ПОВОРОТНЫЙ КУЛАК ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SWIVEL MEMBER FOR TRANSPORT VEHICLE

Изобретение относится к области автомобильной техники и касается поворотного кулака для транспортного средства, в частности для автомобиля.
В обычных автомобилях управление колесом обеспечивается за счет вращения поворотного кулака («corner»), являющегося деталью подвески колеса. При этом на поворотном кулаке монтируется блок подшипника ступицы колеса, служащий подшипниковой опорой колеса автомобиля. В направлении центра автомобиля поворотный кулак устанавливается на шасси с помощью направляющих звеньев подвески колеса (рычагов независимой подвески колеса), в частности на надрамнике. Обычно с помощью верхнего и нижнего рычагов независимой подвески колеса, действующих на поворотный кулак, для него задаются центры тяжести, причем линия, соединяющая оба центра тяжести, образует поворотную ось для поворота поворотного кулака, обычно проходящую в пространстве под углом. Для поворота поворотного кулака и, таким образом, для соответствующего поворота управляемого колеса, установленного на поворотном кулаке, может быть предусмотрен рычаг поворотного кулака (рычаг рулевой трапеции), который действует на поворотный кулак и на который передаются силы, действующие на колеса при их повороте, например, через рулевую трапецию. Поворотный кулак из-за его поворотной функции в отношении колеса, установленного на нем, часто для простоты называют также поворотной опорой колеса.
Наряду с передачей поворота на установленное колесо поворотный кулак должен также воспринимать силы, действующие на само колесо, поскольку на поворотный кулак наряду с весом автомобиля действуют практически все силы, связанные с продольным и поперечным торможением автомобиля, так что поворотный кулак соответственно должен быть выполнен прочным.
Таким образом, с помощью поворотного кулака задается направление движения установленного на нем колеса. Так, например, при движении по прямой направление движения колес постоянно должно быть идеальным образом параллельно продольной оси автомобиля, что, однако, бывает не всегда, поскольку, например, в результате упругой деформации в деталях подвески колеса передние колеса при переднем приводе во время ускорения, как правило, сходятся внутрь («схождение колес»). При идеальном движении по кривой, можно сказать также при нейтральных динамических свойствах все колеса повернуты как раз так, чтобы устанавливался идеальный угол схождения колес. При определенном радиусе кривизны и определенной скорости это идеальное положение колес в ободе должно обеспечивать силу бокового увода колеса, находящуюся в правильном соотношении с соответствующей нормальной силой, действующей на соответствующее колесо. С позиций оси это означает, что силы бокового увода должны действовать в соответствии с осевой нагрузкой. При нарушении этого соответствия динамические свойства приобретают характер избыточной или недостаточной поворачиваемости.
В частности, в случае заднего моста с подвеской колес на продольных рычагах, связанных балкой, закрепленной на кузове, когда рычаги независимой подвески колеса согласно концепции и для улучшения динамических свойств соединены поперечиной рамы, известно, что колеса при движении по кривой конструктивно склонны к движению с избыточной поворачиваемостью, так что в отличие от идеального движения по кривой не все колеса автомобиля оказываются установленными идеально для этого движения по кривой. Вследствие этого при движении по кривой скорее может произойти нежелательный занос задней части кузова автомобиля.
В частности, для решения вышеупомянутой проблемы заднего моста с подвеской колес на продольных рычагах, связанных балкой, укрепленной на кузове, уже рассматривалась активная перестановка поворотных кулаков, несущих колеса, с помощью воздействующего элемента. Однако такая активная перестановка поворотных кулаков в техническом отношении может быть реализована лишь с большими конструктивными затратами, поскольку на поворотных кулаках должны быть предусмотрены по два места установки подшипников с втулками, обеспечивающих вращательную степень свободы. Кроме того, перпендикулярно им должны быть предусмотрены соответствующие регулировочные шайбы или упорные подшипники для передачи сил для поворота поворотных кулаков. Помимо этого, такие места установки подшипников не должны иметь люфта, но иметь легкий ход, должны быть водонепроницаемы и защищены от воздействия окружающей среды, а также обладать соответствующей жесткостью для выполнения своих задач в отношении свойств шасси. Кроме того, необходимо установить рычаг рулевой трапеции, с которым шарнирно соединяется воздействующий элемент.
Другие известные системы для решения этой проблемы рассчитаны на специальные системы осей и не могут быть перенесены на другие системы осей, или они определяют ось шкворня в недостаточной степени.
В отличие от этого задача настоящего изобретения заключается в создании поворотного кулака, с помощью которого направление движения колеса автомобиля, например, в целях противодействия движению с избыточной поворачиваемостью, происходящему в случае с заднего моста с подвеской колес на продольных рычагах, связанных балкой, закрепленной на кузове, можно было бы устанавливать желаемым образом.
Эта задача в соответствии с предложением изобретения решается с помощью поворотного кулака с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения изобретения охарактеризованы с помощью признаков зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно изобретению предложен поворотный кулак (или устройство с поворотным кулаком, или подвеска колеса) для колеса транспортного средства, в частности автомобиля, содержащий участок крепления подшипника ступицы колеса, служащий для закрепления этого подшипника, и участок крепления направляющей системы подвески колеса, служащий для закрепления направляющих звеньев подвески колеса (рычагов независимой подвески колес). При этом существенным является тот факт, что участок крепления подшипника ступицы колеса, служащий для закрепления этого подшипника, установлен с возможностью упругого поворота относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса для закрепления последних. Благодаря этой упругой поворачиваемости участка крепления подшипника ступицы колеса относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса перестановка поворота управляемых колес, т.е. перестановка направления движения в смысле схождения и расхождения колес для колеса, устанавливаемого на подшипнике ступицы колеса, может осуществляться элементарно.
Возможность упругого поворота участка крепления подшипника ступицы колеса относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса может обеспечиваться, по меньшей мере, с помощью одного упругодеформируемого участка поворотного кулака, например с помощью упругодеформируемого связующего звена, соединяющего участок крепления подшипника ступицы колеса с участком крепления направляющих звеньев подвески колеса. Кроме того, с этой целью может быть предусмотрено, по меньшей мере, одно упругое пружинное средство, в частности, в виде листовой рессоры. В частности, в поворотном кулаке согласно изобретению, по меньшей мере, с помощью одного первого упругого пружинного средства, в частности листовой рессоры, может быть задана поворотная ось для поворота участка крепления подшипника ступицы колеса относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса.
В одной из предпочтительных форм выполнения поворотного кулака согласно изобретению поворотная ось, вокруг которой участок крепления подшипника ступицы колеса может упруго поворачиваться относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса, направлена таким образом, что она проходит через параллельную средней оси колеса опорную плоскость последнего, содержащую линию опоры колеса, полагаемого в состоянии опоры идеально круглым, если смотреть в продольном направлении автомобиля, позади опорной линии колеса (т.е. со стороны задней части кузова), (т.е. она проходит через опорную плоскость колеса за его опорной линией). При такой форме выполнения поворотного кулака согласно изобретению под действием боковых сил, возникающих при движении по кривой, а также под действием в этой связи рычага на участок крепления подшипника ступицы колеса может особенно легко возникнуть недостаточная поворачиваемость колеса. Если при этой форме выполнения поворотного кулака согласно изобретению речь идет о поворотном кулаке заднего моста с подвеской колес на продольных рычагах, связанных балкой, закрепленной на кузове, то оказание противодействия избыточной поворачиваемости колеса, обычно происходящей с этим типом осей, оказывается особенно простым. В этом случае можно отказаться от специального средства приведения в действие (воздействующего элемента) для поворота участка крепления подшипника ступицы колеса относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса.
В еще одной из предпочтительных форм выполнения поворотного кулака поворотная ось, вокруг которой участок крепления подшипника ступицы колеса может упруго поворачиваться относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса, направлена таким образом, что она проходит через опорную плоскость колеса впереди линии упора последнего (т.е. со стороны передней части кузова). При такой форме выполнения поворотного кулака согласно изобретению под действием боковых сил, возникающих при движении автомобиля по кривой, а также под действием рычага в этой связи может особенно легко возникнуть избыточная поворачиваемость колеса, так что недостаточной поворачиваемости колеса при необходимости может быть оказано противодействие.
Кроме того, в случае необходимости вместо средства приведения в действие (воздействующего элемента) для поворота участка крепления подшипника ступицы колеса относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса может быть установлено, по меньшей мере, еще одно второе упругое пружинное средство, воздействующее на участок крепления подшипника ступицы колеса таким образом, чтобы благодаря его жесткости при необходимости в сочетании с жесткостью, по меньшей мере, одного первого упругого пружинного средства, соединяющего участок крепления подшипника ступицы колеса с участком крепления направляющих звеньев подвески колеса, достигался желательный поворот участка крепления подшипника ступицы колеса и, таким образом, устанавливался угол схождения колес.
В еще одной из предпочтительных форм выполнения поворотного кулака согласно изобретению для поворота участка крепления подшипника ступицы колеса относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса предусмотрен соответственно установленный воздействующий элемент, в частности, действующий на участок крепления подшипника ступицы колеса. При этом речь может идти, например, о гидравлическом цилиндре. Для управления воздействующим элементом предусмотрено устройство управления и регулирования. Особенно предпочтительной является установка воздействующего устройства, которое действует на участок крепления подшипника ступицы колеса и с помощью которого этот участок может поворачиваться относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса, на участке крепления направляющих звеньев подвески колеса. Поэтому воздействующий элемент может быть благоприятным образом встроен в поворотный кулак.
Если для поворота участка крепления подшипника ступицы колеса относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса предусмотрен воздействующий элемент, то поворотный кулак согласно изобретению выполняется таким образом, что поворотная ось, вокруг которой участок крепления подшипника ступицы колеса может упруго поворачиваться относительно участка крепления направляющих звеньев подвески колеса, направлена так, что она проходит через опорную плоскость колеса вблизи опорной линии или в качестве альтернативы пересекает его линию опоры так, что силовое воздействие на участок крепления подшипника ступицы колеса, а следовательно, и на действующий на него воздействующий элемент благодаря боковым силам, возникающим при движении автомобиля по кривой и действующим на колесо, минимизируется или предотвращается.
В поворотном кулаке согласно изобретению участок крепления подшипника ступицы колеса и участок крепления направляющих звеньев подвески колеса могут быть выполнены за одно целое.
Изобретение относится также к оси автомобиля, в частности к заднему мосту с подвеской колес на продольных рычагах, связанных балкой, закрепленной на кузове транспортного средства, в частности автомобиля, по меньшей мере, с одним поворотным кулаком.
Кроме того, изобретение касается транспортного средства, в частности автомобиля, по меньшей мере, с одним поворотным кулаком.
Изобретение более подробно поясняется на примерах осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг.1 изображает схематически принципиальное устройство поворотного кулака согласно изобретению в первой форме выполнения, вид сверху;
фиг.2 - принципиальное устройство поворотного кулака согласно изобретению по фиг.1 с колесом автомобиля в первой форме выполнения, вид сбоку;
фиг.3 - принципиальное устройство поворотного кулака согласно изобретению во второй форме выполнения, вид сверху;
фиг.4 - принципиальное устройство поворотного кулака согласно изобретению по фиг.3 во второй форме выполнения с элементом крепления направляющих звеньев подвески колеса, повернутым относительно элемента крепления подшипника ступицы колеса, вид сверху.
Одинаковые элементы или элементы с аналогичным действием обозначены на чертежах одинаковыми позициями.
Сначала делается ссылка на фиг.1 и 2, где схематически изображены виды сверху и сбоку первой формы выполнения поворотного кулака согласно изобретению.
Таким образом, поворотный кулак согласно изобретению согласно форме выполнения, изображенной на фиг.1-3, содержит участок крепления подшипника ступицы колеса, везде обозначенный позицией 1, и участок крепления направляющих звеньев подвески колеса, везде обозначенный позицией 2. Кроме того, две листовые рессоры 4, установленные параллельно с относительным интервалом между собой, с помощью соответствующих насадок 6,7, между которыми зажаты обе листовые рессоры 4, с одной стороны соединены с обращенным к листовым рессорам 4 торцом участка 1 крепления подшипника ступицы колеса, а с другой стороны - со связующим участком 3. Связующий участок 3 в свою очередь также соединен с торцевой стороной участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса, так что участок 1 крепления подшипника ступицы колеса и участок 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса соединены друг с другом с помощью связующего участка 3 и обеих листовых рессор 4.
На участке 1 крепления подшипника ступицы колеса смонтирован блок подшипника ступицы колеса для крепления колеса автомобиля, обозначенный в целом позицией 5, содержащий монтажный фланец для монтажа колеса автомобиля и диск тормозного механизма, не показанный более подробно. При этом блок 5 подшипника ступицы колеса установлен в проеме 8 участка 1 крепления подшипника ступицы колеса. Штрихпунктирной линией 9 обозначена средняя ось колеса. На диске тормозного механизма на участка 1 крепления подшипника ступицы колеса установлен также суппорт дискового колесного тормозного механизма (не показан). Если вместо дискового тормозного механизма предусмотрен барабанный тормозной механизм, то на участке 1 крепления подшипника ступицы колеса крепится блок барабанного тормозного механизма.
На участке 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса со стороны, противоположной колесу, действуют несколько рычагов 10 независимой подвески колеса, которые при установленном поворотном кулаке располагаются на шасси или на надрамнике автомобиля. На заднем мосту с подвеской колес на продольных рычагах, связанных балкой, закрепленной на кузове, эти рычаги 10 независимой подвески колеса специально соединяются с рычагами независимой подвески колеса поворотного кулака обоих колес той же оси с помощью поперечины рамы.
Кроме того, на участке 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса в проеме 12 установлен воздействующий элемент 11 для поворота участка 1 крепления подшипника ступицы колеса относительно участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса. Воздействующий элемент 11, в случае которого речь идет, например, о гидравлическом цилиндре, снабжен исполнительным рычагом 15, перемещаемым в его продольном направлении, который посредством шарнирного соединения 14, например шарового шарнира или синхронного карданного шарнира, соединен с насадкой 13, причем последняя установлена с торцевой стороны участка 1 крепления подшипника ступицы колеса, противоположной листовым рессорам 4. При приведении воздействующего элемента в действие, т.е. при выдвижении или задвижении приводного рычага 15, участок 1 крепления подшипника ступицы колеса может поворачиваться относительно участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса. Упругая поворачиваемость участка 1 крепления подшипника ступицы колеса относительно участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса в показанном примере задается листовыми рессорами 4.
Вместо воздействующего элемента может быть установлено еще одно упругое пружинное средство, воздействующее на участок 1 крепления подшипника ступицы колеса таким образом, что благодаря его жесткости в сочетании с жесткостью упругих листовых рессор, соединяющих участки крепления подшипника ступицы колеса и направляющих звеньев подвески колеса, осуществляется желательный поворот участка 1 крепления подшипника ступицы колеса и тем самым устанавливается желательный угол схождения колес.
На фиг.2 изображено, в частности, колесо 21, смонтированное на поворотном кулаке, которое при колесе, полагаемым идеально круглым, устанавливается на опорной плоскости 20 по опорной линии 19 колеса. Как, в частности, можно увидеть на фиг.2, с помощью обеих листовых рессор 4, установленных с интервалом между собой, может быть задана поворотная ось 16 для поворота участка 1 крепления подшипника ступицы колеса относительно участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса. При этом обе листовые рессоры 4 устанавливаются относительно участка 1 крепления подшипника ступицы колеса таким образом, чтобы поворотная ось 16 оказалась под углом к вертикали 17 к опорной плоскости колеса, отличным от 0°. Другими словами, поворотная ось 16 направлена непараллельно вертикали 17. На фиг.2 с помощью изображенной стрелки показано обычное направление движения колеса 21 вперед. В частности, поворотная ось 16, вокруг которой участок 1 крепления подшипника ступицы колеса упруго поворачивается относительно участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса, направлена таким образом, что она проходит через опорную плоскость 20 позади опорной линии 19 колеса 21. Вертикальным соединением 22 между поворотной осью 16 и опорной линией 19 колеса определяется плечо рычага, посредством которого боковые силы, возникающие при движении по кривой, оказывают воздействие на колесо 21 участка 1 крепления подшипника ступицы колеса в направлении его недостаточной поворачиваемости. Если недостаточная поворачиваемость задумана только в порядке противодействия возможному возникновению избыточной поворачиваемости колеса 21 заднего моста с подвеской колес на продольных рычагах, связанных балкой, закрепленной на кузове, можно отказаться от приведения в действие воздействующего элемента 11. Вместе с тем, благодаря воздействующему элементу 11 существует возможность для поворота участка 1 крепления подшипника ступицы колеса относительно участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса, вследствие чего действие рычага 22 может усиливаться или ему может быть оказано противодействие.
Теперь обратимся к фиг.3 и 4, на которых схематически изображены соответствующе виды принципиального устройства поворотного кулака согласно изобретению во второй форме выполнения. Во избежание неизбежных повторов поясняются только различия от форм выполнения на фиг.1 и 2, причем в остальном делаются ссылки на приведенные там соображения.
1
2
В формах выполнения поворотного кулака, изображенных на фиг.3 и 4, последний показан без блока подшипника ступицы колеса. Вместо обеих листовых рессор для осуществления упругого поворота участка 1 крепления подшипника ступицы колеса относительно участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса установлен упругодеформируемый связующий участок 23. Упругодеформируемый связующий участок 23 с одной стороны соединен с обращенной к нему торцевой стороной участка 1 крепления подшипника ступицы колеса и обращенной к нему торцевой стороной участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса. На фиг.4 исходя из нейтрального среднего положения без упругой деформации упругодеформируемого связующего участка 23 показан поворот участка 1 крепления подшипника ступицы колеса в направлении участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса на угол δ и поворот участка 1 крепления подшипника ступицы колеса в направлении от участка 2 крепления направляющих звеньев подвески колеса на угол δ.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
1 - участок крепления подшипника ступицы колеса
2 - участок крепления направляющих звеньев подвески колеса
3 - связующий участок
4 - листовая рессора
5 - блок подшипника ступицы колеса
6 - насадка
7 - насадка
8 - проем
9 - средняя ось колеса
10 - рычаг независимой подвески колеса
11 - воздействующий элемент
12 - проем
13 - насадка
14 - шарнир
15 - исполнительный рычаг
16 - поворотная ось
17 - вертикаль
18 - горизонталь
19 - опорная линия колеса
20 - опорная плоскость колеса
21 - колесо
22 - плечо рычага
23 - упругодеформируемый связующий участок