RU2209743C1

RU2209743C1 - Suspension of vehicle steerable wheel

Info

Publication number: RU2209743C1
Application number: RU2002129304A
Authority: RU
Inventors: А.В. Розбах; А.Л. Дровняшин; И.П. Андрианов
Original assignee: Розбах Александр Владимирович; Дровняшин Андрей Леонидович; Андрианов Игорь Павлович
Priority date: 2002-11-04
Filing date: 2002-11-04
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: transport engineering; two-wheel vehicles. SUBSTANCE: proposed suspension of vehicle steerable wheel contains steering lever one end of which is rigidly connected with wheel axle-shaft, V- shaped reactive lever mated by ends through turnable axle joints with vehicle frame, and by area of intersection of its elements (top) through ball joint, with second end of steering lever. Suspension has also swinging bent lever whose end is connected to vehicle frame through axle turnable joint. Other end of swinging bent lever is coupled with steering lever through additional ball joint. Sizes, shape and relative arrangement of levers are chosen so that geometric lines drawn through centers of ball joints and points of intersection of geometric axes of swinging of V-shaped reactive lever and bent swinging lever with geometric central plane of vehicle, coinciding with middle plane of wheel, form geometric parallelogram with angle in area of steerable wheel equal to 30-70^o. Bent swinging lever is spring-loaded by resilient members secured on vehicle frame. EFFECT: simplified design of vehicle suspension, improved its reliability, and stability and steerability of vehicle. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано при создании наземного двухколесного транспорта с повышенными требованиями к маневрированию. The invention relates to vehicles and can be used to create a ground two-wheeled transport with increased requirements for maneuvering.

Известна подвеска поворотного колеса двухколесного транспортного средства (патент РФ 2041112, МКИ В 65 К 25/16, oп. 1993 г.), включающая поворотный, V-образный и нижний изогнутый рычаги. Известная подвеска позволяет несколько улучшить эксплуатационные характеристики транспортного средства за счет уменьшения момента скручивания нижнего рычага, однако повышенное демпфирование руля и раскачивание подвески при срабатывании уменьшают чувствительность рулевого управления, а потому известная конструкция не находит широкого применения в транспортных средствах с повышенными требованиями к кинематическим характеристикам. Known suspension of a rotary wheel of a two-wheeled vehicle (RF patent 2041112, MKI B 65 K 25/16, op. 1993), including a swivel, V-shaped and lower curved levers. The known suspension allows to slightly improve the operational characteristics of the vehicle by reducing the torque of the lower arm, however, increased damping of the steering wheel and swinging of the suspension when activated reduce the steering sensitivity, and therefore the known design is not widely used in vehicles with increased requirements for kinematic characteristics.

Наиболее близким из известных устройств к описываемому изобретению является подвеска поворотного колеса транспортного средства (Патент Германии 19823002, МКИ В 65 К 25/00, oп. 1999 г.), содержащая поворотный рычаг, один конец которого жестко соединен с осью колеса, реактивный V-образный рычаг, сопряженный концами через поворотные осевые соединения с корпусом транспортного средства, а областью пересечения его элементов ("вершины") через шаровой шарнир - со вторым концом поворотного рычага, и маятниковый изогнутый рычаг, конец которого через осевое поворотное соединение подсоединен к корпусу транспортного средства. The closest known device to the described invention is the suspension of a swivel wheel of a vehicle (German Patent 19823002, MKI B 65 K 25/00, op. 1999), containing a swivel arm, one end of which is rigidly connected to the axis of the wheel, reactive V- a shaped lever, conjugated by the ends through rotary axial connections to the vehicle body, and the area of intersection of its elements ("peaks") through a ball joint - with the second end of the rotary lever, and a pendulum curved lever, the end of which is through an axial The swivel connection is connected to the vehicle body.

Известная конструкция подвески поворотного колеса позволяет расширить пределы проходимости транспортного средства за счет некоторого снижения клевкового эффекта при движении транспортного средства. В то же время такая конструкция предполагает использование сложной многозвенной системы втулок, которые в сумме дают значительный процент погрешности, приводящий к трудностям в управлении при криволинейном движении транспортного средства, поскольку при больших люфтах транспортное средство не будет следовать заданной водителем траектории. Кроме того, элементы подвески подвергаются значительной механической нагрузке, а потому часто выходят из строя, снижая надежность работы транспортного средства в целом. Все это делает известную подвеску малоэффективной для улучшения кинематических характеристик, нетехнологичной в изготовлении и ненадежной в использовании. The known design of the suspension of the swivel wheel allows you to expand the limits of maneuverability of the vehicle due to some reduction in the pecking effect when driving the vehicle. At the same time, this design involves the use of a complex multi-link system of bushings, which in total give a significant percentage of the error, which leads to difficulties in driving with curvilinear movement of the vehicle, since with large backlash the vehicle will not follow the path set by the driver. In addition, the suspension elements are subjected to significant mechanical stress, and therefore often fail, reducing the reliability of the vehicle as a whole. All this makes the known suspension ineffective for improving kinematic characteristics, low-tech in manufacture and unreliable in use.

Таким образом, технический результат, достигаемый, при реализации описываемого изобретения, состоит в упрощении конструкции подвески поворотного колеса транспортного средства, повышении надежности работы транспортного средства, его устойчивости и управляемости при движении. Thus, the technical result achieved by the implementation of the described invention is to simplify the suspension design of the swivel wheel of the vehicle, increasing the reliability of the vehicle, its stability and controllability when driving.

Указанный технический результат достигается тем, что в подвеске поворотного колеса транспортного средства, содержащей поворотный рычаг, один конец которого жестко соединен с полуосью колеса, реактивный V-образный рычаг, сопряженный концами через поворотные осевые соединения с корпусом транспортного средства, а областью пересечения его элементов ("вершины") через шаровой шарнир - со вторым концом поворотного рычага, и маятниковый изогнутый рычаг, конец которого через осевое поворотное соединение подсоединен к корпусу транспортного средства, второй конец маятникового изогнутого рычага связан с поворотным рычагом через дополнительный шаровой шарнир, при этом размеры, форму и взаимное расположение рычагов выбирают таким образом, чтобы геометрические линии, проведенные через центры шаровых шарниров и точки пересечения геометрических осей качания реактивного и маятникового рычагов с геометрической центральной плоскостью транспортного средства, совпадающей со средней плоскостью колеса, образовывали геометрический параллелограмм, угол которого, расположенный в области поворотного колеса, составляет 30-70^o.The specified technical result is achieved by the fact that in the suspension of the swivel wheel of the vehicle containing a swivel arm, one end of which is rigidly connected to the axle of the wheel, a reactive V-shaped arm conjugated by the ends through rotary axial connections to the body of the vehicle, and the area of intersection of its elements ( "peaks") through a ball joint - with the second end of the pivot arm, and a pendulum curved arm, the end of which is connected to the vehicle body via an axial pivot joint On the other hand, the second end of the pendulum curved lever is connected to the pivot lever through an additional ball joint, while the dimensions, shape and relative arrangement of the levers are chosen so that the geometric lines drawn through the centers of the ball joints and the intersection points of the geometric axes of swing of the reactive and pendulum levers with the geometric the central plane of the vehicle, coinciding with the middle plane of the wheel, formed a geometric parallelogram, the angle of which is located in and the swivel wheel is 30-70 ^o .

Предпочтительно полуось колеса и поворотный рычаг выполнить в виде единой цельнолитой или составной детали, дополнительный шарнир разместить на удерживающем элементе, укрепленном в области (условного) соединения поворотного рычага с полуосью, а центр дополнительного шарового шарнира расположить на средней плоскости поворотного колеса, перпендикулярной оси вращения последнего. Preferably, the half shaft of the wheel and the pivot arm are made in the form of a single cast or integral part, an additional hinge is placed on a retaining element mounted in the area of the (conditional) connection of the pivot arm with the half shaft, and the center of the additional ball hinge is located on the middle plane of the rotary wheel perpendicular to the axis of rotation of the last .

При этом удерживающий элемент может быть выполнен, например, в виде выступа или прилива. In this case, the holding element can be made, for example, in the form of a protrusion or tide.

Целесообразно укрепить на корпусе транспортного средства упругие элементы, связанные с маятниковым рычагом. It is advisable to strengthen the elastic elements associated with the pendulum arm on the vehicle body.

Использование рычажной конструкции в совокупности с шаровыми шарнирами, соединяющими рычаги по принципу геометрического параллелограмма, позволяет увеличить жесткость конструкции в целом, удерживать конструкцию в управлении, уменьшить количество втулочных соединений и тем самым значительно снизить процент погрешности в управлении и повысить надежность работы транспортного средства. Использование в кинематической схеме описываемого устройства свойств геометрического параллелограмма позволяет значительно снизить влияние перемещения элементов подвески относительно точки опоры (точки контакта переднего поворотного колеса с дорогой) на расчетные заранее заданные конструктивные параметры транспортного средства - базы (межосевого расстояния, "вылета" - смещения точки контакта колеса с дорогой относительно проекции на дороге точки разворота поворотной оси, угла наклона "поворотного шворня" (в данном случае - условная ось, относительно которой происходит поворот). При этом конструкция описываемой подвески поворотного колеса транспортного средства позволяет переместить центр тяжести транспортного средства в более низкое положение, за счет чего увеличивается антиклевковое действие при торможении. The use of the lever structure in combination with ball joints connecting the levers according to the principle of geometric parallelogram allows to increase the rigidity of the structure as a whole, to keep the structure in control, reduce the number of sleeve connections and thereby significantly reduce the percentage of error in control and increase the reliability of the vehicle. The use of the geometric parallelogram properties in the kinematic diagram of the described device can significantly reduce the influence of the movement of the suspension elements relative to the fulcrum (the contact point of the front swivel wheel with the road) on the calculated predetermined design parameters of the vehicle - the base (center distance, "departure" - displacement of the wheel contact point with the road relative to the projection on the road of the pivot point of the pivot axis, the angle of inclination of the "pivot bolt" (in this case, conditional the axis about which the rotation takes place.) The design of the described suspension of the steering wheel of the vehicle allows you to move the center of gravity of the vehicle to a lower position, thereby increasing the anti-bleak effect when braking.

На чертежах представлена описываемая подвеска поворотного колеса транспортного средства: фиг.1 изображен вид сбоку, на фиг. 2 - вид спереди по разрезу А-А. In the drawings, the described suspension of a turning wheel of a vehicle is shown: FIG. 1 is a side view, FIG. 2 is a front view along section AA.

Подвеска поворотного колеса транспортного средства содержит поворотное колесо 1, установленное с возможностью вращения на полуоси 2, которое жестко состыковано с концом поворотного рычага 3, сопряженного другим концом с реактивным V-образным рычагом 4 посредством шарового шарнира 5, размещенного в области пересечения элементов ("вершины") реактивного V-образного рычага 4, концы которого через поворотные осевые соединения 6 сопряжены с корпусом (рамой) 7 транспортного средства. Маятниковый рычаг 8, один конец которого через поворотные осевые соединения 9 сопряжен с корпусом 7, выполнен изогнутым, с возможностью соединения его второго конца с поворотным рычагом 3 в области соединения последнего с полуосью 2 через шаровой шарнир 10, неподвижная часть которого размещена, например, на выступе или приливе 11. При этом маятниковый рычаг 8 подпружинен упругими элементами 12, укрепленными на корпусе 7 с возможностью удерживания рычага 8 в исходном состоянии. Центры шаровых шарниров 5 и 10 расположены в средней геометрической плоскости транспортного средства, совпадающей со средней плоскостью поворотного колеса 1. The suspension of the turning wheel of the vehicle comprises a turning wheel 1 mounted for rotation on the axle shaft 2, which is rigidly joined to the end of the turning lever 3, conjugated at the other end with the reactive V-shaped lever 4 by means of a ball joint 5 located in the region of intersection of the elements ("tops ") a reactive V-shaped lever 4, the ends of which, through rotary axial joints 6, are coupled to the vehicle body (frame) 7. The pendulum lever 8, one end of which is connected through the rotary axial joint 9 to the housing 7, is curved, with the possibility of connecting its second end to the rotary lever 3 in the area of the latter to the axle shaft 2 through a ball joint 10, the fixed part of which is located, for example, the protrusion or the tide 11. In this case, the pendulum lever 8 is spring-loaded with elastic elements 12, mounted on the housing 7 with the possibility of holding the lever 8 in its original state. The centers of the ball joints 5 and 10 are located in the middle geometric plane of the vehicle, coinciding with the middle plane of the swivel wheel 1.

Форма рычагов 3, 4 и 8, их размеры и их взаимное расположение, а также положение подвижных соединений - шарниров 5, 6, 9 и 10 позволяют сформировать в условном разрезе по средней геометрической вертикальной плоскости транспортного средства, совпадающей со средней плоскостью поворотного колеса 1, геометрический параллелограмм 13, стороны которого образованы геометрическими линиями, проведенными через центры шарниров 5 и 10 и точки пересечения геометрической средней плоскости транспортного средства с геометрическими осями поворота осевых соединений 6 и 9. При этом расстояние l₁ между центрами шаровых шарниров 5 и 10 больше или равно расстоянию l₂ от центра шарнира 5 до оси вращения колеса 1, а угол "L₁" параллелограмма 13, размещенный в области поворотного колеса, составляет 30-70^o.The shape of the levers 3, 4 and 8, their dimensions and their relative position, as well as the position of the movable joints - hinges 5, 6, 9 and 10, allow to form in a conditional section along the geometric mean vertical plane of the vehicle, which coincides with the middle plane of the steering wheel 1, geometric parallelogram 13, the sides of which are formed by geometric lines drawn through the centers of hinges 5 and 10 and the intersection points of the geometric mean plane of the vehicle with the geometric axes of rotation of the axial joints eny 6 and 9. The distance l ₁ between the centers of the ball joints 5 and 10 is greater than or equal to the distance l ₂ from the center of the hinge 5 to the rotation axis of the wheel 1, and the angle "L _1" of the parallelogram 13 disposed in the rotating wheel 30 is -70 ^o .

Поворотный рычаг 3 имеет сложную геометрическую форму, выполняет технические функции связи реактивного V-образного рычага 4 и маятникового рычага 8, обеспечивает крепление колеса 1 на полуоси 2, выполнен с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через центры шаровых шарниров 5 и 10, вправо-влево и в совокупности с другими элементами подвески обеспечивает выполнение заданных функций транспортного средства. The rotary lever 3 has a complex geometric shape, performs the technical communication functions of the reactive V-shaped lever 4 and the pendulum lever 8, provides mounting of the wheel 1 on the axle shaft 2, is made to rotate around the axis passing through the centers of the ball joints 5 and 10, left and right and in conjunction with other elements of the suspension provides the fulfillment of the specified functions of the vehicle.

Руль 14 может быть связан с рычагами 3 и 4 любым известным способом, обеспечивающим приложение боковой силы поворотному рычагу и поворот колеса 1 вокруг оси, проходящей через центры шаровых шарниров 5 и 10. Например, в качестве рулевой передачи может быть осуществлен механический привод с помощью системы тяг 15 и рычага 6 (аналогично приводу автомобильного руля) либо гидравлический привод. The steering wheel 14 may be connected to the levers 3 and 4 in any known manner, providing the application of lateral force to the rotary lever and the rotation of the wheel 1 around an axis passing through the centers of the ball joints 5 and 10. For example, as a steering gear, a mechanical drive can be implemented using the system rods 15 and lever 6 (similar to driving a car steering wheel) or hydraulic drive.

Ступица 17 поворотного колеса 1 содержит полый цилиндрический элемент, к внешней поверхности которого прикреплены спицы колеса 1, а внутренняя полость выполнена с возможностью размещения в ней узла сопряжения полуоси 2 с поворотным рычагом 3, шаровым шарниром 10 и маятниковым рычагом 8. Ступица 17 установлена на полуоси 2 и соединена с ней, например, посредством роликовых подшипников, с возможностью вращения. The hub 17 of the swivel wheel 1 contains a hollow cylindrical element, the spokes of the wheel 1 are attached to its outer surface, and the inner cavity is arranged to accommodate the interface unit of the axle shaft 2 with the pivot arm 3, the ball joint 10 and the pendulum arm 8. The hub 17 is mounted on the axle shaft 2 and is connected to it, for example, by means of roller bearings, rotatably.

Маятниковый рычаг 8 выполнен изогнутым таким образом, чтобы центр укрепленного на его конце шарового шарнира 10 находился на средней геометрической плоскости поворотного колеса 1, перпендикулярной оси вращения последнего. The pendulum arm 8 is made curved so that the center of the ball joint 10 fixed at its end is located on the geometric mean plane of the swivel wheel 1, perpendicular to the axis of rotation of the latter.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При движении транспортного средства по неровностям, при поворотах или торможении колесо 1 под действием сжатия шин поворачивает связанные с ним через полуось 2 и поворотный рычаг 3, V-образный реактивный 5 и изогнутый маятниковый 8 рычаги вокруг геометрических осей соответственно 18 и 19. При управлении поворотные движения руля 14 передают через поворотный рычаг 3 посредством вращения его вокруг геометрической оси 20 на полуось 2 колеса 1. Колесо 1 под действием реактивной силы перемещает маятниковый рычаг 8 вверх-вниз, передавая тем самым реакцию (давление) на самую нагруженную часть корпуса (рамы) 7 транспортного средства посредством амортизаторов - упругих элементов 12. Другие элементы подвески - поворотный 3 и реактивный 4 рычаги не являются подрессоренными и не участвуют в передаче ударных нагрузок на транспортное средство. Маневрирование транспортного средства обеспечивают передачей усилий от руля 14 к поворотному рычагу 3, которые не воспринимают кинематическую нагрузку от маятникового рычага 8. Таким образом, обеспечивается разделение функций гашения колебаний и управления транспортным средством, что способствует повышению точности и легкости управления. Упругие элементы 12, воздействуя, в свою очередь, на маятниковый рычаг 8, стремятся вернуть параллелограмм 13 в исходное состояние, в результате чего геометрические параметры подвески практически не изменяются при ее срабатывании на поворотах, неровностях и при резком торможении. Таким образом, изменение кинематических характеристик транспортного средства в процессе работы описываемой подвески имеет значительно менее выраженный характер. When the vehicle moves on bumps, when cornering or braking, the wheel 1, under the action of tire compression, rotates the levers connected with it through the axle shaft 2 and the rotary lever 3, the V-shaped reactive 5 and the curved pendulum 8 levers around the geometric axes 18 and 19, respectively. the movement of the steering wheel 14 is transmitted through the pivoting lever 3 by rotating it around the geometric axis 20 on the axle shaft 2 of the wheel 1. Wheel 1 under the action of a reactive force moves the pendulum lever 8 up and down, thereby transmitting the reaction (Pressure) to the most loaded part of the housing (frame) 7, a vehicle shock absorbers by - the elastic elements 12. Other elements of the suspension - a rotary jet 3 and 4 are not sprung levers and do not participate in the transmission of shock loads on the vehicle. The maneuvering of the vehicle is ensured by the transfer of forces from the steering wheel 14 to the pivot arm 3, which do not absorb the kinematic load from the pendulum arm 8. In this way, the damping and vibration control functions are separated, which improves the accuracy and ease of control. The elastic elements 12, acting, in turn, on the pendulum lever 8, tend to return the parallelogram 13 to its original state, as a result of which the geometric parameters of the suspension practically do not change when it is triggered by bends, bumps, and under sharp braking. Thus, the change in the kinematic characteristics of the vehicle during the operation of the described suspension is much less pronounced.

Сохранение в динамическом режиме неизменными кинематических параметров транспортного средства, а именно длины, места расположения центра тяжести, расстояний между ним и осями колес, "вылета" и угла наклона поворотного рычага, особенно при криволинейном движении (в поворотах), позволяет водителю точно выдерживать угол наклона и уменьшать радиус поворота, а в целом повысить допустимую скорость маневрирования без ущерба для безопасности водителя, блокировать вращение переднего колеса (пустить на "юз"), что при "вилочной" конструкции передней подвески неминуемо привело бы к опрокидыванию транспортного средства. Keeping in dynamic mode the kinematic parameters of the vehicle unchanged, namely the length, location of the center of gravity, the distance between it and the axles of the wheels, the "departure" and the angle of inclination of the pivot arm, especially during curved movement (in turns), allows the driver to accurately maintain the angle of inclination and reduce the turning radius, and generally increase the permissible maneuvering speed without compromising the safety of the driver, block the rotation of the front wheel (let it go to the front), which is suspension would inevitably lead to a rollover of the vehicle.

Подвеска согласно настоящему изобретению позволяет увеличить скорость движения транспортного средства, не ухудшая его технических характеристик. The suspension according to the present invention allows to increase the speed of the vehicle without compromising its technical characteristics.

Таким образом, описываемая подвеска поворотного транспортного средства, имея достаточно простую и технологичную в изготовлении конструкцию, без увеличения габаритов транспортного средства позволяет повысить управляемость и безопасность при различных режимах движения. Thus, the described suspension of a rotary vehicle, having a fairly simple and technologically advanced construction, without increasing the dimensions of the vehicle, improves handling and safety under various driving conditions.

Claims

1. Suspension of a turning wheel of a vehicle, comprising a pivot arm, one end of which is rigidly connected to the axle shaft of the wheel, a reactive V-shaped arm conjugated by the ends through rotary axial connections to the vehicle body, and an intersection area of its elements (“peaks”) through a ball the hinge - with the second end of the pivot arm, and a pendulum curved arm, the end of which is connected via axial pivot connection to the vehicle body, characterized in that the second end of the pendulum arm the bent lever is connected to the pivot lever through an additional ball joint, while the dimensions, shape and relative position of the levers are selected so that the geometric lines drawn through the centers of the ball joints and the intersection points of the geometric axes of swing of the V-shaped rocket arm and the bent pendulum arm with the geometric the central plane of the vehicle, coinciding with the middle plane of the wheel, formed a geometric parallelogram, the angle of which is located in the region n gating wheel is 30-70 ^o.

2. Suspension according to claim 1, characterized in that the axle shaft of the wheel and the pivot arm are made in the form of a single cast or integral part, the additional hinge is placed on a retaining element mounted in the area of the pivot arm and the semiaxis, and the center of the additional ball joint is located on a geometric the middle plane of the swivel wheel perpendicular to the axis of rotation of the latter.

3. The suspension according to claim 2, characterized in that the retaining element is made in the form of a protrusion or tide.

4. The suspension according to claim 1, characterized in that it comprises elastic elements fixed to the vehicle body, connected to the pendulum lever.