CZ298963B6 - Elastické lužko - Google Patents

Abstract

Elastické lužko, zejména ke spojení hnacího agregátu s karoserií vozidla, odolné vuci ohybovým momentum s vektorem kolmým k ose lužka, vykazuje vnitrní jádro (7) s vycnívající stopkou (10), pricemž jádro (7) je na vnejším prumeru své stopky (10) opatreno trubkovou výztuží (9), jejíž celo (16) tvoríspolecne s celem stopky (10) jádra (7) rovinnou mezikruhovou dosedací plochu (11). Trubková výztuž (9) je z tvrdšího materiálu než jádro (7), címž dojde ke zpevnení dosedací plochy (11) v oblastech kritických dotykových tlaku, a tím ke znacnému zvýšení odolnosti proti otlacení. Výztuž (9) je perforovaná a zalitá do jádra (7), což zarucuje jednoduchou výrobu a provozní spolehlivost spojení.

Description

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

Elastické lůžko hrníčkového tvaru v podobě uzavřené skříně s vybíhající štíhlou válcovou stopkou jinak nerotačního prostorově tvarovaného jádra, pokračující dále vyčnívajícím závitovým koncem spojovacího šroubu, jsou standardní, dobře zavedenou a dlouhodobě osvědčenou konst15 rukcí, užívanou zejména pro upevnění hnacích agregátů nebo náplast k nosné struktuře vozidla. Z důvodu nutnosti naprogramování různé tuhosti lůžka v různých směrech je jádro takového lůžka tvorbě 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 vozidla jsou však lůžka při zachycení jeho reakčního opačného 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 pevnos25 tně 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 kjeho 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 technologického 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 kuželo40 vitě 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 známých stavem techniky je dokument DE 10257105 Al, 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 zalisovaném konci, která obtížně odolává značnému přepětí šroubu.

-1 CZ 298963 B6

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje elastické lůžko k tlumenému spojení dvou dílů podle vynález, 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 lůžka je pružně spojeno se skříní lůžka připevnitelnou ke druhému ze spojovacích 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. Celo trubkové výztuže leží v jedné rovině s čelem stoplo ky a vytváří tak rovinnou dosedací plochu, tvořenou dvěma 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 umožněna 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 lícova25 ného 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 neměnících 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 odlitá 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 odlitky 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.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje částečný řez dotčenou částí upevnění pružného hydrolůžka a obr. 2 axono50 metrický 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.

-2CZ 298963 B6

Příklad provedení vynálezu

Předložené řešení bude objasněno na příkladu základní analýzy namáhání dílů lůžka 1 v podmín5 kách tříbodového příčného zavěšení hnacího agregátu motorového vozidla s reakční momentovou vzpěrou.

Komplet lůžka 1, ukotvený na druhém dílu 3, zde karoserii vozidla, tedy na rámu nebo karoserii vozidla, sestává obligátně z navulkanizováného pryžového boku 8, spojujícího plášť 6 a obecně ío tvarované jádro 7 s výhodou odlévané z druhořadé lehké slitiny, jímž prochází otvorem 18 o průměru d připevňovací šroub 4 a z blíže nedefinovaného tlumicího hydraulického systému bez vztahu k předmětu vynálezu. Choulostivé a pevnostně kritické partie konvexních hran dosedací plochy 11 jsou opatřeny pomocnou zalitou vložkou v podobě trubkové výztuže 9 o vnějším průměru D a s délkou 1. Ta zde má konkrétní podobu slepými nebo průchozími otvory J_4 opatřeného silnostěnného dutého válcového pouzdra z odolnějšího materiálu s vyšší taviči teplotou.

Po montáži šroubového spoje dosedá mezikruhová dosedací plocha 11 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 F předpětí šroubu 4.

Distribuci přítlaku na mezikruhovou dosedací plochu JT ještě ovlivňuje velikost průměru d průchozího otvoru pro šroub 4 v konzole motoru, tj. prvním dílu 2 a přídavná provozní dynamicky kolísající složka tíhy G hmotnosti agregátu. Potom zde syntéza zmíněných sil, síly F, a složky tíhy G generuje kolísající, ale přibližně rovnoměrně rozložený parciální tlak gf. Ve směru osy momentové vzpěry hnacího agregátu, která je zpravidla horizontální, pak na lůžko 1 působící 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 i vůči sobě toliko posouvají ale nenaklápějí, směřují do elastického středu C neboli středu naklápění lůžka I. 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, tj. druhého dílu 3 a přenášená na komplet jádra 7 se šroubem 4 přes plášť 6 lůžka I a přes pryžový blok 8 do elastického středu C, je od roviny dosedací plochy 11 odlehlá o vzdálenost e. To je podstatné pro způsob zařízení nevelké mezikruhové dosedací plochy JT jádra 7 od účinků této reakční síly R. Jejím přeložením do roviny dosedací plochy JT je v tomto místě vyprodukována jednak stejně velká smyková síla (S = -R) a dále klopný moment o velikost (M = Re). Aktuální protikus, tedy konzola motoru, tj. první díl 2, pak vyvolává reakce, které kritickou dosedací plochu JT přímo zatěžují tak, jakje znázorněno na obr. 4. Především jde o značný boční tlak jy na válcovém čele o průměru D relativně mělkého a předem zadaného zapuštění 15 výztuže o hloubce h do konzoly motoru, tj. prvního dílu 2, vzniklý rozložením reakce S. Signifikantní je zde nepříjemná lokace otlačení v bezprostředním okolí krajního vlákna 13 konvexní hrany dosedací plochy JT· Dále se v kolmém směru na rovinu dosedací plochy 11 přičítá podstatný přírubový tlak g_ffl od ohybového momentu M s rozložením, naznačeným na obr. 4, jehož maximu opět připadá na okraj vlákno JT konvexní hrapy dosedací plochy JT- Poslední přídavný vliv má rozložení tlaku g_f od síly předpětí šroubu, který musí převýšit maximální okrajový tlak g™ 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 i, znázorněné na obr. 1, dochází k enormní kumulaci povrchových tlakových napětí gf, g_Q1 a p_s právě v blízkém okolí krajního vlákna 13 konvexní hrany dosedací plochy JT· Stejným postupem lze zjistit podobné přetížení krajního vlákna 12 dosedací plochy JT pro obrácený směr zatěžující síly -R, přičemž tyto oba otlaky plně odpovídají obrazům opotřebení dosedací plochy JT, zaregistrovaným v praxi.

-3CZ 298963 B6

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 motoru, tj. prvním dílu 2. Vzhledem k vydutého charakteru tvaru takto dotčených ploch konzoly motoru, tj. prvního dílu 2 a kjejich podpoře vydatnou okolní masou však tato nejsou z hlediska geometrické stránky kon5 taktu nejslabším článkem problému. To je důvod, že je žádoucí, v exponovaném stykovém místě prioritě navrženým způsobem řešit posílení právě dosedací plochy 11 a nikoli bezprostředně i příslušné kontaktní partie konzoly motoru, tj. prvního dílu 2, i když je tato případně vyrobena ze stejného materiálu.

io Penetrační otvory 14 v plášti duté trubkové výztuže 9 jsou umístěny v v odlehlosti k od jejího čela 16, mimo dosah zapuštění výztuže 9 do vybrání J_5 konzoly motoru, tj. prvního dílu 2 o hloubce h a jsou rozmístěny tak, aby ve směru axiálního předpětí šroubu 4 silou F sumárně disponovaly dostatečnou opěrnou styčnou plochou 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 1 trubkové výztuže 9 je účelná nejlépe do velikosti odlehlosti e elastického středu C lůžka 1 od dosedací plochy H· 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 kčelu 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 jednotlivosti sendvičových kompo25 nent 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 sendvi30 če, 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

   5 1. Elastické lůžko k tlumenému spojení prvního dílu (2) s druhým dílem (3), zejména k uložení hnacího agregátu ve vozidle, vykazují 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 lůžka (1) připevnitelnou ke druhému dílu (3), vyznačující se tím, že jádro (7) je na vnějším průměru své stopky (10) ío 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

   15 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

   20 (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), která jsou vyplněna materiálem jádra (7).
6. 6. Elastické lůžko podle nároku 5, vyznačující se tím, že až do vzdálenosti (k) od

   30 svého čela (16), která je větší než 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).
7. 7. Elastické lůžko podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že je určeno pro

   35 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

   40 celková délka (1) 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) se vloží do formy před odlitím jádra (7) tak, že její čelo (16) leží v rovině

   45 stěny formy cela stopky.