CN100333933C - 一种消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构 - Google Patents

Abstract

一种消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，属汽车悬架技术领域。本发明的技术特点是在原前叉管前侧设置一个其轴线与前叉管轴线平行、且距离前叉管轴线一定距离的弹簧支架，将承载弹簧平移到弹簧支架上，这样可使作用与上下叉管之间的摩擦力约减少三分之二；并使悬架结构形成一个可上下伸缩的矩形框架，从而提高了悬架的抗弯刚度；并通过板簧在下叉管后方加侧向力的方法，使原来受有复杂力系的下叉管变为只受二个力偶的简单力系，使下叉管上的二个力偶始终平衡，从而可完全消除作用于上下叉管之间的摩擦力，提高了悬架的灵活性，舒适性和使用寿命。同时由于弹簧支架的引入，可允许在前轮上放置制动装置，提高行驶安全性。

Description

一种消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构

技术领域

本发明涉及一种载货用的三轮汽车的悬架结构，属于汽车悬架技术领域。

背景技术

目前载货用三轮汽车前悬架结构多采用如图1所示的叉管式悬架；它主要包括由上叉管7、下叉管3组成的前叉管，装于上下叉管内的阻尼芯2，套于叉管外的承载弹簧5，上联板13及转向轴14等；由于前叉管轴线与铅垂线之间存在20度左右的后倾角α，使通过前轮轴1作用于下叉管的地面反力P出现一个垂直下叉管轴线的侧向力P_x＝Psinα，它将使叉管产生弯曲，并会在上下叉管之间的上叉管衬套6和下叉管衬套4上产生很大的侧压力，从而产生很大的摩擦力，这不仅降低了叉管上下伸缩的灵活性，而且会使衬套和油封早期磨损失效。随着三轮汽车前轮负荷的增加，该摩擦力也随之加大。例如某型号三轮汽车前轮负荷P为800kg，则作用于下叉管下端的侧向力p_x＝274kg，若L₁≈2L₂，可计算出作用于上、下叉管衬套的侧向压力之和N₁+N₂约为820kg，设衬套与叉管之间的摩擦系数为f＝0.2，则作用于上下叉管之间的摩擦力为164kg！若作用于叉管上的地面干扰力小于164kg，则上下叉管不会产生相对滑动，从而也不能通过承载弹簧和阻尼芯缓冲和吸收振动能量，故由于此摩擦力的存在，将大大降低悬架的减振效果和减振器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种可减少或消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，从而提高叉管上下伸缩的灵活性，进一步提高悬架的舒适性和使用寿命以及车辆行驶的安全性。

本发明的技术方案如下：一种消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，包括由上叉管和下叉管组成的前叉管，设置在上下叉管之间的上叉管衬套和下叉管衬套，设置在上下叉管内的阻尼芯以及与前叉管上端部相连的上联板，所述的下叉管衬套的中心距前轮轴中心的距离为L₂，所述上叉管衬套的中心距前轮轴中心的距离为L₁，其特征在于：在所述的前叉管一侧设置一个其轴线与前叉管轴线平行、且距离前叉管轴线为L的弹簧支架，该弹簧支架由外套管，设置在外套管内的导向柱，设置在外套管和导向柱之间的上下支架衬套，设置在导向柱上部的上弹簧座和设置在外套管上的下弹簧座以及设置在上下弹簧座之间的承载弹簧；所述的导向柱的上端部与上联板相连，所述外套管下端部通过下联板与前叉管的下端部连接在一起，构成一个可上下伸缩的矩形框架；所述的L应满足关系式：(Px/Pz)L₂≤L≤(Px/Pz)L₁，其中P_x为地面反力P在下叉管上的侧向分力；P_z为地面反力在下叉管上的轴向分力。

本发明的技术特征还在于：在前叉管后侧沿叉管轴线方向设置一板簧，板簧根部固定在上联板上，并在下叉管上且距前轮轴心为L₁处安装一个滚轮支架及滚轮，使滚轮始终在板簧上滚动；所述的L与L₁应满足关系式P_zL＝P_xL₁。

在上述方案的基础上，本发明所述的板簧其预变形曲线应满足关系式：

W＝2KΔZl³tgα/(3EJ)式中K为弹簧刚度，ΔZ为弹簧压缩变形量，l为滚轮到板簧根部的长度，α为前叉管后倾角，E为板簧的杨氏模量，J为板簧的抗弯截面惯性距。

本发明的技术特征还在于：在本发明所述的弹簧支架的上下支架衬套支间和下支架衬套与外套管底板之间分别设有上、下行程缓冲胶垫。另外在弹簧支架的外套管的上端部与导向柱之间置有防尘套。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性进步：①将原前叉管上的承载弹簧向前平移适当的距离，可使上下衬套之间的正压力N₁、N₂之和约减少三分之二，从而可使上下叉管之间的摩擦力约减少三分之二。承载弹簧平移后再在前叉管上附加一个板簧，通过滚轮将板簧弹性力垂直作用于下叉管上，并满足P_zL＝P_xL₁，则可完全消除作用于上下叉管之间的摩擦力，提高了悬架的舒适性和使用寿命。②将原前叉管与新的弹簧支架上下连板刚性的连接在一起，形成一个矩形框架，提高了抗弯曲刚度，使之有可能在前轮处附加制动装置，提高了车辆的行驶安全性。③在弹簧支架上附加了上下行程缓冲胶垫，提高了车辆的行驶平顺性和舒适性，正常行驶时弹簧起缓冲作用，遇到沟坎或急刹车时缓冲胶套起缓冲作用。

附图说明

图1为现有三轮汽车前叉管的结构及下叉管受力示意图。

图2为本发明提供的不加板簧的悬架结构及受力示意图。

图3为本发明提供的加有板簧的悬架结构及受力示意图。

图4为本发明提供的不加板簧的悬架结构实施例的结构示意图。

图5为本发明提供的加有板簧的悬架结构实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构作进一步的说明。

图2为本发明提供的不加板簧的悬架结构及受力示意图。从图上看悬架结构大致可分为左右两部分，右边是前叉管，左边是弹簧支架，左右两部分外形大致相同，但功能不同，与现有技术(如图1所示)结构的最大区别是在前叉管上没有承载弹簧。前叉管(图1)包括由上叉管7和下叉管3组成的前叉管，设置在上下叉管之间的上叉管衬套6和下叉管衬套4，设置在上下叉管内产生液压阻尼的阻尼芯2以及与前叉管上端部相连的上联板13；所述的下叉管衬套4的中心距前轮轴中心的距离为L₂，上叉管衬套6的中心距前轮轴中心的距离为L₁。弹簧支架设置在前叉管前侧(图4)，其轴线与前叉管轴线平行、且距离前叉管轴线为L，该弹簧支架包括外套管23，设置在外套管内的导向柱19，设置在外套管23和导向柱19之间的上下支架衬套18、22，设置在导向柱上部的上弹簧座15和设置在外套管上的下弹簧座21以及设置在上下弹簧座之间的承载弹簧5。所述的导向柱19的上端部与上联板13相连，所述外套管下端部通过下联板26及销钉27与前叉管的下端部连接在一起，构成一个可上下伸缩的矩形框架；L应满足关系式：(Px/Pz)L₂≤L≤(Px/Pz)L₁，其中P_x为地面反力P在下叉管上的侧向分力；P_z为地面反力在下叉管上的轴向分力。由于Px/Pz等于tgα，故(Px/Pz)L₂≤L≤(Px/Pz)L₁也可表达为L₂tgα≤L≤L₁tgα，其中α为前叉管的后倾角。

弹簧支架的主要功能是放置承载弹簧5，及上下行程缓冲胶垫20和24.，承载弹簧是放在上下弹簧座15，21内，上弹簧座是套于导向柱19处，并靠在上联板13下端面，下弹簧座21是套装在外套管23上，并以纲丝卡环固定；在导向柱与外套管之间置有上下支架衬套18，22，上支架衬套18是通过钢丝卡环固于外套管上沿，下衬套22是通过纲丝卡环固于导向柱的下端，在弹簧支架的外套管23的上端部与导向柱19之间置有防尘套17，以防尘土进入导向柱与外套管的间隙内，衬套以润滑脂润滑。在所述的弹簧支架的上下支架衬套18、22之间和下支架衬套22与外套管底板25之间分别设有上、下行程缓冲胶垫20、24。以防止悬架上下振动时发生刚性碰撞。弹簧支架导向柱19是通过柱上端的锥面与上联板锥孔固定在一起，外套管下端面与下联板26焊接在一起，下联板又通过销钉27与下叉管固结在一起，这样通过上下联板将弹簧支架和前叉管连接在一起，形成一个可上下伸缩的矩形框架，从而使前悬架的抗弯刚度大为提高，再通过上下联板及有关承力部件的强度设计，使在三轮汽车前轮上加制动变为可能，这对提高三轮汽车行驶的安全性是十分有益的。又由于增加了弹簧支架，使有了足够的空间安装舌形行程缓冲胶垫，使悬架更柔和更舒适。

图3为本发明提供的加有板簧的悬架结构及受力示意图。该结构在前叉管后侧沿叉管轴线方向设置一板簧10，板簧根部固定在上联板13上，并在下叉管上且距前轮轴心为L₁处安装一个滚轮支架9及滚轮8，使滚轮始终在板簧上滚动；所述的L与L₁应满足关系式P_zL＝P_xL₁。板簧采用横截面不变的矩形悬臂梁板簧。正是板簧通过滚轮提供给下叉管平衡所需的侧向力。P_zL＝P_xL₁还可表示为L＝L₁tgα。

本发明的技术要点是将悬架下叉管所受的外力系变为平衡力系。本发明是在下叉管3上距轮轴中心0为L₁处加一个大小与p_x相等，方向与p_x相反的外力F，这样外力F即与P_x构成一个力偶p_xL₁，再把置于前叉管上的承载弹簧向前平移L，移至轴线与前叉管轴线相平行的新的弹簧支架上，弹簧支架下部的外套管23是与下叉管3焊接在一起的，这样加在下叉管上的弹簧力(大小等于P_z)与作用在下叉管轮轴处的地面反力P在下叉管上的轴向分量P_z也构成一个力偶P_zL，若通过参数选择使P_xL₁＝P_zL，则在下叉管上所受的外力即构成平衡力系，则上下叉管衬套6、4处所受的侧向压力N₁+N₂为零，叉管间摩擦力也自然消失。

外力F的获取方法是在靠近前叉管后侧，在上联极13处固定一下垂的悬臂板簧10，在下叉管上距轮中心o为L₁处安装一个滚轮支架9及滚轮8，并让滚轮始终在板簧面上滚动，板簧作用于下叉管的侧向力是通过板簧本身的预变形得到的，要求

F＝P_x，已知P_xL₁＝P_zL    (1)

则要求F＝P_x＝(L/L₁)P_z＝P_ztgα    (2)

式(2)中的p_z是地面垂直反力P在下叉管上的轴向分量，它也等于2支承载弹簧压力，而2支承载弹簧压力又可表达为承载弹簧刚度K与承载弹簧变形ΔZ之积，代入(2)式可求得：

F＝2KΔZtgα    (3)

式(3)即为使下叉管变为平衡力系，在板簧上需施加给下叉管的侧向力。只要满足式(3)，不管地面加于车轮的垂直反力有多大，承载弹簧变形有多少，上下叉管之间的摩擦力恒为零，这正是本发明的独到之处。

本发明采用的板簧是横截面不变的矩形悬臂梁板簧，其侧向力F与板簧横向变形W的关系为

$W=\frac{{\mathrm{Fl}}^3}{3\mathrm{EJ}}---\left(4\right)$

式中l是滚轮所在处到板簧板部的距离，E为板簧的杨氏模量，J是板簧的抗弯截面惯性矩将(3)式代入(4)式，即可求得

W＝2KΔZl³tgα/3EJ    (5)

式(5)即为板簧预变形曲线方程。只要知道式中相关的参数，即可确定W随l变化的形状，即预变形形状。

Claims (5)

1.一种消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，包括由上叉管(7)和下叉管(3)组成的前叉管，设置在上下叉管之间的上叉管衬套(6)和下叉管衬套(4)，设置在上下叉管内的阻尼芯(2)以及与前叉管上端部相连的上联板(13)，所述的下叉管衬套的中心距前轮轴中心的距离为L₂，所述上叉管衬套的中心距前轮轴中心的距离为L₁，其特征在于：在所述的前叉管前侧设置一个其轴线与前叉管轴线平行、且距离前叉管轴线为L的弹簧支架，该弹簧支架由外套管(23)，设置在外套管内的导向柱(19)，设置在外套管和导向柱之间的上下支架衬套(18、22)，设置在导向柱上部的上弹簧座(15)和设置在外套管上的下弹簧座(21)以及设置在上下弹簧座之间的承载弹簧(5)组成；所述的导向柱(19)的上端部与上联板(13)相连，所述外套管下端部通过下联板(26)与前叉管的下端部连接在一起，构成一个可上下伸缩的矩形框架；所述的L应满足关系式：(Px/Pz)L₂≤L≤(Px/Pz)L₁，其中P_x为地面反力P在下叉管上的侧向分力；P_z为地面反力在下叉管上的轴向分力。

2.按照权利要求1所述的消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，其特征在于：在前叉管后侧沿前叉管轴线方向设置一板簧(10)，板簧根部固定在上联板(13)上，并在下叉管(3)上且距前轮轴心为L₁处安装一个滚轮支架(9)及滚轮(8)，该滚轮始终在板簧上滚动；所述的L与L₁应满足关系式P_zL＝P_xL₁。

3.按照权利要求2所述的消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，其特征在于：所述的板簧其预变形曲线应满足关系式，W＝2KΔZl³tga/(3EJ)式中K为弹簧刚度，ΔZ为弹簧压缩变形量，l为滚轮到板簧根部的长度，α为前叉管后倾角，E为板簧的杨氏模量，J为板簧的抗弯截面惯性距。

4.按照权利要求1、2或3所述的消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，其特征在于：在所述的弹簧支架的上下支架衬套(18、22)之间和下支架衬套(22)与外套管底板(25)之间分别设有上、下行程缓冲胶垫(20、24)。

5.按照权利要求4所述的消除三轮汽车前叉管摩擦力的悬架结构，其特征在于：在弹簧支架的外套管(23)的上端部与导向柱(19)之间置有防尘套(17)。

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