CN109606526B - 一种带横杆的u型悬挂系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带横杆的U型悬挂系统。本发明转向套筒位于轮毂空腔内，轮毂安装盘边上。轮轴轴套与转向立轴下端固定连接，使得轮轴轴套在转向立轴转动下而偏转，并且轴套内的轮轴转动不受转动影响。因此在轮毂空腔内实现车轮的转向和转动功能，该设计结构紧凑，转向力矩小，经济耐用；对车轮实行单边固定，方便车轮拆卸；车轮轮轴不受支撑杆固定，由此可传递电机扭力至车轮，无需另行增加转动轴连接轮胎；在该二轮汽车中，由于其整车车轮的菱形布置，各个车轮均具有独立性，并且在悬挂系统中轮胎中心线与转动立轴中心线的重合，此设计可避免行进中的二轮汽车由于车轮的爆裂或者遇到障碍物而产生侧翻现象，安全性能提高。

Description

一种带横杆的U型悬挂系统

技术领域

本发明属于汽车悬挂系统技术领域，涉及一种带横杆的U型悬挂系统。

背景技术

现今，进入第三次开发电动汽车的高潮，电动汽车以节能环保、低噪音易保养等优势逐步获得人们认可，并迅速占领市场，为此，工程师们致力于开发各类电动汽车以应付人们出行需求，两轮汽车是现有机动交通工具中能效最高的一种，它区别于现今主流四轮电动汽车的优势在于：首先，二轮汽车以其滚动阻力小，颠簸源为四轮汽车的四分之一等优点，致使其所需驱动力大大降低，用现有“三电”系统完全胜任，而目前传统新能源汽车一直沿用燃油汽车结构，例如特斯拉系列，比亚迪秦宋系列，宝马i3，i8系列，日产Leaf系列，此类车型均存在“小马拉大车”的弊端，其次，现有的新能源汽车均内置高功率电机，大体量电池，进行高强度充放电，安全系数由此大大降低，而拥有小体量电池，小功率电机，适度的能量密度的二轮汽车在安全上大大提高，且里程数比四轮纯电动更具保障，然后，只要续航里程超过300公里以上的四轮新能源汽车，无一不超过两吨重，且无一不装有超过60千瓦时以上的电池组，每度电均达不到6公里(NEDC工况下)，能效较低，而两轮汽车以其独特结构特点使其重量相对较低，滚动阻力小，颠簸源少，能效大大提高，最后，四轮新能源汽车由其内置零件复杂，能效低，维修困难等缺点致使其车价较高，但仍存在里程焦虑，充电困难，充电时间较长，使用成本较高，经济方便性较差，而两轮汽车结构简单，维修方便，由于其载电量较少，通过普通家用电网便可满足需求，使用便利性大大提高。

汽车悬挂系统是指汽车车架与轮胎间的减震系统与支撑系统的总称。悬挂系统起到支撑车身作用，直接影响车辆稳定性、乘坐感及驾驶性。两轮汽车的悬挂系统区别于四轮的特点在于二轮汽车的悬挂系统具有独立性，而四轮悬挂系统具有左右对称性，即左右悬挂系统均应具有相同减震，支撑及轮胎属性，否则将对汽车操作性、平稳性产生较大影响并威胁行车安全，由于二轮汽车的悬挂系统特殊性，导致传统四轮汽车的常见的八类悬挂系统均无法使用在二轮汽车之上，需另行开发。目前，市场上尚未大批量生产二轮汽车，对于两轮汽车悬挂系统最普遍实现方案为二类：第一类(如图1)，轮胎通过轴承架于轮轴之上，轮轴两段通过支撑杆双边固定。支撑杆可通过齿轮、链条或连杆等连接方式受力而转动，起到转向作用，减震装置则安装于车架与支撑杆或者支撑杆与轮轴之间。第二类(如图2)，车轮轮轴通过支撑杆单边固定，通过转动支撑杆实现车轮转向，减震装置位于车架与支撑杆之间。

以上所提及的二轮汽车的两种悬挂方式的位于支撑杆上的转向套筒均位于车轮外缘，所占空间稍大，转向半径、力矩较大，所提及的第一类，由于轮轴通过支撑杆两端固定，造成车轮的拆卸困难；所提及的第二类，轮轴穿过车轮并单边固定于支撑杆一端，由于轮轴与支撑杆固定连接，因此该轮轴不可传递扭力至车轮，需要在车轮上额外添加传动盘用以驱动车轮转动，结构较为复杂，因此提出一种结构简单的车悬挂系统，其轮轴不与支撑杆固定连接，可直接受电机驱动而转动。

发明内容

本发明的目的就是提供一种带横杆的U型悬挂系统。

本发明包括车轮转动组件、车轮转向组件和车轮弹性悬挂组件；所述的车轮转动组件包括车轮、轮毂、轮毂安装盘、刹车盘和轮轴。轮毂、轮毂安装盘、刹车盘中部均开有轮轴安装孔，各个安装孔同轴设置便于安装轮轴；车轮固定于轮毂之上，轮毂固定于轮毂安装盘中部；刹车盘固定于轮毂安装盘上。轮轴的一端设有法兰，用于力矩传输，传递电机驱动力于车轮；轮轴的另一端穿过轮毂、轮毂安装盘、刹车盘中部轮轴安装孔后固定，轮毂安装盘与轮轴的同步转动；轮轴法兰端与刹车盘之间段外套有轮轴轴套，在轮轴轴套的首位两端轮轴外嵌有第一轮轴轴承和第二轮轴轴承。

所述的车轮弹性悬挂组件包括第一减震弹簧、第二减震弹簧、U型悬架和车架桥。车架桥固定设置在车架前叉上；U型悬架固定于车架上，且U型悬架能够绕安装点旋转。第一减震弹簧、第二减震弹簧连接车架桥与U型悬架，车架的重力通过第一减震弹簧和第二减震弹簧传递给U型悬架；U型悬架上设置有转向套筒，转向套筒外嵌于车轮转向组件中的转向立轴中部台阶。

所述的车轮转向组件包括转向摇臂、转向立轴和转向底座。转向立轴中部台阶外套有转向套筒，在转向套筒的首尾两端转向立轴中部台阶外嵌有深沟球轴承和圆锥滚子轴承。转向立轴的一端与转向摇臂固定连接，转向立轴的另一端通过转向销钉与转向底座固定；转向底座与轮轴轴套固定连接。

作为优选，所述的车轮中心线与转动立轴中心线重合。

作为优选，所述的轮毂通过螺栓组件固定于轮毂安装盘中部；刹车盘通过螺钉固定于轮毂安装盘上。

作为优选，所述的轮轴的另一端设置有螺纹，穿过轮毂、轮毂安装盘、刹车盘中部轮轴安装孔通过轮轴螺母、轮轴垫圈固定。

作为优选，所述的轮轴的另一端还设置键槽，键槽内置键，通过键传递转矩于轮毂安装盘，实现轮毂安装盘与轮轴的同步转动。

作为优选，所述的U型悬架通过螺栓固定于车架上。

作为优选，所述的转向立轴通过转向立轴螺母和转向立轴垫圈对转向摇臂进行径向限位，使其固定于转向立轴一端。

作为优选，所述的转向立轴的另一端为带孔圆轴，该圆轴通过间隙配合插入转向底座圆孔中。

作为优选，所述的转向立轴、转向底座以及转向销钉通过焊接成为一体。

作为优选，所述的转向底座与轮轴轴套焊接为一体。

本发明转向套筒位于轮毂空腔内，轮毂安装盘边上。轮轴轴套与转向立轴下端固定连接，使得轮轴轴套在转向立轴转动下而偏转，并且轴套内的轮轴转动不受转动影响。因此在轮毂空腔内实现车轮的转向和转动功能，该设计结构紧凑，转向力矩小，经济耐用；对车轮实行单边固定，方便车轮拆卸；车轮轮轴不受支撑杆固定，由此可传递电机扭力至车轮，无需另行增加转动轴连接轮胎；在该二轮汽车中，由于其整车车轮的菱形布置，各个车轮均具有独立性，并且在悬挂系统中轮胎中心线与转动立轴中心线的重合，此设计可避免行进中的二轮汽车由于车轮的爆裂或者遇到障碍物而产生侧翻现象，安全性能提高。

附图说明

图1为一种常见的两轮汽车悬挂系统结构示意图；

图2为另一种常见的两轮汽车悬挂系统结构示意图；

图3为本发明的整体结构装配图；

图4为本发明的整体结构分解图；

图5为车轮转向组件和车轮弹性悬挂组件的装配结构示意图；

图6为车轮转向组件内部结构示意图；

图7为本发明车轮转动组件剖视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步的阐述。

如图3和4所示，一种带横杆的U型悬挂系统，包括车轮转动组件、车轮转向组件和车轮弹性悬挂组件；分别用于实现车轮转动、车轮转向和车轮减震。

车轮转动组件包括车轮1、轮毂4、轮毂安装盘5、刹车盘7和轮轴12。轮毂4、轮毂安装盘5、刹车盘7中部均开有轮轴安装孔，各个安装孔同轴设置便于安装轮轴12；车轮1固定于轮毂4之上，轮毂4通过四个螺栓组件6固定于轮毂安装盘5中部；刹车盘7通过八个刹车盘固定螺钉8固定于轮毂安装盘上。轮轴12的一端设有法兰，用于力矩传输，传递电机驱动力于车轮；轮轴12的另一端(设置有螺纹)穿过轮毂4、轮毂安装盘5、刹车盘7中部轮轴安装孔通过轮轴螺母2、轮轴垫圈3固定；同时在轮轴12的另一端设置键槽，键槽内置键11，轮轴可通过键11传递转矩于轮毂安装盘5，实现轮毂安装盘5与轮轴12的同步转动；同时轮毂安装盘5受轮轴螺母2及轮轴垫圈3压紧固定，以防止轮毂安装盘5沿轮轴12径向脱离；轮轴法兰端与刹车盘之间段外套有轮轴轴套9，在轮轴轴套9的首位两端轮轴外嵌有第一轮轴轴承10a和第二轮轴轴承10b。

车轮弹性悬挂组件包括第一减震弹簧15a、第二减震弹簧15b、U型悬架16b和车架桥17。车架桥17固定设置在车架14前叉上；U型悬架16b通过车架螺栓13固定于车架14上，且U型悬架16b能够绕车架螺栓13圆心旋转。第一减震弹簧15a、第二减震弹簧15b连接车架桥17与U型悬架16b，车架14的重力通过第一减震弹簧15a和第二减震弹簧15b传递给U型悬架16b；U型悬架16b上设置有转向套筒16a，转向套筒16a外嵌于车轮转向组件中的转向立轴19中部台阶。

如图5和6所示，车轮转向组件包括转向摇臂18、转向立轴19和转向底座22。转向立轴19中部台阶内嵌于深沟球轴承21a和圆锥滚子轴承21b，且该深沟球轴承21a和圆锥滚子轴承21b外嵌有转向套筒16a，深沟球轴承21a和圆锥滚子轴承21b分别位于转向套筒16a的首尾两端。通过圆锥滚子轴承21b的轴向支撑旋转和径向止推功能，使得转向立轴19可相对转向轴套16a转动也可承受转向底座22与转向套筒16a相互作用力。

转向立轴19一端内嵌于转向摇臂18一端的方孔内，通过推拉转向摇臂18的另一端可实现转向立轴19的正反旋转，并且转向摇臂18通过转向立轴螺母25和转向立轴垫圈24进行径向限位，使其固定于转向立轴19方形区域内。转向立轴19另一端为带孔圆轴，该圆轴通过间隙配合插入转向底座22圆孔中，并通过转向销钉23同时穿过转向立轴19以及转向底座22圆孔中，更好地实现转向立轴19与转向底座22的同步转动；最后对转向立轴19、转向底座22以及转向销钉23进行焊接处理，使其成为一体。该安装方法实现转动立轴19在转动及其车轮跳动时的强度要求，又使得圆锥滚子轴承21b顺利安装于转向立轴19下端台阶之上。轮轴轴套9和转向底座22进行焊接处理使其成为整体，轮轴轴套9与其整个转动系统在转向摇臂18的拉动中实现任意转向。转向轴垫圈20位于转向摇臂18和深沟球轴承21a之间，起到均匀分散转向摇臂18与深沟球轴承21a压力的作用。

同时为防止刹车过程中，车轮受车辆惯性以及轮胎与底面摩擦力的合力作用而产生偏转问题，如图7所示，轮胎中心线须与转动立轴中心线重合，如轮胎中心线不与转动立轴重合，将导致车辆刹车过程中，产生以转动立轴为圆心，以轮胎中心线和转动立轴线的垂直距离为力臂的转向力矩，导致轮胎偏转而造成交通事故。在该二轮汽车中，轮胎中心线与转动立轴中心线的重合以及整车轮系的菱形布置也可避免行进中的二轮汽车由于车轮的爆裂或者遇到障碍物而产生侧翻现象，安全性能提高。

工作原理及过程如下：

在车轮转动组件中，轮轴通过轴承固定于轮轴轴套内，该轮轴一端直接与轮毂安装盘刚性连接，另一端可直接与电机或电机减速机相连，电机经轮轴传递扭力给车轮，实现车轮转动。

在车轮转向组件中，转向立轴通过轴承支撑旋转功能被固定于转向套筒上，转向立轴一端内嵌于转向摇臂一端的方孔内，通过推拉转向摇臂实现转动立轴的正反旋转，该转向立轴的另一端为带孔圆轴，该圆轴通过间隙配合插入转向底座圆孔中，并通过转向销钉同时穿过转向立轴以及转向底座圆孔中，更好地实现转向立轴与转向底座的同步转动，最后对转向立轴、转向底座以及转向销钉进行焊接处理，使其成为一体。该安装方法实现转动立轴在转动及其车轮跳动时的强度要求，又使得轴承顺利外嵌于转向立轴下端台阶之上。由此，轮轴轴套与其整个转动系统在转向摇臂的拉动中实现任意转向。

在车轮悬挂系统中，车架桥固定于车架前叉之上。U型悬架通过螺栓使其固定于车架上，且可以绕车架螺栓圆心旋转。减震弹簧连接车架桥与U型悬架，车架重力将通过减震弹簧传递给U型悬架，并通过转向立轴、轮轴轴套等部件传予车轮。

本发明适用于两轮汽车的U型悬架，使车轮类似于四轮汽车进行单边拆卸。转动立轴通过轴承固定于转向套筒上，该转向立轴一端内嵌于转向摇臂一端的方孔内，通过推拉转向摇臂的另一端可实现转向立轴的正反旋转；转向立轴另一端与转向底座以及轮轴轴套通过焊接成为一个整体。轮轴轴套与其整个转动系统在转向摇臂的拉动中实现任意转向。减震弹簧连接车架桥与U型悬架，车架重力将通过减震弹簧传递给U型悬架，并通过转向立轴、轮轴轴套等部件传予车轮。转向套筒与轮轴轴套均位于轮毂空腔内，即转向功能与转动功能均在轮毂空腔内得以实现，具有结构紧凑，简单，转向力矩小等优点。

Claims (9)

1.一种带横杆的U型悬挂系统，包括车轮转动组件、车轮转向组件和车轮弹性悬挂组件；其特征在于：所述的车轮转动组件包括车轮、轮毂、轮毂安装盘、刹车盘和轮轴；轮毂、轮毂安装盘、刹车盘中部均开有轮轴安装孔，各个安装孔同轴设置便于安装轮轴；车轮固定于轮毂之上，轮毂固定于轮毂安装盘中部；刹车盘固定于轮毂安装盘上；轮轴的一端设有法兰，用于力矩传输，传递电机驱动力于车轮；轮轴的另一端穿过轮毂、轮毂安装盘、刹车盘中部轮轴安装孔后固定，轮毂安装盘与轮轴的同步转动；轮轴法兰端与刹车盘之间段外套有轮轴轴套，在轮轴轴套的首位两端轮轴外嵌有第一轮轴轴承和第二轮轴轴承；

所述的车轮弹性悬挂组件包括第一减震弹簧、第二减震弹簧、U型悬架和车架桥；车架桥固定设置在车架前叉上；U型悬架固定于车架上，且U型悬架能够绕安装点旋转；第一减震弹簧、第二减震弹簧连接车架桥与U型悬架，车架的重力通过第一减震弹簧和第二减震弹簧传递给U型悬架；U型悬架上设置有转向套筒，转向套筒外嵌于车轮转向组件中的转向立轴中部台阶；

所述的车轮转向组件包括转向摇臂、转向立轴和转向底座；转向立轴中部台阶外套有转向套筒，在转向套筒的首尾两端转向立轴中部台阶外嵌有深沟球轴承和圆锥滚子轴承；转向立轴的一端与转向摇臂固定连接，转向立轴的另一端通过转向销钉与转向底座固定；转向底座与轮轴轴套固定连接；

所述的车轮中心线与转动立轴中心线重合。

2.如权利要求1所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的轮毂通过螺栓组件固定于轮毂安装盘中部；刹车盘通过螺钉固定于轮毂安装盘上。

3.如权利要求1所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的轮轴的另一端设置有螺纹，穿过轮毂、轮毂安装盘、刹车盘中部轮轴安装孔通过轮轴螺母、轮轴垫圈固定。

4.如权利要求3所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的轮轴的另一端还设置键槽，键槽内置键，通过键传递转矩于轮毂安装盘，实现轮毂安装盘与轮轴的同步转动。

5.如权利要求1所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的U型悬架通过螺栓固定于车架上。

6.如权利要求1所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的转向立轴通过转向立轴螺母和转向立轴垫圈对转向摇臂进行径向限位，使其固定于转向立轴一端。

7.如权利要求6所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的转向立轴的另一端为带孔圆轴，该圆轴通过间隙配合插入转向底座圆孔中。

8.如权利要求1所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的转向立轴、转向底座以及转向销钉通过焊接成为一体。

9.如权利要求1所述的一种带横杆的U型悬挂系统，其特征在于：所述的转向底座与轮轴轴套焊接为一体。

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