СТАБИЛИЗАТОР ИЛИ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ РЫЧАГ ДЛЯ ХОДОВОЙ ЧАСТИ АВТОМОБИЛЯ
STABILIZER OR STABILIZER LINK FOR CHASSIS OF MOTOR VEHICLE

Изобретение относится к стабилизирующему устройству для ходовой части автомобиля, в частности, к стабилизатору или к стабилизирующему рычагу.
Стабилизаторы служат в автомобилестроении (см. Fahrwerkhandbuch von Heissing et al., Kapitel 3.5.3.3, 4. Auflage 2013, Springer Vieweg Verlag) для связи движений пружин противоположных колес, в частности при проезде поворотов, чтобы избежать, таким образом, поперечных колебаний. При поперечном колебании кузова, т.е. при встречном прогибе пружин, стабилизатор закручивается, создавая тем самым возвратный момент вокруг оси поперечных колебаний, который уменьшает крен кузова. Поэтому стабилизаторы являются ненесущими пружинящими элементами в автомобилях, которые в противоположность рессорам обычно нагружаются только на этапах движения.
Стабилизатор представляет собой, в основном, деталь U-образной формы. Так называемая спинка стабилизатора лежит в состоянии монтажа в поперечном направлении автомобиля, а оба прочно соединенных со спинкой плеча указывают более или менее в продольном направлении автомобиля. Если такой стабилизатор используется не только для стабилизации поперечной устойчивости автомобиля, но и для направления колеса или оси, то он называется также направляющим стабилизатором или стабилизирующим рычагом. Под стабилизирующим рычагом следует понимать поэтому установленный в ходовой части автомобиля рычаг для направления оси. За счет этого стабилизирующий рычаг объединяет в себе свойства традиционного стабилизатора с функциями осенаправляющего продольного рычага в детали. Основные формы стабилизирующего рычага и стабилизатора, в основном, одинаковые.
Используемый ниже термин «стабилизирующее устройство» включает в себя тем самым как стабилизатор, так и стабилизирующий рычаг. Кроме того, нижеследующее, касающееся стабилизатора описание относится также к стабилизирующему рычагу, и наоборот.
Недостаток известных стабилизирующих устройств в том, что достигнутое за счет них стабилизирующее действие ходовой части нельзя согласовать задним числом, чтобы, например, достигнутую стабилизацию согласовать с разными требуемыми условиями, например с режимом движения, главным образом, при хороших дорожных условиях, против режима движения, главным образом, при плохих дорожных условиях, с разными предпочтениями водителей, изменениями динамики автомобиля с течением времени и т.д.
Задачей изобретения является создание усовершенствованного стабилизирующего устройства, с помощью которого можно было бы избежать недостатков традиционных стабилизирующих устройств. В частности, задачей изобретения является создание стабилизирующего рычага или стабилизатора, с помощью которого можно было бы более гибко согласовать стабилизацию автомобиля с разными требуемыми условиями.
Эти задачи решаются посредством стабилизирующего устройства для ходовой части автомобиля в соответствии с признаками основного пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются признаком зависимых пунктов и более подробно поясняются в нижеследующем описании с частичной ссылкой на чертежи.
Предложено стабилизирующее устройство для ходовой части автомобиля, содержащее спинку и два плеча. Стабилизирующим устройством является, в частности, стабилизатор или стабилизирующий рычаг для ходовой части автомобиля. Если ниже использован термин «стабилизатор», то соответствующие рассуждения относятся тем самым также к стабилизирующему рычагу или, вообще, к стабилизирующему устройству. Стабилизирующее устройство представляет собой, в основном, U-образную деталь, имеющую спинку и два боковых плеча.
Согласно изобретению, по меньшей мере, одно из обоих плеч имеет некруглое сечение и для регулирования жесткости стабилизатора фиксируется в разных положениях поворота относительно спинки. В каждом из положений поворота, по меньшей мере, одно плечо жестко закреплено на спинке с возможностью разъединения. Для изменения положения поворота жесткое соединение плеча разъединяется, плечо поворачивается вокруг своей продольной оси в нужное положение и снова жестко закрепляется в этом положении поворота на спинке.
В зависимости от положения поворота плечо повернуто тем самым вокруг своей продольной оси под разным углом. При этом ориентация продольной оси относительно спинки остается неизменной во всех разных положениях поворота.
Будучи обусловлено некруглым сечением, т.е. формой сечения, отличающейся от круглой формы плечо в разных положениях поворота создает вокруг своей продольной оси разные моменты сопротивления. Другими словами, в зависимости от положения поворота плечо оказывает тем самым усилию, действующему на стабилизатор в заданном направлении нагрузки, большее или меньшее сопротивление, поскольку, по меньшей мере, одно плечо в одном положении поворота имеет, например, большую изгибную жесткость, чем в другом положении поворота. Таким образом, создается зависимый от положения поворота плеча момент сопротивления.
Особое преимущество изобретения заключается, следовательно, в том, что стабилизирующие свойства стабилизирующего устройства регулируются и могут быть согласованы с потребностью. Если автомобиль, например, в режиме движения имеет слишком высокое поперечное колебание, то жесткость стабилизатора можно повысить за счет соответствующего изменения настроенного положения поворота плеча или плеч. Если же автомобиль имеет в режиме движения слишком высокую жесткость, то можно произвести соответственно более «мягкую» настройку стабилизатора за счет выбора другого положения поворота.
В рамках изобретения существует возможность фиксировать одно из обоих плеч в разных положениях поворота относительно спинки или сделать это возможным для обоих плеч. Последний вариант обеспечивает более точное регулирование жесткости стабилизатора.
При этом разные положения поворота относятся к положениям поворота или ориентации плеч относительно спинки, так что оба плеча могут быть фиксированы в одинаковом или в разных положениях поворота относительно спинки.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту, спинка стабилизатора содержит два кронштейна и торсион, на обоих концах которого жестко установлены эти кронштейны. На не закрепленных на торсионе концах кронштейнов в разных положениях поворота фиксируются плечи.
Кронштейны обеспечивают, во-первых, за счет соответствующего расчета их длины особенно гибкий монтаж стабилизирующего устройства в крайне ограниченном, как правило, свободном конструктивном пространстве в зоне подвески моста. Кроме того, кронштейны обеспечивают менее затратный процесс изготовления, поскольку для изготовления отдельных компонентов стабилизирующего устройства могут использоваться более мелкие инструменты. Также облегчается обращение с деталями.
В качестве альтернативы в рамках изобретения существует, однако, возможность закрепить плечи без кронштейнов на торсионе жестко с возможностью разъединения так, чтобы одно из плеч или оба фиксировались в разных положениях поворота относительно торсиона.
В одном предпочтительном варианте с кронштейнами плечи фиксируются в разных положениях поворота на соответствующем кронштейне соответственно посредством первого зубчатого соединения.
Кроме того, плечи могут фиксироваться в разных положениях поворота соответственно посредством второго зубчатого соединения на соответствующем крепежном устройстве. Им может быть крепежное устройство для связи стабилизатора со стороны моста или рамы, в зависимости от того, закрепляются ли плечи на подвеске колеса или моста или на кузове.
Предпочтительным образом, первое зубчатое соединение выполнено так, что оно задает разные положения зацепления, которые соответствуют заданным разным положениям поворота плеч. Точно так же второе зубчатое соединение может быть выполнено так, что оно задает ответные разные положения зацепления, которые соответствуют заданным разным положениям поворота плеч. Это упрощает настройку разных моментов сопротивления плеч или стабилизирующего устройства.
Кронштейны могут быть ориентированы как перпендикулярно торсиону, так и перпендикулярно плечам. При этом кронштейны ориентированы преимущественно, в основном, параллельно друг другу. Кроме того, оба плеча ориентированы преимущественно, в основном, параллельно друг другу. Это относится ко всем положениям поворота, поскольку разные положения поворота плеч представляют собой соответственно только один поворот плеч вокруг их продольных осей, однако неизменными остаются пространственная ориентация продольных осей плеч и тем самым также их ориентация относительно кронштейнов и торсиона.
Первое зубчатое соединение может быть образовано предусмотренным на кронштейне зубчатым колесом с торцевыми зубьями и предусмотренным на конце плеча со стороны кронштейна первым ребром, вводимым в зацепление с торцевыми зубьями.
Точно так же второе зубчатое соединение может быть образовано предусмотренным на крепежном устройстве вторым зубчатым колесом с торцевыми зубьями и вторым ребром, которое предусмотрено на противоположном первому ребру конце плеча и вводится в зацепление с торцевыми зубьями второго зубчатого колеса.
Первое и/или второе зубчатое соединение выполнено тем самым предпочтительно в виде жестко входящего в зацепление между собой зубчатого соединения осевого действия с радиально проходящими зубьями, которое обеспечивает стабильное, жесткое и легко разъединяемое соединение с геометрическим замыканием кронштейнов и в то же время занимает мало конструктивного пространства.
Особенно предпочтительная возможность реализации предусматривает выполнение плеч в виде профильных тел неквадратного четырехгранного профиля, т.е. прямоугольного профиля, что технологически осуществимо особенно просто. Кроме того, для уменьшения массы четырехгранные профили могут быть выполнены также в виде полых деталей.
Однако плечи могут быть выполнены также в виде таврового или двутаврового профиля или иметь, вообще, многоугольную, овальную или эллиптическую форму сечения.
В другом предпочтительном варианте предусмотрено, что, по меньшей мере, одно плечо фиксируется повернутым вокруг своей продольной оси относительно спинки на выбор на 0°, 45° или 90°. Тогда в случае неквадратного четырехгранного профиля, например, положение поворота на 0° соответствует самому высокому моменту сопротивления (если в положении 0° прямоугольный профиль поставлен на ребро) и тем самым настройке стабилизатора с максимальной жесткостью. Положение 45° соответствует ситуации среднего момента сопротивления. Тогда положение 90° соответствует положению с самым низким моментом сопротивления и тем самым самой «мягкой» настройке стабилизатора.
В частности, упомянутое зубчатое соединение может быть выполнено так, что ребро вводится в жесткое зацепление с торцевыми зубьями с возможностью разъединения, будучи повернуто соответственно на 0°, 45° или 90°, в результате чего может быть создано стабилизирующее устройство, выполненное с возможностью настройки простым образом в трех степенях жесткости. Таким образом, зубчатое соединение служит в то же время для фиксации заданных положений.
Однако в рамках изобретения существует возможность того, что в зависимости от конкретного выполнения некруглого сечения плеч и предусмотренного числа возможных положений поворота можно создать соответственно меньше или, при необходимости, больше настраиваемых степеней жесткости стабилизирующего устройства.
Для уменьшения массы торсион может быть выполнен в виде полой трубы или с осевой выемкой.
Согласно этому варианту, на обоих концах торсиона размещены и сварены с ним точено-фрезерованные детали, причем выступающий из полой трубы концевой участок точено-фрезерованной детали имеет некруглое сечение и жестко удерживается с геометрическим замыканием в имеющей ответную форму сквозной выемке соответствующего кронштейна. Это обеспечивает надежное размещение кронштейнов.
Для повышения прочности удерживаемый в выемке концевой участок точено-фрезерованной детали может быть свинчен с кронштейном. Далее первое зубчатое соединение может быть фиксировано посредством осевого резьбового соединения. Предпочтительным образом, также второе зубчатое соединение может быть фиксировано посредством осевого резьбового соединения.
Согласно другому варианту, существует возможность соединения, по меньшей мере, одного, фиксируемого в разных положениях поворота плеча с исполнительным элементом и выполнения исполнительного элемента для поворота плеча вокруг его продольной оси, чтобы, таким образом, фиксировать плечо в разных положениях поворота относительно спинки стабилизатора. В этом случае отпадает осевое резьбовое соединение первого и второго зубчатых соединений. Кроме того, для регулирования обоих плеч может быть предусмотрен соответствующий исполнительный элемент.
Этот вариант дает то преимущество, что не требуется вручную изменять положение поворота кронштейнов, а регулирование жесткости стабилизатора может осуществляться автоматически исполнительным элементом.
Кроме того, изобретение относится к автомобилю с раскрытым выше стабилизирующим устройством. Изобретение относится, в частности, к коммерческому автомобилю с таким стабилизирующим устройством, причем спинка стабилизатора закреплена преимущественно на кузове, а плечи закреплены преимущественно на передней оси или подвеске колес коммерческого автомобиля.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления изобретения и его признаки произвольно комбинируются между собой. Другие подробности и преимущества изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
фиг. 1A: стабилизатор с плечами в положении поворота на 0° в соответствии с первым вариантом;
фиг. 1B: стабилизатор из фиг. 1А в положении поворота на 45°;
фиг. 1C: стабилизатор из фиг. 1А в положении поворота на 90°;
фиг. 2: фрагмент стабилизатора в разобранном виде в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
фиг. 3: разрез спинки стабилизатора;
фиг. 4: разрез плеча.
На всех фигурах изображены один и тот же стабилизатор 100 и его виды. Одинаковые части обозначены на фигурах одними и теми же ссылочными позициями, так что изображенные на фигурах различные виды стабилизатора 100 понятны также сами по себе.
На фиг. 1A изображен перспективный вид примера выполнения стабилизатора 100. Последний выполнен, в основном, U-образным и содержит спинку 1 и два плеча 3, называемых также консоли.
Спинка 1 включает в себя выполненный в виде полой трубы торсион 2 и два кронштейна 4, которые жестко и вертикально расположены на концах торсиона 2.
Оба плеча 3 выполнены в виде четырехгранных профилей прямоугольного сечения и закреплены посредством кронштейнов 4 на торсионе 2.
Оба плеча 3 фиксируются, в частности, в разных положениях поворота относительно спинки 1 при постоянной вертикальной ориентации относительно нее. Для этого плечи 3 могут быть жестко закреплены с возможностью разъединения на кронштейнах 4 посредством первого зубчатого соединения 5, 5a, 6, 6a в разных положениях поворота вокруг своих продольных осей. Точно так же плечи 3 могут быть жестко закреплены с возможностью разъединения в разных положениях поворота на крепежных устройствах 14, 15, 20 для связи со стороны моста.
На фиг. 1A изображено, например, положение поворота на 0° плеч 3, в котором четырехгранные профили ориентированы на ребро относительно продольной оси кронштейнов 4.
На фиг. 1B изображено, например, второе положение поворота, в котором плечи 3 жестко закреплены на кронштейнах 4 повернутыми на 45° относительно их продольной оси.
На фиг. 1C изображено другое положение поворота, в котором плечи 3 повернуты на 90° относительно продольной оси кронштейнов 4, так что самая длинная боковая поверхность четырехгранного профиля ориентирована горизонтально.
В зависимости от положения поворота плеч 3 они создают разный момент сопротивления во встроенном состоянии стабилизатора 100, когда на него действует усилие в направлении нагрузки. При этом положение 0° на фиг. 1A является самой жесткой настройкой стабилизатора 100, поскольку вертикальный четырехгранный профиль в этом положении обладает наибольшей изгибной жесткостью. Напротив, положение 90° на фиг. 1C является самой «мягкой» настройкой стабилизатора 100. За счет регулирования ориентации четырехгранных профилей 3, например, в сервисе, можно тем самым изменить впоследствии свойства жесткости стабилизирующего устройства 100.
Разъединяемая жесткая связь плеч 3 со спинкой 1, посредством которой устанавливаются разные положения их поворота, подробно показана на фиг. 2 в разобранном виде.
Кронштейн 4 содержит на верхнем конце зубчатое колесо 5 с торцевыми зубьями 5a. Ответно ему соответствующий конец 6 закрепленного на нем плеча 3 выполнен с ребром 6а, которое вводится в зацепление с торцевыми зубьями 5а на выбор в трех разных положениях поворота.
На фиг. 2 показана горизонтальная ориентация ребра 6a, которое приводит к показанной на фиг. 1А ориентации 0° четырехгранного профиля 3. Ребро 6a может вводиться в зацепление с торцевыми зубьями 5а повернутым дополнительно либо на 45°, либо на 90°, в результате чего возникают положения поворота на фиг. 1В и 1С.
Зубчатое соединение 5, 5a, 6, 6a образует тем самым жестко входящее в зацепление между собой зубчатое соединение осевого действия с радиально проходящими зубьями, которое приводит к жесткому, однако, легко разъединяемому соединению с геометрическим замыканием кронштейна 4 с плечом 3. В зубчатом колесе 5 и в ребре 6а выполнено по центру по одному отверстию, причем на фиг. 2 видно только сквозное отверстие 5b в зубчатом колесе 5. В состоянии зацепления оба отверстия соосны и служат для осевого свинчивания кронштейна 4 с плечом 3, когда они посредством зубчатого соединения находятся в зацеплении.
Сопоставимо с первым зубчатым соединением 5, 5а, 6, 6a противоположный конец плеча 3 с помощью второго зубчатого соединения 10, 10а, 11, 11a также с возможностью разъединения жестко закреплен на крепежном устройстве 14, 15, 20.
При этом уголок 14 крепежного устройства также содержит зубчатое колесо 11 с обращенными к плечу 3 торцевыми зубьями 11a. Зубчатое колесо 11 выполнено конструктивно аналогично зубчатому колесу 5. Зубчатое колесо 11 вставлено в круглое отверстие 13 уголка 14 и сварено с ним. На обращенном к уголку 14 конце 10 плеча 3 предусмотрено второе ребро 10a, которое вводится в зацепление с торцевыми зубьями 11a зубчатого колеса 11. При этом зубчатое колесо 11 также имеет центральное сквозное отверстие 12. В центре ребра 10а также выполнено отверстие 10b. В состоянии зацепления оба отверстия соосны и служат для осевого свинчивания плеча 3 с уголком 14.
Крепежное устройство 14, 15, 20 служит для присоединения стабилизатора 100 к переднему мосту коммерческого автомобиля. В отношении конструкции крепежного устройства 14, 15, 20 изобретение не ограничено определенной конструкцией. Однако крепежное устройство может включать в себя различные компоненты, которые сами по себе известны из уровня техники и кратко описаны ниже.
Крепление колеса осуществляется посредством U-образного крепежного элемента 20, на обращенной к колесу стороне 22 которого расположены четыре крепежные втулки 21. Крепежный элемент 20 закреплен на уголке 14 соединительной тягой 15. Последняя выполнена в форме гантели и имеет верхнее 16 и нижнее 18 посадочные кольца. В них вставлены резиновые подшипники 17 с центральным сквозным отверстием в каждом, которые выполнены для вставки винтов 19.
Верхний винт 19 служит для свинчивания соединительной тяги 15 с U-образным креплением 20 для колеса, причем верхнее посадочное кольцо 16 свинчено посредством винта 19 с цилиндрической заглушкой 22, расположенной на обращенной к соединительной тяге 15 стороне крепления 20. Нижний винт 19 служит для свинчивания соединительной тяги 15 с уголком 14.
На фиг. 2 (см. также фиг. 3) далее видно, что на обоих концах выполненного в виде полой трубы торсиона 2 размещено по одной точено-фрезерованной детали 8, причем на фиг. 2 виден только ее выступающий из полой трубы 2 концевой участок 8b.
Этот выступающий участок 8b имеет некруглое сечение с прямым боковым контуром 8d и скругленными верхним и нижним контурами 8e. Концевой участок 8b жестко удерживается с геометрическим замыканием в имеющей ответную форму сквозной выемке 7 соответствующего кронштейна 4. Это соединение дополнительно фиксировано резьбовым элементом. Для этого концевой участок 8b имеет сквозное отверстие 8c. Кроме того, кронштейн имеет в нижней части выемки 7 также сквозное отверстие 9. Оба сквозных отверстия 8c, 9 соосны, если концевой участок 8b полностью вставлен в выемку 7, так что торсионная труба 2 с помощью сквозных отверстий 8с, 9 может быть свинчена с кронштейном 4.
На фиг. 3 изображен разрез спинки 1 стабилизатора. Видно, что торсион 2 выполнен в виде полой трубы. На ее концах посредством заглушек 8а закреплены точено-фрезерованные детали 8. Для этого заглушки 8a имеют диаметр, соответствующий внутреннему диаметру торсионной трубы 2. Точено-фрезерованные детали сварены с торсионной трубой 2.
Разрез на фиг. 4 показывает упомянутое выше осевое свинчивание соединения плеча 3 как с кронштейном 4, так и с уголком 14. Осевое свинчивание и стягивание зубчатых соединений 5, 5a, 6, 6a, 10, 10a, 11, 11a выполнено в данном примере расположенными по центру шпильками. Они ввинчиваются через соответствующие сквозные отверстия 24 кронштейна 4 и уголка 14 в соосные сквозные отверстия 23, 25, проходящие от концов 6, 10 с ребрами 6a, 10a к центру плеча 3. В сквозных отверстиях 23, 25 нарезана внутренняя резьба.
Хотя изобретение описано со ссылкой на определенные примеры своего осуществления, для специалиста является очевидным, что могут быть выполнены различные изменения и использованы эквиваленты в качестве замены, не выходящие за рамки изобретения. Дополнительно может быть выполнено большое число модификаций, также не выходящих за рамки изобретения. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами своего осуществления, а должно включать в себя все примеры своего осуществления, подпадающие под объем охраны формулы изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - спинка стабилизатора
2 - торсион
3 - плечо
4 - кронштейн
5 - зубчатое колесо
5a - торцевые зубья
5b - сквозное отверстие
6, 10 - конец плеча
7 - выемка
8 - точено-фрезерованная деталь
8a - заглушка
8b - концевой участок точено-фрезерованной детали
8c - сквозное отверстие
8d - прямой боковой контур конца
8e - скругленный внешний контур конца
9, 10b - сквозное отверстие
11 - зубчатое колесо с торцевыми зубьями
11a - торцевые зубья
12 - сквозное отверстие
13 - круглая выемка
14 - уголок
15 - соединительная тяга
16, 18 - посадочное кольцо
19 - винт
20 - крепление колеса
21 - втулка
22 - заглушка
23, 24, 25 - сквозное отверстие
100 - стабилизирующее устройство