CN111994195A - 一种前轮悬挂转向结构及摩托车、电动车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了涉及悬架技术领域的一种前轮悬挂转向结构及摩托车、电动车，包括车架及位于车架前方的前轮，在车架上设置有车把，车把下方设置有转向立管，其特征是，包括，前叉组件、上悬臂组件、下悬臂组件、转向同步组件以及与车架铰接的上减震器及下减震器；本发明1)应力结构合理，抗冲击能力强，尤其是对与摇臂运动方向偏差较大的横向冲击力也具备非常好的结构承受力。2)具备对横向冲击力的缓冲吸能作用，进一步大幅度增加了对横向冲击力的承受力。3)前轮转向倾斜角度可以调节。4)刹车过程中支撑效果较好。

Description

一种前轮悬挂转向结构及摩托车、电动车

技术领域

本发明涉及悬架技术领域，具体地说是一种前轮悬挂转向结构及摩托车、电动车。

背景技术

目前的摩托车、电动车前悬挂在结构上可以大体分为两类：

第一类：套筒式前叉悬挂结构；基本功能包括：支撑、缓冲、转向。目前绝大多数摩托车前悬挂都属于套筒式前叉转向结构。其主要缺点是：1)应力结构不够合理；套筒式前叉悬挂结构本身抗冲击能力存在缺陷，这种结构在冲击力方向与套筒方向大体一致的情况下具备比较好的冲击承受力，反之冲击承受力就会下降。2)刹车过程中支撑效果较差；因为这种悬挂结构在实际应用中为了达到较好的整体操控效果会设计成向车身后方倾斜一定角度，急刹过程中惯性是向前的，向后倾斜的悬挂结构更容易被压缩，倾斜角度越大急刹过程中的支撑力就越差。

第二类：双A臂悬挂结构，双A臂悬挂结构的工作行进方向是一条弧线，倾斜角度是逐渐增加的，初段行进方向接近于垂直向上，刹车过程中支撑效果较好，但是应力结构不够合理。

发明内容

本发明的目的是提供一种前轮悬挂转向结构及摩托车、电动车，以解决现有的摩托车、电动车前悬挂结构不合理的问题。

本发明是这样实现的：一种前轮悬挂转向结构，包括车架及位于车架前方的前轮，在车架上设置有车把，车把下方设置有转向立管，其中，包括，前叉组件、上悬臂组件、下悬臂组件、转向同步组件以及与车架铰接的上减震器及下减震器；

所述前叉组件包括至少一个前叉片，所述前叉片具有与所述前轮的轮毂中心铰接的前端，所述前叉片的顶部向所述前轮侧弯折形成上悬臂支架，在所述上悬臂支架上设置有固定轴，所述固定轴的轴线沿所述前轮的径向方向指向所述前轮的轮毂中心，在所述固定轴的外部套设有轴套，在所述轴套上设置有转向连杆；

所述上悬臂组件包括至少一个上悬臂，所述上悬臂具有与所述转向连杆铰接的前端以及与所述车架铰接的后端；所述上减震器的自由端与所述前叉组件或所述上悬臂组件连接；

所述下悬臂组件包括至少一个下悬臂，所述下悬臂具有与所述前叉组件铰接的前端；

所述转向同步组件包括转向同步杆，所述转向同步杆的顶端与所述转向立管的下端通过万向节连接，在所述转向同步杆的外侧至少设置有一个转向翼板，所述转向翼板与同侧设置的所述下悬臂的后端铰接，所述下减震器的自由端与所述转向同步杆的杆体铰接；所述转向同步杆的杆体与所述固定轴的杆体处于同一纵面上。

优选的，所述前叉片的数量为两个，分别设置于所述前轮的两侧，所述上悬臂支架的两端分别与两所述前叉片的顶端连接，两所述前叉片及所述上悬臂支架包围形成框型结构。

优选的，所述转向连杆的数量为两个，分别对称设置于所述轴套的两侧。

优选的，所述上悬臂的数量为两个，两所述上悬臂基于所述前叉组件的中垂面对称设置；两所述上悬臂的前端分别与两所述转向连杆铰接。

优选的，在两所述上悬臂之间设置有连接轴，所述上减震器的自由端与所述连接轴铰接。

优选的，所述下悬臂的数量为两个，所述下悬臂基于前叉组件的中垂面对称设置；两所述下悬臂的前端分别与同侧的所述前叉片的后端铰接。

优选的，所述转向同步杆的轴线与所述固定轴的轴线平行。

优选的，在所述转向同步杆的下端设置有铰接座，所述下减震器的自由端与所述铰接座铰接。

优选的，所述前叉片的前端的铰接位置与所述下悬臂的后端的铰接位置的距离等于所述前轮的轮毂中心至所述转向同步杆之间的距离。

一种摩托车、电动车，包括如权利要求1-9所述的一种前轮悬挂转向结构。

一种摩托车、电动车，其中，包括如权利要求1-9所述的一种前轮悬挂转向结构。

采用上述技术方案，本发明的优势在于：

1)应力结构合理，抗冲击能力强，尤其是对与摇臂运动方向偏差较大的横向冲击力也具备非常好的结构承受力。

2)具备对横向冲击力的缓冲吸能作用，进一步大幅度增加了对横向冲击力的承受力。

3)前轮转向倾斜角度可以调节。

4)刹车过程中支撑效果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图；

图3是本发明的前叉组件的结构示意图；

图4是本发明的平行布置上悬臂组件的结构示意图；

图5是本发明的A字形布置上悬臂组件的结构示意图；

图6是本发明的转向同步组件的结构示意图；

图7是受竖向冲击情况下不同悬挂系统前轮运动路线效果图；

图8是受载情况下不同悬挂系统车架应力效果图。

效果图。

图中：1—车架，2—前轮，3—车把，4—转向立管，5—上减震器，6—下减震器，7—前叉片，8—上悬臂支架，9—转向连杆，10—下悬臂，11—转向同步杆，12—上悬臂，13—轴套，14—转向翼板，15—十字万向节，16—连接轴，17—铰接座，18—固定轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图5所示，本发明提供了一种前轮悬挂转向结构，包括车架1及位于车架1前方的前轮2，在车架1上设置有车把3，车把3下方设置有转向立管4，转向立管4的上端与车把3的下端固定连接，转向立管4随车把3的转动而转动。

进一步的，本发明包括前叉组件、上悬臂组件、下悬臂组件、转向同步组件以及与车架1铰接的上减震器5及下减震器6。

其中，本发明的前叉组件包括至少一个前叉片7，前叉片7具有与前轮2的轮毂中心铰接的前端。上悬臂组件包括至少一个上悬臂，上悬臂设置于前叉组件的上部，上悬臂具有与前叉组件铰接的前端以及与车架铰接的后端。下悬臂组件包括至少一个下悬臂，下悬臂设置于前叉组件的下部，下悬臂具有与前叉组件铰接的前端。

进一步的，作为一种实施例，前叉片7的数量可以为一个，前叉片7的前端与前轮2的轮毂中心的转轴铰接，前叉片7设置于前轮2的一侧，前叉片7的顶部向前轮2侧弯折形成上悬臂支架8，在上悬臂支架8上设置有固定轴18，固定轴18的轴线沿前轮2的径向方向指向前轮的轮毂中心，在固定轴18的外部套设有轴套13，在轴套13上设置有转向连杆9。前叉组件的倾角即为固定轴18的轴线的倾角，可以通过调整下减震器6的长度改变前叉倾角。

进一步的，作为另一种实施例，前叉片7的数量也可以为两个，分别设置于前轮2的两侧，上悬臂支架8设置于两前叉片7的顶部，两前叉片7及上悬臂支架8包围形成框型结构。转向连杆9的数量为两个，分别对称设置于轴套13的两侧。在两个前叉片7的前端均设置有孔，两个前叉片7的前端与前轮2的轮毂中心的转轴铰接(附图为具有两个前叉片的实施例图)。

进一步的，上悬臂12的数量可以为一个，一个上悬臂12可以安装于前叉组件的一侧或其中垂面上。作为一种实施例，当前叉片7数量为一个时，上悬臂12设置于其同侧，上悬臂12的前端与前叉片7上的转向连杆9铰接；作为一种实施例，当前叉片7数量为两个时，上悬臂12可以设置于其一侧，并与转向连杆9铰接；作为一种实施例，当前叉片7数量为两个时，上悬臂12可以设置于其中垂面上，并与转向连杆9铰接。

进一步的，上悬臂12的数量可以为两个，两个上悬臂12可以基于前叉组件的中垂面对称设置，两个上悬臂12结构相同，两个上悬臂12的前端分别与两个转向连杆9铰接。作为一种实施例，两个上悬臂12的主体互相平行设置；作为另一种实施例，两个上悬臂12的主体的前端间距小于后端间距，呈A字型布置，在靠近两前端位置处设置有连杆连接(附图为具有两个上悬臂的实施例图)。

本发明设置有上减震器5，上减震器5的一端与车架1铰接，另一端与前叉组件或上悬臂组件连接。作为一种实施例，上减震器5的自由端与前叉组件的前叉片7或固定轴18铰接；作为另一种实施例，在两个上悬臂12之间设置有连接轴16，上减震器5的自由端与连接轴16的中部铰接。

作为一种实施例，上悬臂12与转向连杆9的铰接方式为：上悬臂支架8呈圆杆状，在上悬臂12的前端开设通孔，上悬臂12的前端套设于上悬臂支架8上。

上悬臂12可以以与上悬臂支架8的铰接点为中心相对于前叉组件做周向摆动。在固定轴18及转向连杆9的共同作用下，上悬臂12不会在前轮2受到轴向冲击摆动时随之摆动。上悬臂12的运动范围限定于与车架1平行的竖向空间内。

进一步的，下悬臂10的数量可以为一个，设置于前叉组件的一侧，下悬臂10的前端与同侧的前叉片7的后端铰接。作为另一种实施例，下悬臂10的数量可以为两个，分别设置于前叉组件的两侧，同侧的下悬臂10的前端与前叉片7的后端铰接(附图为具有两个下悬臂的实施例图)。下悬臂10与前叉片7的铰接方式为：在下悬臂10的前端及前叉片7的后端之间设置球铰或万向节连接。前叉片7可带动下悬臂10前后运动或上下摆动，同时，下悬臂10可带动前叉片7左右摆动实现转向。

本发明还包括转向同步组件，转向同步组件包括转向同步杆11，转向同步杆11的的顶端与转向立管4连接，优选的，转向同步杆11及转向立管4之间采用十字万向节15连接。在同步架11的侧面设置有至少一个转向翼板14，转向翼板14与下悬臂10的后端铰接。优选的，转向翼板14的数量与下悬臂10的数量相同。作为一种实施例，下悬臂10的数量为两个，转向翼板14的数量为两个，两个下悬臂10的后端分别与同侧的转向翼板14的外端铰接，下悬臂10与转向翼板14的铰接方式为：在下悬臂10的前端及转向翼板14的外端之间设置球铰或万向节连接。

本发明设置有下减震器6，下减震器6的一端与车架铰接，另一端与转向同步杆11的杆体铰接。下减震器6与车架1的铰接位置可设置于车架的中部或下部。作为一种实施例，可以在转向同步杆11的杆体上设置万向节与下减震器6的前端铰接；作为一种实施例，在转向同步杆11的下端设置铰接座17，下减震器6的自由端与铰接座17铰接。优选的，上述所述铰接连接位置均可选用球铰或万向节结构。

优选的，本发明的转向同步杆11的杆体与固定轴18的杆体处于同一纵面上，转向同步杆11及固定轴18的轴线均位于前轮2的中垂面上。轮毂中心轴的位置安装在前轮转向轴心线的前端的位置从而获得拖拽距。

优选的，本发明的上悬臂12、上减震器5及下减震器6与车架1的铰接方式可采用本领域常见铰接方式，以上述结构可基于铰接点周向转动为准。

本发明还提供了一种摩托车、电动车，包括上述一种前轮悬挂转向结构。

如图7所示，附图7由上至下分别为套筒式前叉悬挂结构、双A臂悬挂结构及本发明所述的悬挂转向结构。在车辆行进过程中，前轮受到竖向冲击，套筒式前叉悬挂结构下，前轮只能沿前叉的轴向方向倾斜向上运动，前轮运动方向与车辆行进方向形成夹角a。而，双A臂悬挂结构及本发明所述的悬挂转向结构，在上悬臂及下悬臂支撑作用下，前轮运功轨迹为一条弧线，在受载初期，前轮的运行轨迹接近于垂直向上，具备更好的支撑作用，前叉结构不易被过度压缩。

如图8所示，套筒式前叉悬挂结构、双A臂悬挂结构及本发明所述的悬挂转向结构与车架的连接点分别位于A1、A2、A3所示区域内。套筒式前叉悬挂结构与车架连接点受结构限制，集聚于车架上部最前方区域内，此区域需同时承受竖向及横向的冲击力，受力集中，易损坏；同理，双A臂悬挂结构虽与车架多点连接，但是其所有连接点仍局限于车架上部区域内，此区域需同时承受竖向及横向的冲击力，受力集中，易损坏；而本发明所述的悬挂转向机构，与车架的连接点分布于车架前方上中下不同区域内，前轮所受横向冲击力由下悬臂组件承担，竖向冲击力由上悬臂组件及上减震器分散承担，应力结构合理，抗冲击能力强。

本发明优选实施例为：前叉组件包括对称式设置于车轮两侧的两个前叉片，两前叉片的前端与车轮的轮毂中心铰接，在两前叉片的顶部设置上悬臂支架。上悬臂组件包括呈A字型布置的上悬臂，上悬臂的前端与上悬臂支架上的转向连杆铰接，上悬臂的后端与车架铰接。下悬臂组件包括对称设置于车轮两侧的下悬臂，下悬臂的主体呈直杆状，两下悬臂的前端分别与同侧的前叉片的后端铰接。转向同步组件包括同步杆及对称设置于同步杆两侧的转向翼板，两转向翼板的自由端指向车架的侧后方方向，两转向翼板的自由端分别于同侧的下悬臂的后端铰接。上减震器的一端与车架的上部铰接，另一端与设置于上悬臂组件上的连接轴铰接。下减震器的一端与车架的中部或下部铰接，另一端与转向同步杆的杆体铰接。优选的，前叉组件的倾角与转向同步杆的倾角一致；上悬臂组件前后端的距离与下悬臂前后端的距离相同；前叉片的前端的铰接位置与下悬臂的后端的铰接位置的水平距离等于前轮的轮毂中心至转向同步杆11之间的水平距离。

本发明的工作原理是：

1、减震实现方式

1)竖向冲击：车辆在行驶过程中遇到路面不平的情形，上悬臂，下悬臂会以各自后端铰接点为中心，同时上下摆动。前叉片会在自身倾斜角度不变的情况下上下移动并带动前轮同步移动。与此同时，安装在上悬臂组件上的上减震器会被压缩或释放，吸收掉因为路面不平产生的部分冲击力使车辆保持平稳运行。

2)横向冲击：前轮在受到横向冲击力时，冲击力会经由前叉组件，下悬臂组件，转向同步组件最终传递到下减震器上。下减震器向内被压缩的同时，转向同步组件会以十字万向节中心点为中心，向后旋转改变倾角。前叉组件会以上部转向连杆的铰接点为中心向后旋转，(前叉组件与转向同步组件的倾角保持一致)从而改变前叉的倾斜角度，使前轮向后运动。向后的冲击力消失以后，下减震器的回弹力带动转向同步组件、前叉组件，下悬臂做反向运动使前轮向前运动。

2、转向实现方式

1)前轮的转向：转向时，转向力通过车把传递到转向立管，再从转向立管下端的十字万向节传递到转向同步杆，通过转向同步杆的旋转，经由下悬臂组件带动前叉组件与安装在前叉组件上的前轮同步旋转，同时，在固定轴及轴套的共同作用下，上悬臂组件不会随之摆动。转向同步组件的旋转角度与前叉的旋转角度始终保持一致，下悬臂与转向同步组件，前叉组件，是以球铰连接，在具备上下摆动功能的同时还具备左右摆动的功能。

3、减震及转向同时实现

1)前轮的上下，前后，旋转三个方向同时运动：在受到竖向冲击力时，下悬臂在传递路面的冲击力上下运动的同时还具备传递转向力的功能，并且两个方向的运动互不干扰。在受到横向冲击力时前叉组件倾角与转向同步组件主体的倾角保持一致。在车轮旋转，上下运动的同时具备改变前叉倾角实现前轮横向运动的功能。

本发明的优势在于：

1)应力结构合理，抗冲击能力强，尤其是对与车辆运动方向偏差较大的横向冲击力也具备非常好的结构承受力。

2)具备对横向冲击力的缓冲吸能作用，进一步大幅度增加了对横向冲击力的承受力。

3)前轮转向倾斜角度可以调节。

4)刹车过程中支撑效果较好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种前轮悬挂转向结构，包括车架及位于车架前方的前轮，在车架上设置有车把，车把下方设置有转向立管，其特征是，包括，前叉组件、上悬臂组件、下悬臂组件、转向同步组件以及与车架铰接的上减震器及下减震器；

所述前叉组件包括至少一个前叉片，所述前叉片具有与所述前轮的轮毂中心铰接的前端，所述前叉片的顶部向所述前轮侧弯折形成上悬臂支架，在所述上悬臂支架上设置有固定轴，所述固定轴的轴线沿所述前轮的径向方向指向所述前轮的轮毂中心，在所述固定轴的外部套设有轴套，在所述轴套上设置有转向连杆；

所述上悬臂组件包括至少一个上悬臂，所述上悬臂具有与所述转向连杆铰接的前端以及与所述车架铰接的后端；所述上减震器的自由端与所述前叉组件或所述上悬臂组件连接；

所述下悬臂组件包括至少一个下悬臂，所述下悬臂具有与所述前叉组件铰接的前端；

所述转向同步组件包括转向同步杆，所述转向同步杆的顶端与所述转向立管的下端通过万向节连接，在所述转向同步杆的外侧至少设置有一个转向翼板，所述转向翼板与同侧设置的所述下悬臂的后端铰接，所述下减震器的自由端与所述转向同步杆的杆体铰接；所述转向同步杆的杆体与所述固定轴的杆体处于同一纵面上。

2.根据权利要求1所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，所述前叉片的数量为两个，分别设置于所述前轮的两侧，所述上悬臂支架的两端分别与两所述前叉片的顶端连接，两所述前叉片及所述上悬臂支架包围形成框型结构。

3.根据权利要求2所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，所述转向连杆的数量为两个，分别对称设置于所述轴套的两侧。

4.根据权利要求3所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，所述上悬臂的数量为两个，两所述上悬臂基于所述前叉组件的中垂面对称设置；两所述上悬臂的前端分别与两所述转向连杆铰接。

5.根据权利要求4所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，在两所述上悬臂之间设置有连接轴，所述上减震器的自由端与所述连接轴铰接。

6.根据权利要求2所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，所述下悬臂的数量为两个，所述下悬臂基于前叉组件的中垂面对称设置；两所述下悬臂的前端分别与同侧的所述前叉片的后端铰接。

7.根据权利要求1所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，所述转向同步杆的轴线与所述固定轴的轴线平行。

8.根据权利要求1所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，在所述转向同步杆的下端设置有铰接座，所述下减震器的自由端与所述铰接座铰接。

9.根据权利要求1所述的一种前轮悬挂转向结构，其特征是，所述前叉片的前端的铰接位置与所述下悬臂的后端的铰接位置的距离等于所述前轮的轮毂中心至所述转向同步杆之间的距离。

10.一种摩托车、电动车，其特征是，包括如权利要求1-9所述的一种前轮悬挂转向结构。

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