ПОДВЕСКА ТИПА СТОЙКИ И СПИРАЛЬНАЯ ПРУЖИНА СЖАТИЯ ДЛЯ ПОДВЕСКИ
SUSPENSION OF STAND TYPE AND HELICAL COMPRESSION SPRING FOR SUSPENSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к подвеске типа стойки, используемой в транспортном средстве, таком как автомобиль, и к спиральной пружине сжатия подвески для использования в подвеске.
Предпосылки создания изобретения
В Патентном Документе 1 или Патентном Документе 2 описана подвеска типа стойки, которая используется в транспортном средстве, таком как автомобиль. В этих подвесках типа стойки предусмотрены спиральная пружина сжатия, нижнее седло пружины, верхнее седло пружины и амортизатор. Спиральная пружина сжатия выполняет функцию пружины подвески. Нижнее седло пружины расположено на стороне нижнего конца спиральной пружины сжатия. Верхнее седло пружины расположено на стороне верхнего конца спиральной пружины сжатия. Амортизатор проходит через внутреннюю часть спиральной пружины сжатия. Амортизатор включает в себя такие элементы как цилиндр, в котором находится текучая среда, шток, который вставлен в цилиндр с возможностью свободного выдвижения и втягивания, и механизм образования демпфирующей силы. Механизм образования демпфирующей силы выполняет функцию смягчения перемещения выдвижения и втягивания штока.
Для того чтобы уменьшить сопротивление скольжению, которое образуется между цилиндром и штоком амортизатора, в Патентном Документе 1, положение центральной оси спирали спиральной пружины сжатия смещено к наружной стороне транспортного средства по отношению к амортизатору. В амортизаторе Патентного Документа 2, шаговый угол спиральной пружины сжатия изменяется в соответствии с положением витков проволоки с конца.
В этом отношении, с точки зрения уменьшения веса транспортного средства, существует большая потребность в уменьшении веса спиральной пружины сжатия для подвески (далее в этом документе называемой спиральной пружиной сжатия подвески). Известно, что в спиральной пружине сжатия подвески напряжение, которое образуется в каждой части проволоки, в целом является непостоянным в состоянии приложения нагрузки. Для того чтобы уменьшить вес спиральной пружины, как описано выше, эффективным является приближение распределения напряжения проволоки к равномерному распределению (то есть приведение к плоскому распределению), настолько, насколько это возможно. В качестве одного способа обеспечения равномерного распределения напряжения спиральной пружины сжатия предложено изменение диаметра проволоки в одном витке, как описано в патентном документе 3. Например, в спиральной пружине сжатия, показанной на фиг. 6 Патентного Документа 3, точка приложения внешней силы смещена в радиальном направлении спирали по отношению к центральной оси спирали. К тому же уменьшен диаметр проволоки на стороне смещения.
Список цитирования патентной литературы
Патентная литература 1: Публикация KOKAI заявки на патент Японии № 2000-103216.
Патентная литература 2: Публикация KOKAI заявки на патент Японии № 2004-150637.
Патентная литература 3: Публикация KOKAI заявки на патент Японии № 59-219534.
Краткое изложение сущности изобретения
Техническая проблема
Изобретатели настоящего изобретения тщательно изучили обеспечение однородного напряжения спиральной пружины сжатия, используемой в подвеске типа стойки. В результате этого было обнаружено, что когда центральная ось спирали спиральной пружины сжатия смещена к наружной стороне транспортного средства по отношению к амортизатору, если диаметр проволоки на внутренней стороне транспортного средства уменьшен, изменения в распределении напряжения проволоки напротив являются наиболее значительными, вместо обеспечения более равномерного распределения напряжения.
Соответственно целью настоящего изобретения является разработка подвески типа стойки и спиральной пружины сжатия подвески, посредством которых распределение напряжения спиральной пружины сжатия может быть приближено к равномерному распределению.
Решение проблемы
Подвеска типа стойки согласно настоящему изобретению содержит: нижнее седло пружины; верхнее седло пружины; спиральную пружину сжатия, которая содержит проволоку, которая формована в форму спирали, и расположена в таком состоянии, в котором она сжата между нижним седлом пружины и верхним седлом пружины; и амортизатор, который содержит цилиндр и шток, вставленный в цилиндр, и проходит через внутреннюю часть спиральной пружины сжатия, причем проволока спиральной пружины сжатия содержит: часть проволоки большого диаметра, которая расположена ближе к внутренней стороне транспортного средства, чем амортизатор, и имеет диаметр проволоки, который больше, чем средний диаметр проволоки; часть проволоки малого диаметра, которая расположена ближе к наружной стороне транспортного средства, чем амортизатор, и имеет диаметр проволоки, который меньше, чем диаметр проволоки части проволоки большого диаметра; и часть проволоки изменяющегося диаметра, диаметр проволоки которой непрерывно изменяется между частью проволоки большого диаметра и частью проволоки малого диаметра.
Согласно одному варианту осуществления, спиральная пружина сжатия расположена в положении, смещенном к наружной стороне транспортного средства по отношению к амортизатору, причем часть проволоки большого диаметра предусмотрена на стороне, обращенной вовнутрь транспортного средства (то есть на стороне противосмещения), спиральной пружины сжатия, и часть проволоки малого диаметра предусмотрена на стороне, обращенной наружу транспортного средства (то есть на стороне смещения), спиральной пружины сжатия. К тому же нижнее седло пружины содержит: внутреннюю часть под пружину, которая поддерживает часть концевого витка, обращенную вовнутрь транспортного средства, части концевого витка у стороны нижнего конца спиральной пружины сжатия; и наружную часть под пружину, которая поддерживает часть концевого витка, обращенную наружу транспортного средства, части концевого витка у стороны нижнего конца, и причем расстояние между наружной частью под пружину и верхним седлом пружины может быть меньше, чем расстояние между внутренней частью под пружину и верхним седлом пружины. К тому же в состоянии, в котором спиральная пружина сжатия сжата между нижним седлом пружины и верхним седлом пружины, величина сжатия части, обращенной наружу транспортного средства, спиральной пружины сжатия, может быть больше, чем величина сжатия части, обращенной вовнутрь транспортного средства.
Спиральная пружина сжатия подвески согласно настоящему изобретению содержит проволоку, которая формована в форму спирали и расположена в таком состоянии, в котором она сжата между нижним седлом пружины и верхним седлом пружины подвески типа стойки, и спиральная пружина сжатия подвески содержит: часть проволоки большого диаметра, которая расположена ближе к внутренней стороне транспортного средства, чем амортизатор, и имеет диаметр проволоки который больше, чем средний диаметр проволоки; часть проволоки малого диаметра, которая расположена ближе к наружной стороне транспортного средства, чем амортизатор, и имеет диаметр проволоки, который меньше, чем диаметр проволоки части проволоки большого диаметра; и часть проволоки изменяющегося диаметра, диаметр проволоки которой непрерывно изменяется между частью проволоки большого диаметра и частью проволоки малого диаметра.
Преимущественные эффекты изобретения
Согласно настоящему изобретению, поскольку распределение напряжения спиральной пружины сжатия для использования в подвеске типа стойки может быть приближено к равномерному распределению, вес спиральной пружины сжатия подвески типа стойки может быть уменьшен, что, в свою очередь, способствует уменьшению веса транспортного средства.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид, на котором показана часть транспортного средства, содержащая подвеску типа стойки согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет собой вид в продольном разрезе подвески типа стойки, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой схематичный вид, на котором показан пример спиральной пружины сжатия для использования в подвеске типа стойки; и
фиг. 4 представляет собой график, на котором показано отношение между расстоянием от нижнего конца проволоки спиральной пружины сжатия, показанной на фиг. 3, и диаметром проволоки.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
Далее со ссылкой на фиг. 1-4 описана подвеска типа стойки согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 показана подвеска 11 типа стойки, используемая на передней стороне транспортного средства 10. Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе подвески 11 типа стойки. Подвеска 11 типа стойки содержит спиральную пружину 12 сжатия, нижнее седло 13 пружины, верхнее седло 14 пружины, амортизатор (стойку) 15 и установочную подушку 16. Спиральная пружина 12 сжатия имеет центральную ось X1 спирали, проходящую продольно в направлениях вверх и вниз. Нижнее седло 13 пружины расположено на стороне нижнего конца спиральной пружины 12 сжатия. Верхнее седло 14 пружины расположено на стороне верхнего конца спиральной пружины 12 сжатия. Амортизатор (стойка) 15 проходит через внутреннюю часть спиральной пружины 12 сжатия. Установочная подушка 16 предусмотрена на верхнем конце подвески 11. Спиральная пружина 12 сжатия расположена в таком состоянии, в котором она сжата между нижним седлом 13 пружины и верхним седлом 14 пружины.
Амортизатор 15 содержит цилиндр 20, шток 21, механизм образования демпфирующей силы, предусмотренный внутри цилиндра 20, и кожух 22. В цилиндре 20 содержится текучая среда, такая как масло. В цилиндр 20 вставлен шток 21. Кожух 22 закрывает скользящую часть штока 21. Шток 21 может быть выдвинут и втянут в направлении оси X2 амортизатора 15 относительно цилиндра 20. Когда шток 21 и цилиндр 20 перемещаются относительно друг друга в направлении оси X2, образуется сопротивление перемещению штока 21 по причине приведения в действие механизма образования демпфирующей силы.
На части нижнего конца цилиндра 20 предусмотрена скоба 26. В скобе 26 установлен кулак 25 (фиг. 1). Нижняя часть кулака 25 шарнирно опирается на нижний рычаг 27 посредством шарового шарнира 28. Нижний рычаг 27 установлен на поперечине 29 так, чтобы он мог перемещаться вверх и вниз. Поперечина 29 проходит в направлении ширины транспортного средства 10.
X0 на фиг. 2 обозначает вертикальную линию силы тяжести. X2 обозначает осевую линию амортизатора 15. Подвеска 11 типа стойки прикреплена к корпусу 30 транспортного средства в таком положении, что ось X2 амортизатора 15 наклонена вовнутрь на угол θ по отношению к вертикальной линии X0 силы тяжести. Соответственно, верхняя часть амортизатора 15 расположена ближе к внутренней стороне транспортного средства, чем его нижняя часть. Установочная подушка 16 содержит амортизационный резиновый элемент 31 и поддерживающий элемент 32, прикрепленный к корпусу 30 транспортного средства. Подвеска 11 прикреплена с возможностью качания к части 34 для установки подвески (фиг. 2) посредством крепежного элемента 33, такого как болт. Крепежный элемент 33 предусмотрен на поддерживающем элементе 32. Часть 34 для установки подвески является частью корпуса 30 транспортного средства. Подвеска 11 поддерживается с возможностью вращения вокруг оси X2 посредством подшипника 35.
Центральная ось X1 спирали спиральной пружины 12 сжатия расположена в положении, смещенном к наружной стороне транспортного средства (то есть в направлении, обозначенном стрелкой Z на фиг. 2) по отношению к оси X2 амортизатора 15. Таким образом, может быть уменьшено сопротивление трению в части скольжения между цилиндром 20 и штоком 21. На фиг. 2, сторона, противоположная стрелке Z, является стороной противосмещения.
Нижнее седло 13 пружины содержит внутреннюю часть 13a под пружину и наружную часть 13b под пружину. Внутренняя часть 13a под пружину расположена на внутренней стороне транспортного средства по отношению к направлению в ширину транспортного средства 10. Наружная часть 13b под пружину расположена на наружной стороне транспортного средства. Внутренняя часть 13a под пружину и наружная часть 13b под пружину отличаются друг от друга по высоте. Расстояние L2 между наружной частью 13b под пружину и верхним седлом 14 пружины меньше, чем расстояние L1 между внутренней частью 13a под пружину и верхним седлом 14 пружины.
На фиг. 3 показано состояние, в котором нагрузка вдоль центральной оси X1 спирали не приложена к спиральной пружине 12 сжатия (то есть так называемое свободное состояние). В этом описании, длина спиральной пружины 12 сжатия в свободном состоянии называется свободной длиной. Когда нагрузка вдоль центральной оси X1 спирали приложена к спиральной пружине 12 сжатия, спиральная пружина 12 сжатия сжимается и изгибается в направлении уменьшения длины относительно свободной длины.
Спиральная пружина 12 сжатия установлена в корпусе 30 транспортного средства в собранном состоянии, в котором она сжата между нижним седлом 13 пружины и верхним седлом 14 пружины. В этом описании, длина спиральной пружины 12 сжатия в собранном состоянии, называется высотой сборки. Величина сжатия стороны 12b, обращенной наружу транспортного средства, спиральной пружины 12 сжатия от ее свободной длины до высоты сборки больше, чем величина сжатия стороны 12a, обращенной вовнутрь транспортного средства, от ее свободной длины до высоты сборки.
Спиральная пружина 12 сжатия, показанная на фиг. 3, содержит проволоку 40, формованную в форму спирали. Проволока 40 выполнена из пружинной стали, и ее поперечное сечение является круглым. Примером спиральной пружины 12 сжатия является цилиндрическая спиральная пружина. Тем не менее, согласно спецификации подвески, могут быть использованы различные формы спиральных пружин сжатия, такие как бочкообразная спиральная пружина, спиральная пружина в форме песочных часов, конусная спиральная пружина, спиральная пружина с изменяющимся шагом, или спиральная пружина, которая уже имеет изгиб в свободном состоянии.
Тип пружинной стали, используемой в качестве материала проволоки 40, конкретно не ограничен. Тем не менее, в качестве примера приведена сталь SAE 9254, которая соответствует "Ассоциации Инженеров Автомобилестроения" в США. Сталь SAE 9254 имеет следующий химический состав (% массы): C: 0,51-0,59, Si: 1,20-1,60, Mn: 0,60-0,80, Cr: 0,60-0,80, S: максимум 0,040, P: максимум 0,030 и Fe: остальное. В качестве другого примера типа стали может быть использована сталь SUP7, соответствующая Промышленным Стандартам Японии (Japanese Industrial Standards (JIS)), или тип стали, не являющийся упомянутым выше. Когда в качестве материала проволоки 40 используется пружинная сталь с высокой коррозионной стойкостью, химический состав (% массы), например, представляет собой следующее: C: 0,41, Si: 1,73, Mn: 0,17, Ni: 0,53, Cr: 1,05, V: 0,163, Ti: 0,056, Cu: 0,21 и Fe: остальное.
Спиральная пружина 12 сжатия расположена в таком состоянии, в котором она сжата между нижним седлом 13 пружины и верхним седлом 14 пружины. К тому же спиральная пружина 12 сжатия упруго поддерживает нагрузку, прилагаемую вертикально к транспортному средству 10. Проволока 40 настоящего варианта осуществления включает в себя часть 40a проволоки большого диаметра и часть 40b проволоки малого диаметра, которые образованы попеременно приблизительно на каждом витке проволоки 40. Часть 40a проволоки большого диаметра расположена на стороне 12a, обращенной вовнутрь транспортного средства, спиральной пружины 12 сжатия (то есть на стороне противосмещения спиральной пружины сжатия) по отношению к направлению в ширину транспортного средства. Диаметр d1 проволоки части 40a проволоки большого диаметра больше, чем средний диаметр проволоки эффективной части проволоки 40.
Наоборот, часть 40b проволоки малого диаметра расположена на стороне 12b, обращенной наружу транспортного средства, спиральной пружины 12 сжатия (то есть на стороне смещения спиральной пружины сжатия) по отношению к направлению в ширину транспортного средства. Диаметр d2 проволоки части 40b проволоки малого диаметра меньше, чем диаметр d1 проволоки части 40a проволоки большого диаметра. Часть 40c проволоки изменяющегося диаметра, в которой диаметр проволоки постепенно и непрерывно изменяется (например, сходится на конус) между диаметром d1 проволоки части 40a проволоки большого диаметра и диаметром d2 проволоки части 40b проволоки малого диаметра, образована между частью 40a проволоки большого диаметра и частью 40b проволоки малого диаметра. Диаметры проволоки части 40d концевого витка у стороны нижнего конца спиральной пружины 12 сжатия и части 40e концевого витка у стороны верхнего конца спиральной пружины 12 сжатия меньше, чем диаметр проволоки эффективной части, и принимают минимальные величины, соответственно.
Часть 40d концевого витка у стороны нижнего конца соприкасается с верхней поверхностью нижнего седла 13 пружины. В нижнем седле 13 пружины образованы внутренняя часть 13a под пружину и наружная часть 13b под пружину. Как описано выше, внутренняя часть 13a под пружину и наружная часть 13b под пружину отличаются друг от друга по высоте. Внутренняя часть 13a под пружину поддерживает часть концевого витка, обращенную вовнутрь транспортного средства, части 40d концевого витка у стороны нижнего конца. Наружная часть 13b под пружину поддерживает часть концевого витка, обращенную наружу транспортного средства, части 40d концевого витка у стороны нижнего конца. Часть 40e концевого витка у стороны верхнего конца соприкасается с нижней поверхностью верхнего седла 14 пружины.
На фиг. 4 показан пример отношения между расстоянием от нижнего конца 40f (фиг. 3) проволоки 40 и диаметром проволоки. Как показано на фиг. 4, диаметр проволоки изменяется в соответствии с положением витков от нижнего конца 40f. То есть в эффективной части проволоки 40 часть 40a проволоки большого диаметра, которая имеет максимальную величину диаметра проволоки на стороне, обращенной вовнутрь транспортного средства, и часть 40b проволоки малого диаметра, которая имеет минимальную величину диаметра проволоки на стороне, обращенной наружу транспортного средства, образованы попеременно приблизительно на каждом витке. В примере, показанном на фиг. 4, максимальная величина части 40a проволоки большого диаметра составляет 11,2-11,5 мм, минимальная величина части 40b проволоки малого диаметра составляет 9,6-9,8 мм, и средний диаметр проволоки эффективной части составляет 10,5 мм. Диаметр проволоки части 40c проволоки изменяющегося диаметра непрерывно изменяется между максимальной величиной диаметра проволоки и минимальной величиной диаметра проволоки приблизительно на каждом витке эффективной части проволоки 40. Каждый из диаметров проволоки частей 40d и 40e концевого витка составляет 9 мм, что является минимальной величиной. Штриховой линией M с двумя пунктирами на фиг. 4 представлена обычная спиральная пружина, имеющая постоянный диаметр проволоки.
Диаметр проволоки 40 настоящего варианта осуществления непрерывно изменяется в продольном направлении. Проволока 40, диаметр которой меняется, как описано выше, может быть образована посредством механической обработки, такой как резание, уменьшение диаметра (тип ковки) посредством ротационной ковочной машины, или посредством пластичной обработки, такой как прессование. В случае процесса резания существуют проблемы, такие как пограничная часть, вызывающая концентрации напряжения, которая создается в части, в которой изменяется диаметр проволоки, или прерывание течения металла металлической структуры по причине резания. Наоборот, использование обработки ротационной ковкой может исключить проблему, вызываемую обработкой резанием, и обеспечивает образование части, в которой диаметр проволоки изменяется плавно и непрерывно. Следует заметить, что часть 40a проволоки большого диаметра, часть 40b проволоки малого диаметра, часть 40c проволоки изменяющегося диаметра и части 40d и 40e концевого витка могут быть образованы даже посредством устройства обработки без штамповки, которое протягивает материал между роликом на стороне подачи и роликом на стороне вытягивания.
Проволока 40, которая была обработана с помощью этого средства обработки, формуется в спираль посредством процесса изгибания (например, процесса горячей спиральной намотки). К тому же после выполнения термической обработки, такой как отжиг, и дробеструйной обработки, при необходимости выполняется регулировка, такая как усадка, и затем перед завершением продукта выполняются нанесение покрытия и контроль качества. Спиральная пружина 12 сжатия устанавливается на амортизатор 15 в состоянии, в котором спиральная пружина 12 сжатия сжата между седлами 13 и 14 пружины и предварительно нагружена, а затем устанавливается в корпус 30 транспортного средства.
К подвеске 11 типа стойки, которая, таким образом, предусмотрена в транспортном средстве 10, прилагается вертикальная нагрузка. Спиральная пружина 12 сжатия дополнительно сжимается и изгибается между нижним седлом 13 пружины и верхним седлом 14 пружины в соответствии с упомянутой выше нагрузкой. В соответствии с величиной сжатия от высоты сборки спиральной пружины 12 сжатия, амортизатор 15 выдвигается и втягивается в направлении оси X2, и расстояние между нижним седлом 13 пружины и верхним седлом 14 пружины изменяется в соответствии с нагрузкой. Тем не менее, поведения седел 13 и 14 пружины могут сохраняться постоянными, даже если величина сжатия спиральной пружины 12 сжатия изменяется. Соответственно, в спиральной пружине 12 сжатия, установленной между седлами 13 и 14 пружины, как сторона 12a, обращенная вовнутрь транспортного средства, так и сторона 12b, обращенная наружу транспортного средства, сжимаются, по существу, на одинаковый ход в соответствии с нагрузкой.
Спиральная пружина 12 сжатия настоящего варианта осуществления включает в себя часть 40a проволоки большого диаметра на стороне 12a, обращенной вовнутрь транспортного средства (то есть на стороне противосмещения спиральной пружины 12 сжатия), и часть 40b проволоки малого диаметра на стороне 12b, обращенной наружу транспортного средства (то есть на стороне смещения спиральной пружины сжатия). Посредством описанного образования спиральной пружины 12 сжатия распределение напряжения проволоки 40, которая сжата между седлами 13 и 14 пружины, может быть приближено к равномерному распределению. К тому же по сравнению с обычным продуктом, в котором диаметр проволоки является постоянным, вес спиральной пружины 12 сжатия может быть уменьшен.
В качестве примера в обычной спиральной пружине сжатия, диаметр проволоки составляет 11,0 мм, общее количество витков составляет 5,39, коэффициент жесткости пружины составляет 33,3 Н/мм и вес составляет 2,09 кг, тогда как в спиральной пружине 12 сжатия настоящего варианта осуществления диаметр d1 проволоки части 40a проволоки большого диаметра составляет 11,3 мм, диаметр d2 проволоки части 40b проволоки малого диаметра составляет 9,7 мм, средний диаметр проволоки составляет 10,5 мм, общее количество витков составляет 4,93, коэффициент жесткости пружины составляет 33,3 Н/мм и вес составляет 1,79 кг. Таким образом, обеспечивается уменьшение веса на 14,4% по сравнению с обычным продуктом.
Применимость в промышленности
Разумеется, при осуществлении настоящего изобретения, в дополнение к конкретным формам и размерам, количеству витков, материалу (типу стали) и коэффициенту жесткости спиральной пружины сжатия форма, конструкция, расположение и тому подобное каждого из элементов, которые составляют подвеску типа стойки (например, амортизатор, верхнее и нижнее седла пружины и так далее), могут быть подвергнуты разнообразным изменениям.
Перечень ссылочных позиций
10 - транспортное средство, 11 - подвеска типа стойки, 12 - спиральная пружина сжатия подвески, 12a - внутренняя сторона транспортного средства, 12b - наружная сторона транспортного средства, 13 - нижнее седло пружины, 13a - внутренняя часть под пружину, 13b - наружная часть под пружину, 14 - верхнее седло пружины, 15 - амортизатор, 20 - цилиндр, 21 - шток, 40 - проволока, 40a - часть проволоки большого диаметра, 40b - часть проволоки малого диаметра, 40c - часть проволоки изменяющегося диаметра, 40d - концевой виток на стороне нижнего конца, 40e - концевой виток на стороне верхнего конца.