УЗЕЛ ПОДВЕСКИ КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)
TRASPORT FACILITY WHEEL SUSPENSION ASSY (VERSIONS)

Предлагаемое изобретение относится к среднему машиностроению, преимущественно к автомобильной промышленности, и может быть использовано, в частности, в качестве узла для подвески колеса в различных транспортных средствах.
Одним из основных требований, предъявляемых в мировом автомобилестроении к элементам и узлам автомобиля, в частности к элементам и узлам для подвески колеса, является требование простоты и надежности конструкции.
Из уровня техники широко известны пружинные подвески, гасящие колебания посредством демпфирования самой пружины (JP 3271015 A, JP 3227714 A, RU 2258616), когда пружина, закрепленная жестко на амортизационной стойке, сориентирована штоком амортизатора вверх или посредством гидравлического демпфера (DE 10042607 А1).
Упомянутые типы подвесок имеют довольно дорогое и сложное конструктивное выполнение, так как основной «классический» узел подвески, состоящий из пружины и демпфирующего устройства вместе с вспомогательными силовыми элементами, обеспечивающими связь между колесом и корпусом автомобиля, сам по себе является металлоемким, дорогостоящим, относительно ненадежным и непростым в технологической реализации.
Известны подвески колес транспортных средств, содержащие с каждой стороны автомобиля по два поперечных рычага, на которых установлена поворотная стойка колеса, а противоположные концы рычагов связаны шарнирно с кузовом.
Такое конструктивное решение обеспечивает хорошие кинематические характеристики подвески колес, но для соединения колес с кузовом требуется множество рычагов и шарниров, что увеличивает массу и усложняет конструкцию, а в кузове требуется довести его силовые элементы до оси колес для соединения с ними шарниров упомянутых рычагов, что приводит также к увеличению массы и уменьшению компоновочного пространства (С.Д.Демиховский и др. Устройство и эксплуатация автомобилей «Жигули» и «Москвич». М.: ДОСААФ, 1986, с.124-125).
Также известно техническое решение, направленное на снижение массы конструкции подвески и ее упрощение (Патент RU 2087329, B60G 3/12, 02.02.95). Подвеска колес содержит упругие элементы, воспринимающие усилия от дороги, продольные рычаги, соединенные шарнирно с кузовом автомобиля и установленные на рычагах поворотные стойки передних колес, рычаги выполнены криволинейной формы и соединены между собой упругой поперечиной, представляющей собой торсион, при этом рычаги изогнуты так, что обеспечивается требуемый поворот колес. При этом концы каждого из рычагов шарнирно соединены с кузовом вблизи его порогов. Усилия от дороги воспринимаются кузовом через шарниры, разнесенные на значительное расстояние друг от друга, благодаря тому что рычаги соединены между собой торсионом, что уменьшает нагрузку на шарниры и кузов. Кроме того, по вышеизложенной причине требуется всего два шарнира. При разноименном ходе колес подвески торсион закручивается, что сначала препятствует крену кузова, а затем способствует выравниванию кузова, следовательно, торсион является стабилизатором положения кузова.
Для дополнительного снижения массы конструкции концы каждого из рычагов, шарнирно соединенных с кузовом, соединены с ним вблизи его порогов, что увеличивает расстояние между упомянутыми шарнирами, в результате чего плечо восприятия момента, действующего от дороги, увеличивается, и таким образом снижаются усилия, воздействующие на шарниры и кузов.
Несмотря на внесенные изменения, масса самой подвески остается значительной, а конструкция узла подвески достаточно сложной.
Решаемая техническая задача - создание простого и надежного узла для подвески колеса, обеспечивающего повышение надежности и упрощение подвески колеса транспортного средства, при этом достигаемый технический результат заключается в уменьшении массы как узла подвески колеса, так и самой подвески, обеспечивающих при этом повышение эксплуатационных качеств транспортного средства.
Как известно, основным видом деформации при осевом сжатии-растяжении пружины, навитой из прутка любого сечения и торсиона любого сечения и конструкции, является деформация кручения.
В случае, если витая пружина и торсион будут выполнены пустотелыми, их внутренний объем уменьшается в зависимости от величины упругой деформации сжатия-скручивания и увеличивается при выпрямлении витой пружины и раскручивания торсиона.
Заполнив жидкой или газообразной средой пустотелую витую пружину или пустотелый торсион и обеспечив отток и приток упомянутой среды, получаем, при определенных условиях, следующий цикл работы:
сжатие пружины, скручивание торсиона - уменьшение внутреннего объема полости витой пустотелой пружины и торсиона и как результат - выталкивание среды в подготовленный объем; выпрямление пружины, раскручивание торсиона - регулируемый возврат среды обратно в полость пустотелой витой пружины, пустотелого торсиона.
Таким образом, открывается возможность регулирования скорости выпрямления пружины или раскручивания торсиона, а следовательно, демпфирования автоколебаний без дополнительного демпфирующего узла.
В соответствии с первым вариантом указанный технический результат достигается тем, что узел для подвески колеса транспортного средства содержит упругий элемент, выполненный в виде пустотелой витой пружины, компенсирующей элемент, причем с одной стороны пустотелая витая пружина заглушена, а с другой соединена с компенсирующим элементом, при этом пустотелая витая пружина и компенсирующий элемент заполнены жидкой или газообразной средой с возможностью перетекания жидкой или газообразной среды из пустотелой витой пружины в компенсирующий элемент и обратно с различной скоростью.
В соответствии со вторым вариантом указанный технический результат достигается тем, что узел для подвески колеса транспортного средства содержит упругий элемент, выполненный в виде пустотелого торсиона, компенсирующий элемент, причем пустотелый торсион заглушен и соединен с компенсирующим элементом, при этом пустотелый торсион и компенсирующий элемент заполнены жидкой или газообразной средой с возможностью перетекания жидкой или газообразной среды из пустотелого торсиона в компенсирующий элемент и обратно с различной скоростью.
Объединение этих технических решений в одну заявку в качестве вариантов связано с тем, что они решают одну и ту же задачу: повышение надежности и упрощение устройства.
Анализ заявленного технического решения с выявленным уровнем техники по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию охраноспособности «новизна».
Анализ известных технических решений в данной области техники также показал, что заявленное техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг.1 схематично изображен узел для подвески колеса транспортного средства, первый вариант;
на фиг.2 схематично изображен узел для подвески колеса транспортного средства, второй вариант;
на фиг.3 в качестве примера изображен один из возможных вариантов конструкции компенсирующего элемента и его соединение с упругим элементом, выполненным в виде пустотелой витой пружины или пустотелого торсиона.
По первому варианту выполнения узел содержит упругий элемент 1, выполненный в виде пустотелой витой пружины, компенсирующий элемент 2, жидкую или газообразную среду 3, находящуюся в полости упругого элемента 1 и компенсирующего элемента 2, один конец упругого элемента 1 заглушен, а другой соединен с компенсирующим элементом 2 так, что при определенных условиях жидкая или газообразная среда 3 перетекает в них с различной скоростью, через рычаги 4, 5 подвески узел соединен со стойкой 6 колеса 7, крепится в опорных чашках 8, 9 и к кузову 10 транспортного средства.
По второму варианту выполнения узел содержит упругий элемент 1, выполненный в виде пустотелого торсиона, компенсирующий элемент 2, также заполненные жидкой или газообразной средой 3, оба конца упругого элемента 1 заглушены, а компенсирующий элемент 2 соединен с упругим элементом 1 так, что при определенных условиях жидкая или газообразная среда 3 перетекает в них с различной скоростью. Один конец упругого элемента 1 соединен с кузовом 10 транспортного средства, а другой через систему рычагов и стоек - с колесом транспортного средства (на чертеже не показаны).
На фиг.3 представлен пример реализации соединения упругого элемента 1 с компенсирующим элементом 2 и одна из возможных конструкций компенсирующего элемента 2. Упругий элемент 1, выполненный в виде пустотелой витой пружины или пустотелого торсиона, с помощью резьбового соединения 11 соединен с компенсирующим элементом 2, которые в данном примере заполнены жидкой средой 3, компенсирующий элемент 2 содержит закрытую камеру 12 для перетекающей жидкости 3 из упругого элемента 1. Для осуществления возможности перетекания жидкой среды в двух направлениях предусмотрено выполнение клапана 13 и калиброванного отверстия 14, которое может быть выполнено так же в виде клапана.
Более подробно по первому варианту реализации узла для подвески транспортного средства. Упругий элемент 1, в зависимости от значения технических характеристик, предъявляемых к качеству амортизации, может быть выполнен самым различным по форме и материалам: цилиндрическим, коническим, с различным углом подъема, с переменным углом подъема, в сечении пустотелая витая пружина может иметь окружность, овал, квадрат и т.д., из стали, сплавов или подобных им по физико-химическим свойствам материалов, заглушен может быть при помощи заглушек на резьбе или заварен или иным другим способом.
Более подробно по второму варианту реализации узла для подвески транспортного средства. В конкретном случае упругий элемент 1 выполнен в виде трубчатого торсиона, однако при необходимости получения различных технических характеристик в сечении может быть выполнен самой различной формы, в том числе может быть изготовлен в виде жгута из нескольких пустотелых элементов, например трубчатых торсионов, может быть осуществлена предварительная закрутка трубчатого торсиона. Изготавливается из термически обработанной стали или ей подобной.
Что касается выполнения компенсирующего элемента 2, то он кроме изображенного на фиг.3 может быть выполнен с эластичной мембраной, расположенной сверху камеры 12, со свободным поршнем, перемещающимся внутри камеры 12, с открытым объемом камеры 12. Клапан 13 и калиброванное отверстие 14 в зависимости от предъявляемых требований к плавности хода транспортного средства и жесткости подвески могут менять свои параметры, могут быть как механическими, так и иметь электронную систему управления. В качестве жидкой или газообразной среды используется атмосферостойкая гидравлическая жидкость, эмульсия из смеси жидкости и газа, азотный газ, при этом жидкая или газообразная среда не должна менять свои характеристики в процессе эксплуатации. Компенсирующий элемент 2 может быть размещен и соединен в любом месте упругого элемента 1 при условии возможности перетекания жидкой или газобразной среды 3 и технологических возможностей. Соединение может быть, в частном случае, резьбовым или сварным.
Узел для подвески колеса транспортного средства работает следующим образом.
При наезде колеса транспортного средства на препятствие усилие передается по следующему пути: колесо 7, стойка 6, рычаги 4, 5. При подъеме рычагов 4, 5 усилие через опорную чашку 8 передается на упругий элемент 1, выполненный в виде пустотелой упругой пружины, в результате деформации которой происходит уменьшение внутреннего объема упругого элемента 1 и выталкивание жидкости через клапан 13 в камеру 12 компенсационного элемента 1. Когда пружина в равновесии, перетекание жидкости прекращается и клапан 13 закрывается. При выпрямлении пустотелой витой пружины внутренний объем упругого элемента 1 увеличивается, в результате чего начинается перетекание жидкости 3 обратно через калиброванное отверстие 14, однако скорость перетекания значительно ниже, чем при сжатии пустотелой витой пружины, в результате чего осуществляется демпфирование автоколебаний узла, а следовательно, и самой подвески транспортного средства.
В случае выполнения упругого элемента 1 в виде пустотелого торсиона работа узла подвески осуществляется аналогично, только вместо сжатия упругого элемента, выполненного в виде пустотелой витой пружины, происходит скручивание упругого элемента 1, выполненного в виде пустотелого торсиона.
В случае, когда упругий элемент 1 и компенсирующий элемент 2 заполнены газом, работа устройства осуществляется аналогично описанной выше.
Таким образом, предложенное техническое решение задачи позволило упростить и повысить надежность устройства.