расширение эксплуатационных возможностей подвески.
Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение прочностных характеристик и эксплуатационных свойств за счет создания возможности регулируемого изменения клиренса и компактного конструкционного размещения ее упругих и демпфирующих элементов.
Технический результат достигается тем, что подвеска колеса транспортного средства содержит поворотную стойку, связанную с осью колеса, верхний и нижний рычаги, шарнирно соединенные с поворотной стойкой и кузовом, пружину, соединенную верхней частью с кузовом. Подвеска колеса транспортного средства снабжена силовым приводом, выполненным с возможностью демпфирования ударных нагрузок и изменения высоты кузова, размещенным своей осью вблизи вертикали рядом с пружиной и шарнирно соединенным исполнительной частью с кузовом. При этом с кузовом жестко соединены опорные кронштейны. Нижний рычаг выполнен в виде изогнутой цельной рамной конструкции, которая выполнена в основании с выступающими концами продольных ее сторон и трубчатым корпусом, протянутым через выступающие концы поперек линии оси нижнего рычага и снабженной торсионом, продетым через трубчатый корпус и жестко соединенным с трубчатым корпусом на его одном конце. Причем торсион выполнен с упорным выступом и шарнирно установлен на первом нижнем опорном кронштейне, трубчатый корпус шарнирно установлен с одной стороны на третьем нижнем опорном кронштейне, с другой стороны - на втором нижнем опорном кронштейне. При этом нижняя часть пружины установлена в опорной чаше, снабженной цапфой, шарнирно соединенной с левой продольной стороной рамы нижнего рычага. Опорная часть силового привода снабжена цапфой, шарнирно соединенной с правой продольной стороной рамы нижнего рычага. Верхний рычаг пропущен между опорной частью силового привода и пружиной, выполнен в основании по меньшей мере с двумя расположенными вблизи друг от друга выступающими частями, и снабжен по меньшей мере двумя цапфами. Причем каждая цапфа продета через соответствующую выступающую часть основания верхнего рычага, шарнирно соединена с ней и обоими концами жестко закреплена на соответствующем верхнем опорном кронштейне.
Краткое описание чертежей
фиг. 1 - конструкция подвески левого колеса транспортного средства в изометрии (вид сзади);
фиг. 2 - конструкция подвески левого колеса транспортного средства в изометрии (вид спереди);
фиг. 3-конструкция подвески колеса транспортного средства (колесо не показано);
фиг. 4 - фрагмент подвески колеса транспортного средства с конструкциями нижних опорных кронштейнов, рычага с продольным торсионом, цапф опорной чаши пружины и опорной части силового привода.
фиг. 5 - конструкция силового привода подвески колеса транспортного средства;
фиг. 6 - фрагмент подвески колеса транспортного средства с конструкциями нижнего рычага и пружины.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - поворотная стойка; 2 - ось колеса; 3 - верхний рычаг; 4 - нижний рычаг; 5 - пружина; 6 - силовой привод; 7 - исполнительная часть силового привода; 8 - опорная часть силового привода; 9 - первый нижний опорный кронштейн; 10 - второй нижний опорный кронштейн; 11 - третий нижний опорный кронштейн; 12 - верхний опорный кронштейн; 13 - выступающая часть рамы на первом конце нижнего рычага; 14 - выступающая часть продольной стороны рамы на втором конце нижнего рычага; 15 - торсион; 16 - трубчатый корпус основания рамы нижнего рычага; 17 - выступающая часть на первом конце верхнего рычага; 18 - упорный выступ торсиона; 19 - выступающая часть на втором конце верхнего рычага; 20 - опорная чаша пружины; 21 - цапфа опорной чаши пружины; 22 - цапфа опорной части силового привода; 23 - балка левой продольной стороны рамы нижнего рычага; 24 - балка правой продольной стороны рамы нижнего рычага; 25 - цапфа верхнего рычага; 26 - колесо; 27 - телескопический направляющий элемент; 28 - компенсационная полость гидроцилиндра опорной части силового привода; 29 - поршень исполнительной части силового привода.
Осуществление изобретения
Заявляемая подвеска колеса транспортного средства предназначена для обеспечения связи кузова с колесами, затухания колебаний от толчков дорожных неровностей и возможности регулирования высоты положения кузова транспортного средства.
Подвеска колеса транспортного средства конструктивно содержит следующие основные элементы: поворотную стойку 1, верхний и нижний рычаги 3, 4, пружину 5, силовой привод 6, опорные кронштейны 9, 10, 11, 12.
Опорные кронштейны 9, 10, 11, 12 жестко соединены с кузовом (кузов не показан). Нижние опорные кронштейны 9, 10, 11 жестко соединены посредством соединительных элементов, а верхние кронштейны 12 посредством сварки. Поворотная стойка 1 связана с осью колеса и с концами верхнего и нижнего рычагов 3, 4.
Верхний и нижний рычаги 3, 4 одним концом шарнирно посредством шаровых опор соединены с поворотной стойкой 1, а другим концом шарнирно посредством опорных кронштейнов 9, 10, 11, 12 соединены с кузовом.
Нижний рычаг 4 выполнен в виде цельной пространственной рамной конструкции с усиленными утолщенными балками прямоугольного сечения создающей высокую прочность подвеске. Рама на первом конце нижнего рычага 4 выполнена с одной выступающей частью 13, расположенной с первой поперечной стороны рамы. При этом рама в основании, на втором конце нижнего рычага 4, выполнена в виде, по меньшей мере, двух выступающих частей (концов) 14 продольных сторон рамы, расположенных на удалении друг от друга вдоль второй поперечной стороны рамы. И при этом рама в основании выполнена заодно с трубчатым корпусом 16, протянутым через выступающие концы 14 поперек линии оси нижнего рычага 4, шарнирно установленным с одной стороны на третьем нижнем опорном кронштейне 11, с другой стороны - на втором 10 нижнем опорном кронштейне. Нижний рычаг 4 на втором конце снабжен торсионом 15, обеспечивающим передачу усилия с колеса при движении транспортного средства. Торсион 15 продет через трубчатый корпус 16 основания рамы рычага 4 и жестко соединен с трубчатым корпусом 16 на его одном конце с обеспечением возможности кручения в корпусе 16 вокруг общей оси. Торсион 15 выполнен с упорным выступом 18, жестко закрепленным на его втором конце, и шарнирно установлен на первом 9 нижнем опорном кронштейне.
Верхний рычаг 3 для создания большей прочности усилен конструкцией в виде утолщенной балки с прямоугольным сечением и пропущен между опорной частью 8 силового привода 6 и пружиной 5. Первый конец верхнего рычага 3 выполнен по меньшей мере с одной выступающей частью 17, шарнирно посредством шаровых опор соединенной с поворотной стойкой 1. Второй конец верхнего рычага 3 выполнен вильчатым по меньшей мере с двумя расположенными вблизи друг от друга выступающими частями 19. Верхний рычаг 3 снабжен по меньшей мере двумя цапфами 25. Каждая цапфа 25 продета через соответствующую выступающую часть 19 вильчатого второго конца верхнего рычага 3, шарнирно соединена с ней и обоими концами жестко закреплена на соответствующем верхнем опорном кронштейне 12. Шарнирное соединение каждой цапфы 25 выступающей части 19 вильчатого конца верхнего рычага 3 снабжено подшипником, втулка которого охватывает среднюю часть между концами цапфы 25 и закреплена в отверстии выступающей части 19 вильчатого конца верхнего рычага 3.
Пружина 5 соединена верхней частью с кузовом и опирается на кузов. Она размещена своей осью вблизи вертикали. При этом нижняя часть пружины 5 установлена в опорной чаше 20, снабженной жестко закрепленной на ней обоими концами цапфой 21, которая шарнирно соединена с балкой 23 левой продольной стороны рамы нижнего рычага 4. Шарнирное соединение цапфы 21 опорной чаши 20 нижней части пружины 5 снабжено подшипником, втулка которого охватывает среднюю часть между концами цапфы 21 и закреплена в отверстии балки 23 левой продольной стороны рамы нижнего рычага 4. Пружина 5 для увеличения хода подвески и обеспечения повышения проходимости транспортного средства при движении по пересеченной местности может быть выполнена удлиненной, с телескопическим направляющим элементом 27, который позволяет предотвратить потерю устойчивости пружины при сжатии. Направляющий элемент 27 пружины 5 выполнен из цилиндра и штока, вставленного в цилиндр. Направляющий элемент 27 концом штока жестко закреплен на опорной чаше 20 нижней части пружины 5, а оконечностью цилиндра - через упругие элементы (например, резиновые подушки) крепится к кузову транспортного средства.
Силовой привод 6 может быть выполнен в виде гидравлического амортизатора с функцией домкрата. Он обеспечивает возможность демпфирования ударных динамических нагрузок, а также подъем колеса и опускание кузова (изменение клиренса). Силовой привод 6 размещен своей осью вблизи вертикали рядом с пружиной 5 и шарнирно соединен своей исполнительной частью 7 посредством сферического шарнира с кузовом. Размещение силового привода 6 рядом с пружиной 5 обеспечивает компактность подвески. Опорная часть 8 силового привода 6 представляет собой гидроцилиндр, заполненный рабочей жидкостью, снабженный компенсационной полостью 28, заполненной сжатым газом (азотом), а исполнительная часть 7 - шток с поршнем 29. В поршень 29 исполнительной части 7 силового привода 6 встроено множество дросселирующих отверстий и клапанов. Опорная часть 8 силового привода 6 снабжена жестко закрепленной на ней одним концом цапфой 22, которая вторым концом шарнирно соединена с балкой 24 правой продольной стороны рамы нижнего рычага 4. Шарнирное соединение цапфы 22 опорной части 8 силового привода 6 снабжено подшипником, втулка которого охватывает второй конец цапфы 22 и закреплена в отверстии балки 24 правой продольной стороны рамы нижнего рычага 4.
Заявляемая подвеска колеса транспортного средства работает следующим образом. В процессе движения автомобильного транспортного средства от дорожных неровностей возникают различные колебания колес и силовые нагрузки, которые воспринимаются подвеской и передаются на кузов. Элементы подвески должны выдерживать, гасить колебания и снижать силовые нагрузки таких колебаний, передающихся на кузов транспортного средства.
Через поворотную стойку силовые нагрузки предаются на верхний и нижний рычаги подвески. При передвижении по пересеченной местности нагрузки могут быть значительными, поэтому верхний рычаг выполнен в виде утолщенной балки с прямоугольным сечением, а нижний рычаг - в виде цельной рамы, снабженной усиленными утолщенными балками прямоугольного сечения, создающими высокую прочность подвеске, исключающими деформирования ее элементов при восприятии внешних силовых нагрузок в процессе работы. Прочность указанных элементов подвески обеспечивает также ее высокую безотказность и надежность.
Кроме того, балки нижнего и верхнего рычага могут быть выполнены прямыми или изогнутыми. Изогнутые рычаги позволяют оптимизировать высоту кузова транспортного средства, что обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств подвески. При этом одновременное применение двух упругих элементов (торсиона и пружины) позволяет сократить размеры пружины и торсиона, добиться компактности по сравнению со случаем их отдельного использования, обеспечить нелинейность упругой характеристики подвески, т.е. торсион вступает в работу не с самого начала хода подвески, а после пружины, с последующей одновременной работой пружины и торсиона.
При этом силовой привод, выполненный в виде амортизатора (демпфера) с функцией домкрата, за счет дросселирования рабочей жидкости через клапаны и отверстия при перетекании из одной полости в другую гасит передающиеся на него ударные динамические нагрузки, включая колебания вверх и вниз. Он размещен рядом с пружиной, которая соединена, как и опорная часть привода с рамой нижнего рычага, что обеспечивает компактность подвески. Выполненный с функцией домкрата и шарнирно соединенный своей исполнительной частью с кузовом, силовой привод подвески обеспечивает возможность регулирования высоты клиренса и высоты положения кузова транспортного средства. В результате силовой привод обеспечивает подъем колеса и опускание кузова (изменение клиренса), чем улучшает эксплуатационные свойства подвески.
Таким образом заявляемая подвеска колеса транспортного средства обеспечивает улучшение прочностных характеристик и эксплуатационных свойств путем увеличения хода подвески за счет использования силового привода (амортизатора с функцией домкрата) с обеспечением возможности регулируемого изменения клиренса. При этом применение и конструкционное размещение упругих и демпфирующих элементов позволяет сократить размеры и добиться компактности подвески.
Для изготовления подвески колеса транспортного средства используют стандартные материалы и производственное оборудование, что указывает на промышленную применимость заявляемого технического решения.