PL207523B1 - Zespół montażowy do łączenia trzpienia obrotowego koła pojazdu silnikowego z elementem konstrukcyjnym zawieszenia tego koła - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiot niniejszego wynalazku dotyczy zespołu montażowego do łączenia trzpienia obrotowego koła pojazdu silnikowego z elementem konstrukcyjnym zawieszenia tego koła.

W znanych rozwiązaniach połączenia elementu nośnego koła z elementem konstrukcyjnym zawieszenia koła, każde z niekierowanych kół pojazdu silnikowego jest zamontowane obrotowo dookoła elementu sworzniowego, znanego pod nazwą trzpienia obrotowego, który może być przymocowany bezpośrednio do elementu zawieszenia tego koła, takiego jak wahacz wzdłużny połączony z belką skręcaną we wzajemnie połączonym układzie zawieszenia, albo z golenią resorującą połączoną przegubowo z kolei, z przynajmniej jednym elementem zawieszenia, takim jak para trójkątnych wahaczy stabilizacyjnych, w niezależnym układzie zawieszenia.

Z powodu jego prostoty, jednym z najpowszechniej stosowanych układów zawieszenia dla kół tylnych jest układ zawieszenia wzajemnie połączonego, w którym poprzeczna belka skręcana jest połączona na jej poprzecznych końcach z parą wahaczy wzdłużnych, każdym dla odpowiedniego koła. Wahacze te są połączone przegubowo na ich przednich końcach z konstrukcją pojazdu i posiadają odpowiednie trzpienie obrotowe elementów nośnych koła połączone z nimi zwykle poprzez spawanie. Takie sztywne zamontowanie elementu nośnego koła na elemencie strukturalnym zawieszenia (tutaj - wahaczu wzdłużnym) powoduje kontrolowanie przemieszczania się elementu nośnego koła pod obciążeniem, powodowanym przez siły poprzeczne podczas jazdy na zakręcie oraz siły wzdłużne podczas hamowania albo w przypadku uderzenia, głównie poprzez ustępowanie tulei do przegubowego łączenia elementu zawieszenia z konstrukcją pojazdu. Kiedy stosowane są proste układy zawieszenia, takie jak wspomniany powyżej układ zawieszenia wzajemnie połączonego, niemożliwy do uniknięcia konflikt pomiędzy wymaganiami giętkości wzdłużnej z jednej strony, a sztywności poprzecznej układu zawieszenia z drugiej strony, nie może być rozwiązany w sposób zadowalający, ponieważ połączenie układu zawieszenia z konstrukcją pojazdu jedynie poprzez dwie tuleje nie zapewnia wymaganego zachowania.

Nawet znane układy niezależnego zawieszenia, które w ich najprostszych postaciach wykonania zawierają jeden albo dwa wahacze poprzeczne, z którymi połączona jest przegubowo goleń resorująca i jej trzpień obrotowy elementu nośnego koła, nie umożliwiają zadowalającego kontrolowania giętkiego zachowania zawieszenia w odpowiedzi na siły działające na element nośny koła, chyba że zastosuje się bardziej złożone i droższe układy, takie jak, na przykład, układy wielo-łącznikowe, w których kilka prętów łączy trzpień obrotowy elementu nośnego koła z konstrukcją pojazdu.

Zespół montażowy do łączenia trzpienia obrotowego koła pojazdu silnikowego z elementem konstrukcyjnym zawieszenia tego koła, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera giętkie elementy zapewniające zespołowi co najmniej jeden konstrukcyjny stopień swobody wokół osi ścinania o określonej wcześniej orientacji.

Każdy z giętkich elementów jest belką podatną na zginanie wokół osi prostopadłej do jej osi wzdłużnej.

Każdy z giętkich elementów stanowi element płytowy lub łopatkowy podatny na zginanie wokół osi prostopadłej do jego płaszczyzny środkowej.

Giętkie elementy są nachylone względem siebie i tworzą oś ścinania na przecięciu ich płaszczyzn środkowych.

Giętkie elementy są integralne z centralną częścią, do której przymocowany jest trzpień obrotowy koła.

Giętkie elementy są sztywno połączone z wahaczem zawieszenia.

Giętkie elementy są połączone przegubowo, za pomocą tulei, z wahaczem zawieszenia.

Giętkie elementy są nachylone względem osi połączenia przegubowego z wahaczem zawieszenia.

Giętkie elementy są przymocowane na ich poprzecznie wewnętrznych końcach do drugiej centralnej płyty przymocowanej do wahacza zawieszenia po stronie przeciwnej względem trzpienia obrotowego koła.

Giętkie elementy są ustawione w położeniu pionowym, przy czym jeden z nich podtrzymuje trzpień obrotowy w jego górnym położeniu, podczas gdy drugi podtrzymuje trzpień obrotowy w jego dolnym położeniu.

Giętkie elementy są wsparte, po pionowo przeciwległych stronach, na korpusach wspornikowych przymocowanych do wahacza zawieszenia.

PL 207 523 B1

Korpusy wspornikowe wystają z wahacza zawieszenia, jeden pionowo, a drugi poprzecznie, przy czym giętkie elementy zbiegają się do siebie ku dołowi tworząc układ w kształcie „V.

Rozwiązanie, według wynalazku, bazuje na idei zapewnienia giętkiego połączenia pomiędzy elementem nośnym koła i elementem konstrukcyjnym zawieszenia, takim jak wahacz wzdłużny osi belki skręcanej albo trójkątny wahacz stabilizacyjny, poprzez konstrukcję zdolną do zapewnienia co najmniej jednego stopnia swobody typu konstrukcyjnego dookoła osi ścinania, którego orientacja może być określona na etapie projektowania w zależności od wymagań technicznych. Dzięki takiemu giętkiemu połączeniu element nośny koła, pod działaniem sił działających na koło, waha się dookoła osi ścinania, zamiast sztywnego przekazywania tych sił do związanego z nim elementu konstrukcyjnego zawieszenia.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie prostego i taniego układu polepszającego sprężysto-kinematyczne osiągi zawieszenia dla koła pojazdu silnikowego.

Kolejną zaletą wynalazku jest zapewnianie dużej sztywności względem siły dośrodkowej, ale małej sztywności względem zarówno siły hamowania jak i siły uderzenia, w ten sposób zapewniając dobre tłumienie wybojów i dobre prowadzenie na zakrętach.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1, 2 i 3 przedstawiają widoki perspektywiczne odpowiednich korzystnych przykładów wykonania zespołu montażowego, według wynalazku, z jednym konstrukcyjnym stopniem swobody, służącego do łączenia trzpienia obrotowego elementu nośnego koła z wahaczem wzdłużnym połączonego z nim układu zawieszenia, fig. 4 przedstawia widok perspektywiczny korzystnego przykładu wykonania zespołu montażowego, według wynalazku, z dwoma konstrukcyjnymi stopniami swobody, przeznaczonego do łączenia trzpienia obrotowego elementu nośnego koła z wahaczem wzdłużnym połączonego z nim układu zawieszenia oraz fig. 5A, 5B i 5C przedstawiają odpowiednio widok perspektywiczny, widok z góry i rzut pionowy- boczny korzystnego przykładu wykonania zespołu montażowego, według wynalazku, z jednym konstrukcyjnym stopniem swobody, przeznaczonego do łączenia trzpienia obrotowego elementu nośnego koła z parą trójkątnych wahaczy stabilizacyjnych niezależnego układu zawieszenia.

W opisie i dołączonych do niego zastrzeżeniach patentowych okreś lenia takie jak „wzdłużny i „poprzeczny, „wewnę trzny i „zewnętrzny, „przedni i „tylny odnoszą się do położenia zamontowanego na pojeździe.

W odniesieniu najpierw fig. 1, zespół montażowy do łączenia trzpienia obrotowego 11 koła z wahaczem 12 zawieszenia tego koła, takim jak na przykład wahacz wzdłużny przymocowany do końca belki skręcanej we wzajemnie połączonym układzie tylnego zawieszenia, jest ogólnie oznaczona jako 10. Zespół 10 zawiera centralną część 13 do podtrzymywania trzpienia obrotowego 11, która tworzy wzdłużną pionową ściankę, na której zewnętrznej powierzchni przymocowany jest trzpień obrotowy, oraz parę giętkich elementów 14 do łączenia ze sobą części 13 i wzdłużnego wahacza 12. W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 elementy 14 są wykonane integralnie z częścią 13 i są przyspawane na ich swobodnych końcach do wahacza 12.

Każdy łączący giętki element 14 jest prostą belką, której przekrój ma takie charakterystyki sztywnościowe, że element jest podatny na zginanie w kierunku prostopadłym do jego własnej osi wzdłużnej. Przekrój może być na przykład osiowo symetryczny wokół dwóch osi, wzajemnie względem siebie prostopadłych, przy czym geometryczny moment bezwładności wokół jednej osi jest o wiele większy niż dookoła osi drugiej, dzięki czemu element 14 jest podatny na zginanie dookoła tej drugiej osi. Jak pokazano na rysunku, elementy 14 są korzystnie ukształtowane jako łopatki o cienkim prostokątnym przekroju, tak aby były giętkie w kierunku prostopadłym do płaszczyzny środkowej przekroju.

Dzięki giętkości elementów 14, zespół 10 nie funkcjonuje jak sztywny korpus, ale zapewnia stopień swobody typu „konstrukcyjnego wokół osi T, albo osi ścinania, ponieważ umożliwia on pewne odkształcenie skrętne dookoła tej osi w wyniku naprężeń przenoszonych przez koło. Oś T może być utworzona w przybliżeniu na przecięciu płaszczyzn przechodzących przez oś wzdłużną i oś zginania obu elementów 14. Z tego powodu, w przypadku elementów o cienkim prostokątnym przekroju, oś T jest uzyskiwana poprzez przecięcie płaszczyzn środkowych tych elementów.

Stopień swobody wokół osi ścinania T był powyżej nazywany „konstrukcyjnym, ponieważ nie jest on zdefiniowany przez więzy geometryczne (jak jest, w przeciwieństwie do niego, zdefiniowany kinematyczny stopień swobody), ale przez charakterystyki giętkości konstrukcji. Orientacja osi T i sztywność konstrukcji w odpowiedzi na naprężenia skrętne dookoła tej osi zależą od charakterystyk

PL 207 523 B1 sztywnościowych przekroju elementów 14. Z tego powodu, poprzez odpowiedni wybór kształtu i orientacji tych przekrojów można uzyskać sprężyste zachowanie konstrukcji, spełniające wymagane projektowe wymagania techniczne.

Możliwe jest zwłaszcza skupienie wymaganej podatności zawieszenia w zespole montażowym elementu nośnego koła, pozostawiając tulejom połączenia przegubowego (korzystnie wykonanym z materiału tłumiącego) wyłącznie w celu zapewniania izolacji dla wysokich częstotliwości. Tak więc unika się tradycyjnej wady polegającej na przypisaniu celu rozwiązania powyższego kompromisu pomiędzy komfortem i właściwym działaniem tylko tulejom połączenia przegubowego zawieszenia, a różne wymagania robocze są rozdzielone w lepszy sposób pomiędzy różne części układu zawieszenia.

W przykładzie wykonania z fig. 1 dwa łączące giętkie elementy 14 wyznaczają oś ścinania T przechodzącą przez oś obrotu koła i nachyloną zarówno względem płaszczyzny poziomej jak i wzdłużnej płaszczyzny pionowej. Według fig. 1 punkt przecięcia pomiędzy osią T i powierzchnią drogi jest oznaczony jako Q, podczas gdy teoretyczny punkt styku pomiędzy kołem (nie pokazanym) i powierzchnią drogi jest oznaczony jako P.

Ponadto, trzy siły działające na koło, to znaczy siła hamowania, siła dośrodkowa i wzdłużna siła uderzenia są oznaczone odpowiednio jako BF, CF i IF. Siła hamowania BF jest przykładana w punkcie styku P i działa wzdłużnie w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy DD. Siła dośrodkowa CF jest przykładana w punkcie styku P i działa poprzeczne do wewnątrz albo na zewnątrz, w zależności od tego czy pojazd przemieszcza się odpowiednio wzdłuż krzywej skierowanej w lewo lub w prawo. Na koniec, siła uderzenia IF jest przykładana w środku koła i działa wzdłużnie, przeciwnie do kierunku jazdy DD.

Siła hamowania BF i siła uderzenia TF działają z krótkim, a może nawet z zerowym, ramieniem dźwigni względem osi ścinania T, dzięki czemu zespół montażowy 10 bardzo mało ustępuje skrętnie wokół osi T. Z tego powodu zespół montażowy 10 reaguje na te siły w sposób prawie sztywny. Zamiast tego, poprzeczna siła dośrodkowa CF działa z dużym ramieniem dźwigni, a więc doprowadza do znacznego odkształcenia skrętnego konstrukcji. Jednak efekt tego odkształcenia, który zwiększa zbieżność kół, jest korzystny na przykład we wzajemnie połączonym układzie zawieszenia, ponieważ kompensuje on przeciwny efekt spowodowany sztywnym obrotem zespołu belki skręcanej i wahaczy wzdłużnych umożliwionym przez podatność tulei połączenia przegubowego wahaczy.

W przykładzie wykonania z fig. 2 dwa łączące giętkie elementy 14 nie są bezpośrednio przymocowane do wahacza 12 zawieszenia, ale są przymocowane, na przykład za pomocą nitów 16, do centralnej płyty 15 przyspawanej do wahacza 12. Tutaj oś ścinania T jest zorientowana pionowo i znajduje się na zewnątrz koła, zasadniczo na tej samej płaszczyźnie pionowej przechodzącej przez oś obrotu koła.

Trzeci przykład wykonania zespołu montażowego według niniejszego wynalazku jest przedstawiony na fig. 3, gdzie części i elementy identyczne albo odpowiadające tym z fig. 1 i 2 mają nadane te same oznaczenia odsyłające.

W tym przypadku zapewnione są dwie pary łączących giętkich elementów 14 w postaci pionowych cienkich płytek, zbiegających się dwójkami w kierunku na zewnątrz pojazdu. Tak jak w przykładzie z fig. 2, giętkie elementy 14 są przymocowane do centralnej płyty 15 przyspawanej do wahacza 12. Ponadto, elementy 14 są integralnie połączone parami, po stronie zewnętrznej, przez parę centralnych części 13, do których przymocowany jest trzpień obrotowy 11 koła. Konstrukcja jest tak zaprojektowana, aby zapewniać oś ścinania zorientowaną tak jak ta z fig. 2, ale tak aby redukować naprężenia działające na elementy giętkie.

Jak widać, bez względu na ilość i układ elementów łączących, ideą na której bazuje wynalazek jest zapewnienie giętkiego zespołu montażowego przystosowanego do umożliwiania danej podatności skrętnej dookoła osi ścinania w określonej wcześniej orientacji.

Dalszy przykład wykonania wynalazku, dotyczący zespołu montażowego z dwoma konstrukcyjnymi stopniami swobody, jest przedstawiony na fig. 4, na której części i elementy identyczne albo odpowiadające tym z figur poprzednich mają nadane te same oznaczenia odsyłające.

Według tego przykładu wykonania, część 13 wyposażona w trzpień obrotowy 17 koła jest połączona w jej górnych i dolnych częściach, przez parę zasadniczo współosiowych, cylindrycznych części 19, z odpowiednimi elementami oporowymi 18 przymocowanymi do swobodnych końców dwóch giętkich elementów 14 w postaci łopatek, których przeciwległe końce są połączone z odpowiednimi korpusami wspornikowymi 17 podtrzymywanymi przez wzdłużny wahacz 12 zawieszenia.

PL 207 523 B1

Według przykładu z fig. 4, dwa korpusy wspornikowe 17 rozciągają się zasadniczo prostopadle do siebie nawzajem, jeden pionowo do góry, a drugi poprzecznie w kierunku na zewnątrz pojazdu, a elementy 14 w postaci łopatek są tak zorientowane, że zbiegają się ku dołowi. Dzięki takiemu układowi, zespół montażowy ma pierwszą oś ścinania T1, teoretycznie wyznaczoną przez geometryczne przecięcie płaszczyzn środkowych, elementów 14 w kształcie łopatek, oraz drugą oś ścinania T2 odpowiadającą w przybliżeniu osi dwóch cylindrycznych części 19. Podatność konstrukcji dookoła tej drugiej osi T2 jest zapewniona przez małą sztywność skrętną elementów 14 w postaci łopatek.

Oczywiście zapewnienie dalszego konstrukcyjnego stopnia swobody zapewnia większą swobodę działania projektantowi układu zawieszenia, ponieważ poprzez odpowiednie ustawienie orientacji dwóch osi ścinania możliwe jest zaspokojenie będących w konflikcie technicznych wymagań roboczych, które w innym przypadku trudno byłoby do siebie dostosować.

Na koniec, fig. 5A, 5B i 5C przedstawiają przykład zastosowania wynalazku dla układu niezależnego zawieszenia, w którym trzpień obrotowy 11 jest przymocowany do giętkiego zespołu montażowego 10, który ma tylko jeden konstrukcyjny stopień swobody i jest przegubowo połączony z pierwszym dolnym wahaczem poprzecznym 12a za pomocą pary tulei 21, oraz z drugim górnym wahaczem poprzecznym 12b za pomocą tulei 22.

Układ montażowego zespołu 10 jest podobny do tego z fig. 1, na której trzpień obrotowy 11 jest przymocowany do płytowej centralnej części 13, z której przeciwległych końców rozciągają się poprzecznie do wewnątrz dwa giętkie elementy 14 w postaci łopatek, przy czym elementy 14 są tutaj połączone przegubowo z dolnym wahaczem poprzecznym 12a za pomocą tulei 21. Co się tyczy orientacji elementów 14 w postaci łopatek, to mają dla nich zastosowanie komentarze podobne do tych przedstawionych powyżej w odniesieniu do przykładu wykonania z fig. 1. C-kształtny wspornik mocujący 20 rozciąga się do góry z centralnej części 13 i jest przegubowo połączony z górnym wahaczem poprzecznym 12b za pomocą tulei 22.

Oczywiście największa sztywność zespołu montażowego jest osiągnięta dla osi geometrycznych tulei 21 ustawionych prostopadle do płaszczyzny środkowej elementów 14 w kształcie łopatek. Jednak nic nie przeszkadza innemu zorientowaniu osi tulei względem łopatek, jak pokazano w przykładzie wykonania z fig. 5.

W powyższym opisie wynalazek został przedstawiony w odniesieniu do jego zastosowania do mocowania elementu nośnego koła dla koła niekierowanego. Jednakże, dla specjalistów w dziedzinie jest oczywiste, że konstrukcja według wynalazku jest odpowiednia także dla koła kierowanego.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół montażowy do łączenia trzpienia obrotowego koła pojazdu silnikowego z elementem konstrukcyjnym zawieszenia tego koła, znamienny tym, że zawiera giętkie elementy (14) zapewniające zespołowi (10) co najmniej jeden konstrukcyjny stopień swobody wokół osi ścinania (T) o określonej wcześniej orientacji.
2. 2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z giętkich elementów (14) jest belką podatną na zginanie wokół osi prostopadłej do jej osi wzdłużnej.
3. 3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z giętkich elementów (14) stanowi element płytowy lub łopatkowy podatny na zginanie wokół osi prostopadłej do jego płaszczyzny środkowej.
4. 4. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że giętkie elementy (14) są nachylone względem siebie i tworzą oś ścinania (T) na przecięciu ich płaszczyzn środkowych.
5. 5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że giętkie elementy (14) są integralne z centralną częścią (13), do której przymocowany jest trzpień obrotowy (11) koła.
6. 6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że giętkie elementy są sztywno połączone z wahaczem (12) zawieszenia.
7. 7. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że giętkie elementy (14) są połączone przegubowo, za pomocą tulei (21), z wahaczem (12) zawieszenia.
8. 8. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że giętkie elementy (14) są nachylone względem osi połączenia przegubowego z wahaczem (12) zawieszenia.
9. 9. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że giętkie elementy (14) są przymocowane na ich poprzecznie wewnętrznych końcach do drugiej centralnej płyty (15) przymocowanej do wahacza (12) zawieszenia po stronie przeciwnej względem trzpienia obrotowego (11) koła.

   PL 207 523 B1
10. 10. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że giętkie elementy (14) są ustawione w położeniu pionowym, przy czym jeden z nich podtrzymuje trzpień obrotowy (11) w jego górnym położeniu, podczas gdy drugi podtrzymuje trzpień obrotowy (11) w jego dolnym położeniu.
11. 11. Zespół według zastrz. 10, znamienny tym, że giętkie elementy (14) są wsparte, po pionowo przeciwległych stronach, na korpusach wspornikowych (17) przymocowanych do wahacza (12) zawieszenia.
12. 12. Zespół według zastrz. 11, znamienny tym, że korpusy wspornikowe (17) wystają z wahacza (12) zawieszenia, jeden pionowo, a drugi poprzecznie, przy czym giętkie elementy zbiegają się do siebie ku dołowi tworząc układ w kształcie „V.