КОЛЕСНЫЙ МОДУЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к эластичным подвескам для отдельных колес.
Известен колесный модуль, содержащий управляемые колеса, установленные на поворотных цапфах, шарнирно связанных шкворнем с балкой зависимой подвески или шаровыми опорами с рычагами независимой подвески, или нижней шаровой опорой и верхним опорным подшипником с остовом и амортизаторной стойкой (пат. РФ №2292286 В62D 17/00, опубл. 27.09.2004 г.).
Недостатком известного колесного модуля является возможность изменения лишь углов установки передних управляемых колес по развалу и схождению без компенсации угла бокового увода шины колеса от поперечно действующей силовой реакции со стороны дорожного полотна.
Известно устройство подвески передних управляемых колес, принятое в качестве прототипа, с упругим элементом, выполненным в виде полукруга и установленным между стойкой, шарнирно связанной с рулевым приводом, содержащей пружину подвески, амортизатор, и поворотной цапфой с осью пневматического колеса. Компенсация бокового увода шины от поперечных реакций достигается доворотом оси колеса за счет деформации упругого элемента, выполненного в виде полукруга, от тех же поперечных реакций на угол, равный углу увода шины. Параллельно упругому элементу установлено трехрежимное демпфирующее устройство (пат. РФ №2232683 В60G 13/00, опубл. 20.07.2004).
Недостатком известного устройства подвески передних управляемых колес с упругим элементом является то, что предусматривается реализация в подвесках с амортизационной стойкой, чем ограничивается использование непосредственной компенсации угла бокового увода шины в прочих типах подвесок, в том числе независимой рычажной или зависимой подвесках.
Задача изобретения - разработать универсальный колесный модуль, имеющий возможность применения на различных типах подвесок, способный обеспечить улучшенные стабилизационные свойства и управляемость, за счет автоматической компенсации угла увода колеса от действия горизонтальной поперечной силы путем соответствующего доворота того же колеса от деформации упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины.
Технический результат - улучшение управляемости и стабилизации прямолинейного движения за счет непосредственной компенсации угла бокового увода колес как передних управляемых, так и задних от действия горизонтальных поперечных сил, на различных типах подвесок.
Указанный технический результат достигается тем, что в колесном модуле транспортного средства, содержащем управляемые колеса, установленные на цапфах, соединенных с поворотными кулаками под углом начального развала в поперечной плоскости транспортного средства, поворотные кулаки, шарнирно установленные на балке и соединенные между собой посредством поворотных рычагов, шарниров и поперечной тяги, между поворотным кулаком и цапфой установлен упругий компенсатор увода шины, подвижный в поперечном направлении, выполненный в виде упругой пластины, жестко связанной одним концом с осью цапфы, а другим с поворотным кулаком при сохранении взаимного расположения оси кулака с осью цапфы.
За счет упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины, установленной между поворотным кулаком и цапфой, жестко связанной одним концом с осью цапфы, а другим с поворотным кулаком, под действием горизонтальной поперечной силы обеспечивается поворот колеса с поворотной цапфой в поперечной плоскости в сторону, обратную направлению увода на такой же угол, что компенсирует его и улучшает стабилизацию прямолинейного движения колесной машины.
На фиг.1 показан общий вид независимой передней управляемой подвески. На фиг.2 - предлагаемый колесный модуль, вид сверху. На фиг.3 показана
2
трансформация вектора задаваемой скорости  от шинного увода и организованного упругого доворота угла δ.
Предлагаемый колесный модуль транспортного средства содержит управляемые колеса 1 (фиг.1), установленные на цапфах 2, соединенные с поворотными кулаками 3 под углом начального развала в поперечной плоскости транспортного средства, поворотные кулаки 3, шарнирно установленные на балке 4 и соединенные между собой посредством поворотных рычагов 5, шарниров 6, поперечной тяги 7, так же имеется упругий компенсатор увода шины в виде упругой пластины 8 (фиг.2), жестко связанной одним концом с осью цапфы 2, а другим с поворотным кулаком 3.
1
Установка упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины 8 в горизонтальной плоскости между цапфой 2 и поворотным кулаком 3, дает подвижность колесу 1 с цапфой 2 от действия горизонтальной поперечной силы F только в горизонтальном поперечном направлении без дополнительного наклона в поперечной вертикальной плоскости. Таким образом, происходит непосредственная автоматическая компенсация бокового увода угла δ колеса 1 за счет изменения только его схождения без пространственного не учитываемого перемещения колеса 1 в продольной вертикальной OXZ и поперечной OYZ плоскостях, что улучшает стабилизацию прямолинейного движения колесной машины и ее управляемости.
1
у
Для компенсации бокового увода угла δ от поперечной силы F при коэффициенте увода К и обеспечении прочности упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины 8 с его линейными размерами l, b, h должны соблюдаться условия:
2
где Е - модуль Юнга материала упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины (Н/м), [σ] - предел прочности материала упругой пластины
(Па) с возможным принятием соотношения толщины и ширины упругой пластины, например, .
1
2
1
1
2
Жесткость упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины 8 выбирается такой, чтобы момент, создаваемый горизонтальной поперечной силой F на колесе 1 относительно оси вращения поворотного кулака 3 при уводе колеса 1 на некоторый угол δ, был равен моменту, создаваемому упругим компенсатором увода шины в виде упругой пластины 8 при повороте колеса 1 с цапфой 2 на угол δ, равный и обратный углу δ. Таким образом, должно выполняться условие δ=δ а жесткость С упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины 8 согласно выражению:
у
где К - коэффициент увода колеса 1 (Н/рад), е - вылет оси поворота (м).
Для того, чтобы поворот плоскости колеса 1 с цапфой 2 под действием горизонтальной поперечной силой F из-за наличия упругого компенсатора бокового увода шины 8 в горизонтальной плоскости между цапфой 2 и поворотным кулаком 3 происходил в сторону, обратную направлению увода колеса 1, точка пересечения оси поворота колеса 1 с опорной поверхностью должна быть расположена позади его вертикальной оси по направлению движения колесной машины или подвеска должна иметь отрицательный вылет. Это объясняется тем, что результирующая горизонтальная поперечная сила F действуя в точке контакта колеса 1 с опорной поверхностью, поворачивает его по направлению момента, возникающего от действия указанной силы относительно оси на плече, называемый вылет. Таким образом, обеспечивается автоматическая компенсация увода колеса 1 и стабилизация задаваемого направления движения колесной машины.
При отсутствии поперечной силы F вектор скорости  совмещается с вертикальной продольной плоскостью колеса. При действии поперечной силы F, возникающей по любой причине (криволинейное движение, боковой
1
2
1
2
1
воздушный поток, геометрический наклон полотна дороги и т.д.), проявляется шинный увод, отклоняющий вектор скорости  на угол δ от плоскости колеса с образованием вектора . Та же поперечная сила одновременно вызовет деформацию упругого компенсатора увода шины на угол δ, обратный и равный углу увода шины δ, т.е. δ=-δ. Это сохранит тоже направление вектора скорости . Таким образом, происходит непосредственная автоматическая компенсация бокового увода колеса за счет изменения только его схождения без пространственного не учитываемого перемещения колеса в вертикальной и поперечной плоскостях, что и обеспечивает стабилизацию задаваемого направления движения колесной машины и тем самым улучшает ее управляемость.
2
1
Колесный модуль транспортного средства работает следующим образом. При движении колесной машины с периодическим знакопеременным отклонением управляемых колес, под действием силы F колесо 1 вместе с цапфой 2, за счет наличия упругого компенсатора увода шины 8 в горизонтальной плоскости между цапфой 2 и поворотным кулаком 3, преодолевая сопротивление данного упругого компенсатора увода шины, поворачивается на встречу силе F на некоторый угол δ, равный углу увода δ. Таким образом, происходит автоматическая компенсация бокового увода.
Как только перестает действовать горизонтальная поперечная сила F, сила упругого компенсатора увода шины в виде упругой пластины 8 возвращает колесо 1 в первоначальное положение, соответствующее направлению движения .
Описанная конструкция колесного модуля позволяет улучшить стабилизацию прямолинейного движения за счет непосредственной компенсации угла бокового увода колес от действия горизонтальных поперечных сил, улучшая, тем самым качество управляемости, т.е. точности воспроизведения задаваемого направления и траектории движения.