Амортизатор с дифференцированным усилием растяжения-сжатия

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к амортизирующим устройствам подвески, и может быть использовано в гидравлических и гидропневматических амортизаторах легковых автомобилей. Амортизатор содержит рабочий цилиндр и внешний резервуар для рабочей жидкости, рабочий поршень со штоком, перепускным клапаном и клапаном отдачи. В бесштоковой полости рабочего цилиндра на пружине установлен дополнительный поршень со сквозным осевым калиброванным отверстием и упругим кольцом на верхнем торце. В штоковой полости рабочего цилиндра расположен с возможностью осевого перемещения поршень отдачи, верхняя часть которого взаимодействует посредством конической телескопической пружины с втулкой, установленной с возможностью перемещения относительно штока. В нижней части поршня отдачи выполнена внутренняя коническая поверхность с углом образующей, равным углу образующей обращенной к ней наружной конической поверхности втулки, закрепленной на штоке между рабочим поршнем и поршнем отдачи и имеющей сквозные калиброванные канавки вдоль указанной конической поверхности. 3 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к амортизирующим устройствам подвески, и может быть использовано в передних и задних гидравлических и гидропневматических амортизаторах легковых автомобилей.

Известны конструкции гидравлических амортизаторов, установленных, например, на автомобилях ВАЗ-2101. . . 2107 (см. В. В. Ершов, М. А. Юрченко. Легковые автомобили ВАЗ. Конструкция и техническое обслуживание. - К. : Высшая школа, 1984, с. 149-154). Амортизаторы состоят из рабочего цилиндра и внешнего резервуара для рабочей жидкости. В рабочем цилиндре размещается поршень, закрепленный на штоке с перепускным клапаном и клапаном отдачи. В нижней части рабочего цилиндра установлен корпус с клапаном сжатия и впускным клапаном.

К основным недостаткам этих амортизаторов следует отнести: - наличие тряски и дискомфорта на грейдерных или покрытым гравием дорогах даже на средних скоростях; - плохая управляемость на дорогах с высокой частотой колебаний; - невысокая эксплуатационная надежность из-за возможных ударов буфера о корпус и ударов поршня о клапан сжатия, приводящих к разрушению и выбиванию последнего.

В качестве прототипа выбран амортизатор с дифференцированным усилием сжатия (патент России 2093370, В 60 G 17/08, Бюл. N 29, 1997 г. ), содержащий рабочий цилиндр и внешний резервуар для рабочей жидкости, рабочий поршень со штоком, перепускным клапаном и клапаном отдачи, клапан сжатия и впускной клапан. В бесштоковой полости рабочего цилиндра на пружине установлен дополнительный поршень, на наружной цилиндрической поверхности которого выполнены продольные сквозные канавки, а на его верхнем торце закреплено упругое кольцо с радиальными калиброванными канавками на поверхности.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить эксплуатационные свойства подвески за счет увеличения сопротивления усилию сжатия при ухудшении дорожных условий, однако при обратном ходе поршня не позволяет дифференцировать сопротивление усилию растяжения в неблагоприятных дорожных условиях. В результате этого на больших ухабах и виражах возможны удары верхней части рабочего поршня, то есть пробои амортизатора. Кроме того, калиброванные канавки на торце упругого кольца в процессе его износа приводят с течением времени к снижению демпфирующих свойств.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности амортизатора, устойчивости и комфортности автомобиля при движении в сложных дорожных условиях и на виражах.

Технический результат достигается за счет того, что амортизатор содержит рабочий цилиндр и внешний резервуар для рабочей жидкости, рабочий поршень со штоком, перепускным клапаном и клапаном отдачи. В бесштоковой полости рабочего цилиндра на пружине установлен дополнительный поршень с упругим кольцом на верхнем торце. В штоковой полости рабочего цилиндра расположен с возможностью осевого перемещения поршень отдачи, верхняя часть которого взаимодействует посредством конической телескопической пружины с втулкой, установленной с возможностью перемещения относительно штока. В нижней части поршня отдачи выполнена внутренняя коническая поверхность с углом образующей, равным углу образующей обращенной к ней наружной конической поверхности втулки, закрепленной на штоке между рабочим поршнем и поршнем отдачи и имеющей сквозные калиброванные канавки вдоль указанной конической поверхности. В бесштоковой полости в дополнительном поршне выполнено сквозное осевое калиброванное отверстие.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой конструкции амортизатора, на фиг. 2 и 3 - схема работы устройства при экстремальных нагрузках.

Предложенный амортизатор состоит из рабочего цилиндра 1 и внешнего резервуара 2 для рабочей жидкости. В рабочем цилиндре 1 размещается рабочий поршень 3 со штоком 4, перепускным клапаном 7 и клапаном отдачи 5. В нижней части рабочего цилиндра расположен корпус 6 с клапаном сжатия и впускным клапаном. В бесштоковой полости (в нижней части) цилиндра 1 расположен с возможностью осевого перемещения на пружине 8 дополнительный поршень 9 с упругим кольцом 10 (из капролона или резины). На наружной цилиндрической поверхности дополнительного поршня 9 выполнены продольные сквозные канавки, а в нижней части указанного поршня имеется сквозное осевое калиброванное отверстие (d₀). Упругое кольцо 10 имеет в осевом сечении постоянный профиль (например, прямоугольный или трапецеидальный со скругленными краями).

В штоковой полости рабочего цилиндра 1 с возможностью осевого перемещения расположен поршень отдачи 11, на наружной цилиндрической поверхности которого установлено уплотнительное кольцо, а между осевым отверстием (d₁) поршня и диаметром (d) штока 4 имеется гарантированный зазор, достаточный для прохождения рабочей жидкости (например, d₁-d= 2. . . 4 мм). Верхняя часть поршня отдачи 11 взаимодействует посредством конической телескопической пружины 12 с втулкой 13, установленной с возможностью перемещения относительно штока 4. В нижней части поршня отдачи выполнена внутренняя коническая поверхность с углом α между осью и образующей (например, α= 60^o). На штоке 4 между рабочим поршнем 3 и поршнем отдачи 11 закреплена втулка 14, на наружной конической поверхности (также с углом α между осью и образующей) которой продольно выполнены сквозные калиброванные канавки (r).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При движении автомобиля по нормальной дороге без дефектов покрытия и виражей рабочий поршень 3 со штоком 4 совершают незначительные колебательные движения в зоне L₁ рабочего цилиндра 1, соответствующей "мягкому ходу" амортизатора и обеспечивающей комфортную езду (фиг. 1). Поршень отдачи 11 и дополнительный поршень 9 при этом в работе не участвуют. При изменении дорожных условий (грейдерная дорога, кочки или булыжная мостовая) при резком ходе сжатия рабочий поршень 3 входит во взаимодействие с дополнительным поршнем 9, достигая зоны L₂. Упругое кольцо 10 и дополнительный поршень 9 при этом плотно взаимодействуют с нижним торцем рабочего поршня 3, продолжая опускаться вместе вниз со значительным замедлением. Так как упругое кольцо 10 прекращает доступ рабочей жидкости к перепускому клапану 7 из бесштоковой полости, рабочая жидкость при этом поступает к перепускому клапану из бесштоковой полости под дополнительным поршнем через сквозное калиброванное отверстие d₀ далее - в штоковую полость (например, для ВАЗ-2108. . . 2109 целесообразно принять d₀= 0,8. . . 1,5 мм). Ход штока 4 вниз замедляется до полного прекращения. Тем самым предотвращаются возможные удары поршней 3 и дополнительного 9 поршней о корпус 6.

При ходе отбоя рабочий поршень 3 выходит из взаимодействия с упругим кольцом 10 и дополнительным поршнем 9 и при колебаниях в пределах зоны L₁ обеспечивает комфортную езду за счет "мягкого хода". При экстремальном растяжении штока 4 (в случае провала колеса в глубокую выбоину на дороге) втулка 14 достигает зоны L₃ и, соприкасаясь своей конической поверхностью с внутренней конической поверхностью поршня отдачи 11 (фиг. 2), продолжает двигаться вверх вместе с поршнем отдачи. В этом случае рабочая жидкость из штоковой полости над поршнем отдачи 11 перетекает через калиброванные канавки втулки 14 к рабочему поршню 3 и через клапан отдачи 5 - в бесштоковую полость. Таким образом, рабочая жидкость, преодолевая сопротивление при перетекании через калиброванные канавки втулки 14, взаимодействующей с внутренней конической поверхностью поршня отдачи 11, замедляет ход штока 4 вверх до полной его остановки. Предотвращаются возможные удары поршней и подвески.

При последующем ходе сжатия и опускании рабочего поршня 3 втулка 14 выходит из взаимодействия с поршенем отдачи 11. Поршень отдачи 11 опускается в нижнее положение на величину ₃, которая при резком ходе рабочего поршня 3 за счет сил инерции и скольжения втулки 13 вниз по штоку 4 может увеличиваться (фиг. 3) до величины L₃+δ, тем самым расширяя зону увеличенного сопротивления растяжению рабочего поршня со штоком 4 при ухудшении дорожных условий. Чем резче будет происходить ход сжатия, тем больше будет величина δ (δ= 10. . . 20 мм). На ровной дороге при плавной работе амортизатора δ= 0. . . 5 мм.

При повороте автомобиля на виражах правый и левый амортизаторы работают по-разному. При крутом правом повороте рабочий поршень 3 левого амортизатора взаимодействует с дополнительным поршнем 9, увеличивается сопротивление его усилию сжатия (в зоне L₂), а одновременно с этим рабочий поршень 3 правого амортизатора через втулку 14 взаимодействует с поршнем отдачи 11, увеличивается сопротивление его усилию растяжения (в зоне L₃).

Таким образом, уменьшается крен автомобиля при вхождении в поворот на достаточно высокой скорости. Величина усилия сопротивления для экстремальных условий определяется параметрами калиброванного отверстия d₀ и жесткостью пружины 8 (для сжатия), а для растяжения - размерами и количеством калиброванных канавок (r) на втулке 14 и размерами пружины 12 (чем меньше количество канавок и их радиус, тем больше усилие сопротивления).

Предложенное устройство легко встраивается в известные конструкции гидравлических и гидропневматических амортизаторов отечественных и зарубежных автомобилей, не меняя их габаритов и не требуя никаких конструктивных доработок базовых элементов.

Эксплуатационная надежность амортизаторов существенно возрастает, так как исключаются пробои рабочего поршня на дороге с неровным покрытием как при экстремальном растяжении, так и при сжатии.

Улучшается управляемость автомобиля и комфортность езды в сложных дорожных условиях и на виражах.

Независимые испытания передних амортизаторов предложенной конструкции на автомобиле ГАЗ-3102 "Волга" в условиях Дмитровского полигона (см. журнал "За рулем", N10, 1999 г. , с. 42-44) подтвердили их высокую работоспособность, надежность и хорошую управляемость автомобиля.

Формула изобретения

Амортизатор с дифференцированным усилием растяжения-сжатия, содержащий рабочий цилиндр и внешний резервуар для рабочей жидкости, рабочий поршень со штоком, перепускным клапаном и клапаном отдачи, в бесштоковой полости рабочего цилиндра на пружине установлен дополнительный поршень с упругим кольцом на верхнем торце, отличающийся тем, что в штоковой полости рабочего цилиндра расположен с возможностью осевого перемещения поршень отдачи, верхняя часть которого взаимодействует посредством конической телескопической пружины с втулкой, установленной с возможностью перемещения относительно штока, а в нижней части поршня отдачи выполнена внутренняя коническая поверхность с углом образующей, равным углу образующей обращенной к ней наружной конической поверхности втулки, закрепленной на штоке между рабочим поршнем и поршнем отдачи и имеющей сквозные калиброванные канавки вдоль указанной конической поверхности, а в бесштоковой полости в дополнительном поршне выполнено сквозное осевое калиброванное отверстие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3