CZ2005157A3 - Elastické luzko - Google Patents

Abstract

Elastické luzko, zejména ke spojení hnacího agregátu s karoserií vozidla, odolné vuci ohybovým momentum s vektorem kolmým k ose luzka, vykazuje vnitrní jádro (7) s vycnívající stopkou (10), pricemz jádro (7) je na vnejsím prumeru své stopky (10) opatreno trubkovou výztuzí (9), jejíz celo (16) tvoríspolecne s celem stopky (10) jádra (7) rovinnou mezikruhovou dosedací plochu (11). Trubková výztuz (9) je z tvrdsího materiálu nez jádro (7), címz dojde ke zpevnení dosedací plochy (11) v oblastech kritických dotykových tlaku, a tím ke znacném zvýsení odolnosti proti otlacení. Výztuz (9) je perforovaná a zalitá do jádra (7), coz zarucuje jednoduchou výrobu a provozní spolehlivost spojení.

Description

Elastické lůžko

Oblast techniky

Vynález se týká provedení elastického lůžka, zejména k uložení hnacího agregátu ve vozidle, které je zatěžováno dodatečnou silou kolmou k ose centrálního šroubu připevňujícího lůžko.

Dosavadní stav techniky

Elastická lůžka hrníčkového tvaru v podobě uzavřené skříně s vybíhající štíhlou válcovou stopkou jinak nerotačního prostorově tvarového jádra, pokračující dále vyčnívajícím závitovým koncem spojovacího šroubu, jsou standardní, dobře zavedenou a dlouhodobě osvědčenou konstrukcí, užívanou zejména pro upevnění hnacích agregátů nebo náprav k nosné struktuře vozidia. Z důvodu nutnosti naprogramování různé tuhosti lůžka v různých směrech je jádro takového lůžka tvarově značně náročná součást, proto se zpravidla vytváří odlitím ze slitin lehkých kovů, pro jejich dobrou slévatelnost. Taková lůžka velice dobře odolávají silám v axiálním směru zmíněného šroubu, avšak nejsou schopna snášet případná větší zatížení kolmá kose šroubu. Se zavedením tříbodového zavěšení hnacího agregátu ve vozidle jsou však lůžka při zachycení jeho reakčního opěrného momentu do karoserie namáhána značnými silami ve směru použité výkyvné momentové vzpěry, tedy právě kolmo k ose šroubu. U takové konfigurace zatížení lůžka pak dochází k velké kumulaci tlaků v místě krajních vláken konvexních hran styčné příruby jádra, které mohou být pro originální relativně měkký materiál jádra již neúnosné. V této pevnostně kritické partii hran potom nastává trvalá deformace, v krajním případě až vydrolení materiálu. Příruba jádra ztratí svou rovinnost, statickou stabilitu a takto přírubou jádra dostatečně nepodepřený ohybový moment dolehne na nechráněný šroub a je zachycen až dosedací plochou jeho matice. To může vést až k jeho lomu v této rovině s následkem selhání funkce uložení hnacího agregátu a vyřazení celého stroje z provozu.

Je znám patent CZ 294821, který příznivě mění bilanci kritických okrajových tlaků na konvexních hranách příruby v místě krajních vláken vhodnou změnou tvaru příruby jádra z mezikruží na profil I a tím podstatně snižuje základní namáhání této partie. Nevýhodou tohoto řešení jsou nutné konstrukční dopady na sousední díly a úpravy původního ·« ·**·· «4 4444 «4 44 4 4 4 4 4 4 • · · 4 4 4 4 444 • · · 4 4 4*44 4 • · 4 4 4 4 44 4 • ·4 444 44 44 44 444

-2technologického zařízení, proto neumožňuje jednoduchou, okamžitou a průběžnou změnu výroby. Další nevýhodou je nemožnost užití upravených sousedních dílů s původním provedením lůžka, které by bylo vhodné pro silově méně náročné aplikace.

Mezi známý stav techniky patří také německý patent DE 19947759 C2, kde je popisováno uložení pro spojení nápravy s karoserií vozidla. Jádro je složeno ze dvou vzájemně slícovaných dílů, z patního zalitého v pryži ve skříni lůžka a z hlavového, který se kuželovité rozšiřuje a vytváří mezikruhovou dosedací plochu pro styk s rámem.

Oba díly jsou vzájemně slícovány válcovým osazením, soustředným se spojovacím šroubem. Takovýto systém je však výrobně i montážně náročný a proto také značně nákladný a navíc také vyžaduje značné změny sousedících dílů.

Dalším známým stavem techniky je dokument DE 10257105 A1, kde je v jádru lůžka vytvořena válcová dutina soustředná se šroubem a do ní je zalisováno trubkové pouzdro zcela nahrazující stopku jádra, které na svém volném konci vytváří dosedací plochu. Nevýhodou takového řešení je však značná finanční náročnost, způsobená nutnou velkou přesností výroby lícovaných součástí a nedostatečná axiální styčná plocha pouzdra s jádrem na jeho zlisovaném konci, která obtížně odolává značnému předpětí šroubu.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje elastické lůžko k tlumenému spojení dvou dílů podle vynálezu, vykazující vnitřní jádro lůžka s vyčnívající stopkou a s průchozím otvorem pro spojovací šroub, jehož prostřednictvím je jádro připevnitelné k prvnímu dílu. Stopka vykazuje na svém volném konci čelní dosedací plochu pro styk s prvním dílem a jádro lůžka je pružně spojeno se skříní lůžka připevnitelnou ke druhému ze spojovaných dílů. Jádro je na vnějším průměru své stopky opatřeno trubkovou výztuží, která se rozprostírá po alespoň části délky stopky směrem od dosedací plochy pro styk s prvním dílem. Čelo trubkové výztuže leží v jedné rovině s čelem stopky a vytváří tak rovinnou dosedací plochu, tvořenou dvěmi mezikružími vnějším trubkové výztuže a vnitřním stopky jádra. Trubková výztuž je vyrobena z materiálu o vyšší tvrdosti než má materiál jádra, díky čemuž je oblast s největšími dotykovými tlaky, vyskytujícími se v blízkosti krajních vláken průřezu, více odolná proti otlačení. Materiál trubkové výztuže má vyšší teplotu tavení než materiál jádra, čímž je ♦· ···· • · » · · · • · · · · · · · · · • · ·♦···· * ··« ··· ·· ·· ·· ···

-3umožněna snadná výroba vložením trubkové výztuže do formy pro odlití jádra a jejím zalitím taveninou.

Vnější průměr trubkové výztuže je lícován se zahloubením dosedací plochy v prvním dílu, čímž je spoj zajištěn vůči smykovým silám v rovině dosedací plochy. Trubková výztuž vykazuje průchozí nebo z vnitřní strany vytvořená slepá vybrání, do nichž při odlévání zateče tavenina jádra. Tím je zaručeno dokonalé spojení obou součástí a dostatečná sumární axiální styková plocha s materiálem jádra, která zajišťuje dobrou odolnost proti axiálnímu zatížení od síly předpětí šroubu a zatížení lůžka.

Vybrání jsou tvořena až od takové vzdálenosti od dosedací plochy, aby nezasahovala do lícovaného zahloubení v prvním dílu, přičemž s ohledem na průběh ohybového momentu od síly kolmé k ose šroubu působící v elastickém středu lůžka se jejich počet, a tím i součet jejich ploch v příčných řezech trubkové výztuže, zvyšuje směrem od dosedací plochy k zalitému konci výztuže. S ohledem na průběh tohoto momentu je celková délka trubkové výztuže menší než vzdálenost elastického středu lůžka od dosedací plochy. Pokud je lůžko určeno pro namáhání ohybovým momentem s vektorem v podstatě kolmým k ose spojovacího šroubu a neměnícím svou nositelku, jsou první vybrání nejbližší dosedací ploše vytvořena v neutrální ose průřezu výztuže. Trubková výztuž může přitom mít s výhodou stejné vnější zástavbové rozměry jako stopka původně vyráběného homogenního jádra, které přestalo vyhovovat novým náročnějším zatěžujícím podmínkám, plynoucím například z montáže výkonnější pohonné jednotky. Výztuž je potom možno bez větších změn formy vložit do stávající formy pro odlití jádra, čímž je umožněna rychlá a levná adaptace výroby. Při zachování vnějších rozměrů trubkové výztuže shodných s rozměry původní stopky je potom možno vyrábět lůžka s oběma typy jader, vyztuženými i původními homogenními, a bez nutnosti jakýchkoli změn spolupracujících součástí montovat oba typy jader, podle silové náročnosti té které aplikace.

Dalším přínosem tohoto řešení je odstranění stávající diskutované citlivosti kvality materiálu odlitku obecně tvarovaného jádra na licí vady a poréznost, i kolísající hustotu základního materiálu v pevnostně kritické oblasti stopky jádra. Tento problém nevznikne, protože zatížení i v této jeho partii z převážné části přebírá právě programově dimenzovaná trubková výztuž.

• · <· ··<· ·· 9999 ·· ·· · · « * · · • · · · · 9 9 999 • ···« ···· · • * ·««··· · ··· ··· ·· ·· ♦· ···

-4Přehled obrázků na výkresech

Obr.1 znázorňuje částečný řez dotčenou částí upevnění pružného hydrolůžka a Obr.2 axonometrický pohled na trubkovou výztuž jádra. Na Obr. 3 je příčný řez B-B podle Obr.1 vyztuženou stopkou jádra lůžka a na Obr.4 schematicky syntéza tlakového zatížení v krajních vláknech konvexní hrany mezikruhové dosedací plochy jádra lůžka, pro pevnostně technické zdůvodnění předloženého řešení.

Příklad provedení vynálezu

Předložené řešení bude objasněno na příkladu základní analýzy namáhání dílů lůžka 1 v podmínkách tříbodového příčného zavěšení hnacího agregátu motorového vozidla s reakční momentovou vzpěrou.

Komplet lůžka 1_, ukotvený na prvním dílu 3, zde karoserii vozidla, tedy na rámu nebo karoserii vozidla,sestává obligátně z navulkanizovaného pryžového bloku 8, spojujícího plášť 6 a obecně tvarované jádro 7 s výhodou odlévané z druhořadé lehké slitiny, jímž prochází otvorem 18 o průměru d připevňovací šroub 4 a z blíže nedefinovaného tlumícího hydraulického systému bez vztahu k předmětu vynálezu. Choulostivé a pevnostně kritické partie konvexních hran dosedací plochy H jsou opatřeny pomocnou zalitou vložkou v podobě trubkové výztuže 9 o vnějším průměru Das délkou I. Ta zde má konkrétní podobu slepými nebo průchozími otvory 14 opatřeného silnostěnného dutého válcového pouzdra z odolnějšího materiálu s vyšší tavící teplotou.

Po montáži šroubového spoje dosedá mezikruhová dosedací plocha H o vnějším průměru D a o vnitřním průměru g čelně do dna průměrově lícovaného válcového zahloubení 15 prvního dílu 2, zde konzoly motoru, kam je přitlačována pomocí matice 5 základní silou předpětí F šroubu 4. Distribuci přítlaku na mezikruhovou dosedací plochu 11 ještě ovlivňuje velikost průměru d průchozího otvoru pro šroub 4 v konzole 2 a přídavná provozní dynamicky kolísající složka hmotnosti agregátu G. Potom zde syntéza zmíněných sil F,G generuje kolísající, ale přibližně rovnoměrně rozložený parciální tlak pf. Ve směru osy momentové vzpěry hnacího agregátu, která je zpravidla horizontální, pak na lůžko 1 působí značná reakční síla R jako složka, adekvátně zachycující reakční moment zavěšené hnací jednotky. Tato síla střídavě mění svůj smysl i velikost podle momentu, vyvinutého agregátem a podle toho, zdali tento vozidlo pohání, nebo naopak brzdí. Všechny uvedené síly, pokud se obě části 7 a 6 lůžka 1 ·« »··· • · • ··· ·« ···· * · • · »····· ^ ··· *|l ·· 99 99 999

-5vůči sobě toliko posouvají ale nenaklápějí, směřují do elastického středu C neboli středu naklápění lůžka 1. Tento bod C podle Obr.1 je také podle toho definován jako působiště čistě translačních, lůžko 1 zatěžujících sil a jeho poloha na ose šroubu 4 je proto individuálně určena vnitřní konstrukcí lůžka 1, tuhostí a tvarem pryžového bloku 8.

Je evidentní, že reakční síla R, přicházející z karoserie 3 a přenášená na komplet jádra 7 se šroubem 4 přes plášť 6 lůžka 1 a přes pryžový blok 8 do elastického středu C, je od roviny dosedací plochy 11 odlehlá o vzdálenost e. To je podstatné pro způsob zatížení nevelké mezikruhové dosedací plochy 11 jádra 7 od účinků této reakční síly R. Jejím přeložením do roviny dosedací plochy 11 je v tomto místě vyprodukována jednak stejně velká smyková síla (S = - R) a dále klopný moment o velikosti (M = R.e). Aktuální protikus, tedy konzola motoru 2, pak vyvolává reakce, které kritickou dosedací plochu 11 přímo zatěžují tak, jak je znázorněno na Obr.4. Především jde o značný boční tlak na válcovém čele o průměru D relativně mělkého a předem zadaného zapuštění 15 výztuže o hloubce h do konzoly 2, vzniklého rozložením reakce S. Signifikantní je zde nepříjemná lokace otlačení v bezprostředním okolí krajního vlákna 13 konvexní hrany dosedací plochy 11. Dále se v kolmém směru na rovinu dosedací plochy 11 přičítá podstatný přírubový tlak od ohybového momentu M s rozložením, naznačeným na Obr.4, jehož maximum opět připadá na krajní vlákno 13 konvexní hrany dosedací plochy 11. Poslední přídavný vliv má rozložení tlaku Pf od síly předpětí šroubu, který musí převýšit maximální okrajový tlak p_m opačného smyslu. To proto, aby se spoj na protilehlé straně, tedy v okolí krajního vlákna 12 dosedací plochy 11 nerozevíral.

Tento rozklad ukazuje, že pro směr reakční síly R na lůžko 1, znázorněné na Obr.1, dochází k enormní kumulaci povrchových tlakových napětí pf, p_m a p_s právě v blízkém okolí krajního vlákna 13 konvexní hrany dosedací plochy li Stejným postupem lze zjistit podobné přetížení krajního vlákna 12 dosedací plochy 11 pro obrácený směr zatěžující síly - R, přičemž tyto oba otlaky plně odpovídají obrazům opotřebení dosedací plochy 11, zaregistrovaným v praxi.

Je zřejmé, že podle principu akce a reakce působí i stejná kontaktní zatížení zpětně v oblasti konkávní hrany zahloubení 15 o průměru D a hloubce h v konzole 2. Vzhledem k vydutému charakteru tvaru takto dotčených ploch konzoly 2 a k jejich podpoře vydatnou okolní masou však tato nejsou z hlediska geometrické stránky kontaktu nejslabším článkem problému. To je důvod, proč je žádoucí, v exponovaném stykovém místě prioritně navrženým způsobem řešit posílení právě dosedací plochy 11 a nikoli • · · · ··· bezprostředně i příslušné kontaktní partie konzoly 2, i když je tato případně vyrobena ze stejného materiálu.

Penetrační otvory 14 v plášti duté trubkové výztuže 9 jsou umístěny v odlehlostí k od jejího čela 16, mimo dosah zapuštění výztuže 9 do vybrání 15 konzoly 2 o hloubce h a jsou rozmístěny tak, aby ve směru axiálního předpětí šroubu 4 silou F sumárně disponovaly dostatečnou opěrnou styčnou plochu s materiálově relativně měkkým jádrem 7, které jimi jako odlitek proniklo. Perforace válcově sendvičové výztuže 9 otvory 14 je s cílem příznivého rozložení všech druhů namáhání jádra 7 záměrně zhuštěna směrem k jejímu zalitému konci 17 úměrně k úbytku místního ohybového momentu od reakce R. Celková délka I trubkové výztuže 9 je účelná nejlépe do velikosti odlehlosti e elastického středu C lůžka 1 od dosedací plochy Sendvičová výztuž 9 je přitom do licí formy založena tak, aby zde její čelo 16 lícovalo s rovinou čela stopky 10 odlévaného tělesa jádra 7 a zároveň tak, aby se první průchozí nebo slepý penetrační prostor 14 pro taveninu, nejblíže přilehlý k čelu 16 výztuže 9 při odlévání výhodně nacházel poblíž neutrální osy jejího pozdějšího ohybového namáhání zatěžujícím momentem M.

Dostatečnou soudržnost vůči tendenci k vzájemné separaci a jednolitost sendvičových komponent jádra 7, metalurgicky penetrovaného do výztuže 9 pak s ohledem na rozdílnou smrštivost jejich rozdílných materiálů ve vychladlém stavu u popsaného provedení zajišťuje úplné prolití její perforace taveninou, zejména oboustranně poblíž konce 17, dále technologická možnost zařazení dodatečné mechanické rozpínací kalibrace průměru d otvoru 18 pro šroub 4 u příležitosti stávající výroby, nebo v nutném případě i vhodná volba materiálové kombinace komponent sendviče, vykazujících relativně příznivější vzájemnou diferenční smrštivost.

Průmyslová využitelnost

Předložené řešení podle vynálezu je určeno pro koncepčně nové aplikace gumokovových hydrolůžek hrníčkového provedení, uchycené letmo jedním šroubem ve válcové stopce s malou mezikruhovou přírubou, kde přichází požadavek zvýšení jeho příčné únosnosti, přičemž díky nezměněným spolupracujícím součástem lze podle silové náročnosti dané aplikace montovat lůžko stávající homogenní nebo s výztuží podle vynálezu.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY:

   • ·· · · ·· ·· ·· · · ·· · · · · · · • · · · · ··· • · · · · · · · · • ···· ·· · ···· ·· ·· ·····

   1. Elastické lůžko k tlumenému spojení prvního dílu (2) s druhým dílem (3), zejména k uložení hnacího agregátu ve vozidle, vykazující vnitřní jádro (7) lůžka s vyčnívající stopkou (10) a s průchozím otvorem (18) pro spojovací šroub (4), jehož prostřednictvím je jádro připevnitelné k prvnímu dílu (2), přičemž jádro je pružně spojeno se skříní (1) lůžka připevnitelnou ke druhému dílu (3), vyznačující se tím, že jádro (7) je na vnějším průměru své stopky (10) opatřeno trubkovou výztuží (9), která se rozprostírá po alespoň části délky stopky (10), a jejíž čelo (16) tvoří společně s čelem stopky (10) jádra rovinnou mezikruhovou dosedací plochu (11) pro styk s prvním dílem (2).
2. 2. Elastické lůžko podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubková výztuž (9) je vyrobena z materiálu o vyšší tvrdosti než materiál jádra (7).
3. 3. Elastické lůžko podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vnější průměr (D) trubkové výztuže (9) je lícován s válcovým zahloubením (15) v prvním dílu (2), a to alespoň do vzdálenosti (h) od čela (16) výztuže odpovídající hloubce tohoto zahloubení (15).
4. 4. Elastické lůžko podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že trubková výztuž (9) je vyrobena z materiálu s vyšší teplotou tavení než materiál jádra (7), a že je do jádra (7) zalita.
5. 5. Elastické lůžko podle nároku 4, vyznačující se tím, že trubková výztuž (9) je opatřena průchozími a/nebo slepými vybráními (14), které jsou vyplněny materiálem jádra (7).
6. 6. Elastické lůžko podle nároku 5, vyznačující se tím, že až do vzdálenosti (k) od svého čela (16), větší než je hloubka (h) zahloubení (15) prvního dílu (2), je trubková výztuž (9) hladká bez vybrání (14), a že součet ploch vybrání (14) v příčných řezech trubkovou výztuží (9), se zvětšuje směrem od čela (16) výztuže k jejímu zalitému konci (17).

   ·· totototo • · to to · · · · ·· · ·· v ·· ··« • to
7. 7. Elastické lůžko podle nároku 5 nebo 6, v y z n a č u j í c í se tím, že je určeno pro namáhání ohybovým momentem (M), jehož vektor je v podstatě kolmý k ose spojovacího šroubu (4) a nemění svou nositelku, přičemž první vybrání (14) nejbližší čelu (16) výztuže se nachází v neutrální ose průřezu výztuže (9).
8. 8. Elastické lůžko podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že celková délka (I) trubkové výztuže (9) je menší než vzdálenost (e) elastického středu (C) lůžka od čela (16) trubkové výztuže.
9. 9. Způsob výroby elastického lůžka podle nároků 4 až 8, vyznačující se tím, že trubková výztuž (9) je vložena do formy před odlitím jádra (7) tak, že její čelo (16) leží v rovině stěny formy čela stopky.