Гибкая тяга стабилизатора поперечной устойчивости
Изобретение относится к стабилизаторам поперечной устойчивости, устанавливаемым на гибких осях, конкретно к воздействию этих стабилизаторов поперечной устойчивости на продольные тяги, формирующие часть указанных гибких осей. Устройство жесткости, смонтированное в гибкой оси, содержит, по меньшей мере, две продольные тяги, соединенные поперечиной, стабилизатор поперечной устойчивости и гибкий элемент жесткости. Продольная тяга приварена к концам элемента жесткости. Стабилизатор поперечной устойчивости приварен к центральной части элемента жесткости. Между плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости и продольной тяги, и плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости и стабилизатора поперечной устойчивости, имеется пространство. Указанное устройство жесткости изготавливается следующим способом. Вырезают пластины для формирования гибкого элемента жесткости. Сваривают концы гибкого элемента жесткости с любой из продольных тяг. Сваривают стабилизатор поперечной устойчивости с центральной частью гибкого элемента жесткости с возможностью образования пространства между плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости и продольной тяги, и плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости и стабилизатора поперечной устойчивости. Оптимизируется работа стабилизатора и упрощается способ его изготовления. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к стабилизаторам поперечной устойчивости, устанавливаемых на гибких осях, конкретно к воздействию этих стабилизаторов поперечной устойчивости на продольные тяги, формирующие часть указанных гибких осей.
Такая гибкая ось делается, используя Н-образное поперечное сечение, формируемое поперечиной, соединяющей две продольных тяги, причем один конец этих тяг соединен с колесом, а другой конец шарнирно укреплен под кузовом. Сочетание удачной конструкции, надежной работы и экономически выгодное выполнение, главным образом, с помощью сварки, является основной причиной, по которой автомобилестроители широко используют технику гибких осей.
В последнее время требования к повышению комфорта и облегчения вождения привели к появлению гибких осей, в частности, к техническому решению, состоящему из добавления элемента жесткости при кручении между двумя напряженными тягами, обычно называемого "стабилизатором поперечной устойчивости" или "СПУ", чтобы снизить крен транспортного средства при повороте при поддержании хорошей вертикальной гибкости системы подвески, обеспечивая смягчение ударов от неровностей дороги, передаваемых корпусу автомобиля.
Однако расширение диапазона применения гибких осей на более тяжелых транспортных средствах (с большим салоном, единым пространством или даже в тяжелых служебных транспортных средствах) без снижения качества обслуживания приводит к тому, что в конструкцию постоянно вносятся наиболее высоконапряженные компоненты, работающие в пределах максимально допустимых нагрузок. СПУ является одним из наиболее трудных компонентов для улучшения конструкции автомобиля, в частности, в отношении продолжительного срока службы. Помимо обеспечения необходимой прочности тела стержня, контактные поверхности сварных тяг, в частности, являются высоконапряженными элементами и требуют особого внимания разработчиков, в противном случае появляется риск преждевременной поломки кулисы.
В прошлом предлагались различные идеи развития гибких осей, чтобы повысить срок службы этого звена. Большинство этих идей основано на наблюдении, что при приложении высокой опрокидывающей нагрузки требуется СПУ, чтобы противодействовать ожидаемому крену, однако, было найдено, что этот узел также подвергается значительному изгибу, который может деформировать его в виде буквы "S". Хотя это напряжение изгиба возникает случайно и, в отличие от напряжения кручения, не имеет никакой функциональной величины, считается, что оно оказывает большое влияние на поведение сварного шва тяги.
В документе FR 2795681 описан и показан СПУ удлиненной формы, предназначенный для уменьшения изгиба в результате креновой нагрузки. Направление сжатия не обязательно должно быть вертикальным, поскольку вращение продольной тяги часто вызывает угловое смещение частей борта шины с очень высокими напряжениями изгиба. С другой стороны, этот способ страдает от ограничений самого процесса: сжатие СПУ не может превышать критическую величину, за которой возникают трещины внутри камеры шины, которые значительно снижают ее срок службы.
Следовательно, одной из целей настоящего изобретения является предложение устройства для оптимизации работы стабилизатора поперечной устойчивости путем использования простого и экономичного способа производства соответствующей гибкой оси.
Изобретение предлагает устройство повышения жесткости гибкой оси, содержащее, по меньшей мере, две продольных тяги, связанных поперечиной, и стабилизатор поперечной устойчивости.
Это устройство отличается тем, что, по меньшей мере, между одной продольной тягой и концом СПУ расположен гибкий элемент жесткости, причем продольная тяга приварена к концам элемента жесткости, а СПУ приварен к центральной части элемента жесткости.
Согласно одной характеристике настоящего изобретения между плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости и тяги, и плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости и стабилизатора поперечной устойчивости, предусмотрено свободное пространство.
Согласно другой характеристике настоящего изобретения гибкий элемент жесткости размещен внутри продольной тяги между этой тягой и концом стабилизатора поперечной устойчивости.
Согласно еще одной характеристике настоящего изобретения средняя часть гибкого элемента жесткости имеет отверстие, и размер этого отверстия меньше размера стабилизатора поперечной устойчивости, который размещен вокруг этого отверстия.
Согласно еще одной характеристике настоящего изобретения гибкий элемент жесткости размещен за пределами продольной тяги, между этой тягой и концом стабилизатора поперечной устойчивости.
Согласно еще одной характеристике настоящего изобретения отверстие выполнено в средней части гибкого элемента жесткости, причем размеры этого отверстия превышают размеры стабилизатора поперечной устойчивости, который проходит через это отверстие.
Согласно еще одной характеристике настоящего изобретения гибкий элемент жесткости выполнен из пластины прямоугольного сечения.
Согласно еще одной характеристике настоящего изобретения внутри гибкого элемента жесткости впереди и позади области сварки стабилизатора поперечной устойчивости выполнены отверстия.
Согласно еще одной характеристике настоящего изобретения гибкий элемент жесткости выполнен из пластины, содержащей центральную область и два конца, расположенные на каждой стороне центральной области, причем эти три области имеют округленную форму и соединены секциями с углублениями.
Изобретение также относится к способу создания такого гибкого устройства элемента жесткости, к операциям, выполняемым в течение реализации этого способа после отрезания пластины, чтобы сформировать гибкий элемент жесткости, включая сварку элемента жесткости с тягой с последующей приваркой стабилизатора поперечной устойчивости на узел, образованный элементом жесткости и тягой, или приварку стабилизатора поперечной устойчивости к элементу жесткости с последующей сваркой узла, сформированного элементом жесткости 5 и стабилизатором поперечной устойчивости 4, с тягой 2.
Другие характеристики и преимущества изобретения станут более понятными при чтении последующего подробного описания изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фигура 1 - схематическое изображение гибкой оси, содержащей гибкий элемент жесткости согласно изобретению.
Фигура 2 - общий вид элемента жесткости согласно изобретению.
Фигура 3 - общий вид первого варианта элемента жесткости согласно изобретению.
Фигура 4 - общий вид второго варианта элемента жесткости согласно изобретению.
В последующем описании продольная, вертикальная и поперечная ориентация будет принята без ограничений как ориентация, традиционно используемая для автомобилей и обозначенная L, V, Т трехгранник, показанный в Фигуре 1.
Как показано на фигуре 1, гибкая ось 1 составлена из двух продольных тяг 2, связанных поперечиной 3. Этот тип гибкой оси - симметричное подобие продольной оси Х-Х', следовательно, левая часть этой оси будет описана в отношении фигуры 2.
Один конец продольной тяги 2 связан с опорой колеса 21, а другой конец шарнирно закреплен под корпусом транспортного средства через подшипник 22. Стабилизатор поперечной устойчивости 4, расположенный параллельно поперечине 3, проходит от одной продольной тяги 2 к другой. Гибкий элемент жесткости 5 размещен между концом стабилизатора поперечной устойчивости 4 и продольной тягой 2. Этот гибкий элемент жесткости 5, во-первых, приварен в своем центре 51 к стабилизатору поперечной устойчивости 4 и, во-вторых, на концах 52 приварен к продольной тяге 2. Продольная плоскость, в которой расположена центральная область 51 элемента жесткости 5, смещена в поперечном направлении к внутренней части транспортного средства от продольной плоскости, в которой расположены концы 52 элемента жесткости 5. Следовательно, между плоскостью крепления стабилизатора поперечной устойчивости 4 и плоскостью, содержащей контактную поверхность тяги 2, создано пространство е.
Тип контакта между концами 52 гибкого элемента жесткости 5 и продольной тягой 2 может влиять на тип выбранного наплавленного валика сварного шва. Например, неплоский контакт концов 52 гибкого элемента жесткости 5 или контакта с произвольной областью воздействия на тягу 2 делает использование плоского сварочного шва предпочтительнее округленного сварочного шва. Если получен плоский контакт, выбор траектории наплавленного валика будет делаться с расчетом достижения оптимального срока службы. Точно так же форма гибкого элемента жесткости 5 зависит от поверхности продольной тяги 2, к которой должен быть приварен стабилизатор поперечной устойчивости 4. Таким образом, на фигуре 1 представлен вариант, в котором продольная тяга 2 имеет квадратное поперечное сечение и в котором соответствующий гибкий элемент жесткости 5 является прямоугольной пластиной, проходящей по осевой линии продольной тяги, иными словами, приблизительно по продольной оси транспортного средства. Этот тип гибкого элемента жесткости, который может быть укреплен на одной поверхности продольной тяги, позволяет использовать большее количество систем подвески, в частности, системы, в которых поперечины имеют очень глубокий U-образный профиль, охватывающий стабилизатор поперечной устойчивости.
Такой гибкий элемент жесткости 5, связанный со стабилизатором поперечной устойчивости 4, делает возможным сочетание хорошей торсионной гибкости вокруг продольной оси транспортного средства и хорошей торсионной жесткости в поперечном направлении. Следовательно, это непосредственно решает проблему, описанную выше, поскольку такая конструкция ограничивает вредные эффекты изгиба без воздействия на крутильный момент в стабилизаторе поперечной устойчивости, который передается почти полностью.
На фигуре 3 показан гибкий элемент жесткости 5 со специальной геометрией. Гибкий элемент жесткости 5 согласно изобретению представляет собой устройство, которое снимает напряжения в области контакта между продольным стержнем и стабилизатором поперечной устойчивости. Следовательно, возникают очень высокие напряжения в гибком ребре жесткости, особенно при крене, и должны быть приняты во внимание несколько параметров, чтобы гарантировать прочность этого гибкого элемента жесткости. Эти параметры включают длину, ширину и толщину гибкого элемента жесткости, материал, из которого он изготовлен, форму и направление наплавленного сварочного шва между гибким элементом жесткости и соответствующей продольной тягой, а также глубину и положение углублений.
Результат изучения этих управляющих параметров привел к созданию гибкого элемента жесткости, показанного на фигуре 2, с центральной областью 51 и концом 52 на каждой стороне основного направления элемента жесткости 5. Два конца 52, содержащие области, в которых гибкий элемент жесткости 5 сварен с продольной тягой 2, имеют округленную форму, которая продлевает область углубления 53, искривленного по направлению к внутренней части гибкого элемента жесткости 5. Эти области углубления 53 также имеют округленную форму центральной области 51. Эта центральная область 51 может иметь отверстие в ее средней части. Необходимость в отверстии 54 в средней части этой центральной области 51 зависит от типа контакта, выбранного по техническим условиям на стабилизатор поперечной устойчивости 4. Например, на фигурах 2 и 4 показаны два конкретных типа контакта. Как показано на фигуре 3, когда контактная поверхность стабилизатора поперечной устойчивости 4 находится внутри продольной тяги 2, то есть перед другой продольной тягой, гибкий элемент жесткости 5 расположен на внутренней части продольной тяги 2 и, следовательно, здесь нет необходимости в создании какого-либо специального отверстия в ее центре. Однако такое отверстие может быть сделано из соображений снижения веса и размеров этой перфорированной части 54, которая в этом случае меньше стабилизатора поперечной устойчивости, который приварен к центральной области 51. Для контактного отверстия в стабилизаторе поперечной устойчивости 4, как показано на фигуре 4, шток 4 проходит через продольную тягу 2 и приварен на внешней стороне этой тяги 2, причем гибкий элемент жесткости размещен на внешней поверхности продольной тяги 2 и должен иметь отверстие 54 такого размера, что стабилизатор поперечной устойчивости 4 может проходить через это отверстие и соединяться сваркой с гибким элементом жесткости 5.
Следует также отметить, что на углубления 53, предусмотренные на передней и задней частях по продольной оси транспортного средства в центральной области 51, могут быть заменены отверстиями 55 перед и за центральной областью 51 внутри гибкого элемента жесткости 5. Что касается углублений 53, то функция этих отверстий 55 состоит в повышении гибкости в областях впереди и позади стабилизатора поперечной устойчивости 4.
Следует понимать, что размеры и положения в месте различных областей гибкого элемента жесткости 5 могут быть изменены в зависимости от геометрии продольных тяг 2 на контактной поверхности стабилизатора поперечной устойчивости 4 и, таким образом, привести к изменениям в других областях этого элемента жесткости 5. Например, передняя/задняя асимметрия элемента жесткости должна быть компенсирована соответствующим выбором ширины углубления, чтобы обеспечить хороший баланс состояний напряжения в элементе жесткости.
Таким образом, технологический процесс изготовления такой гибкой оси 1, включая элемент жесткости стабилизатора поперечной устойчивости, упрощается, потому что первоначально он требует только резки пластины с большим или меньшим числом операций в зависимости от профиля элемента жесткости 5.
Согласно одному конкретному варианту вырезанный таким образом гибкий элемент жесткости 5 сначала приваривается своими концами к удлиненной тяге 2 для последующего соединения сваркой со стабилизатором поперечной устойчивости 4 по концам. Согласно другому варианту после операции резки гибкий элемент жесткости 5 сначала приваривается в центре к стабилизатору поперечной устойчивости 4 и затем соединяется с продольной тягой 2. Отметим, что могут использоваться несколько процессов, чтобы получить гибкую ось согласно изобретению, что является преимуществом для автомобилестроителей, которые могут, таким образом, корректировать стадии сборки в зависимости от различных ограничений в архитектуре системы подвески.
1. Устройство жесткости, смонтированное в гибкой оси (1), содержащее, по меньшей мере, две продольные тяги (2), соединенные поперечиной (3), стабилизатор поперечной устойчивости (4) и гибкий элемент жесткости (5), при этом продольная тяга (2) приварена к концам элемента жесткости (5), а стабилизатор поперечной устойчивости (4) приварен к центральной части элемента жесткости (5), причем между плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости (5) и продольной тяги (2), и плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости (5) и стабилизатора поперечной устойчивости (4), имеется пространство (е).
2. Устройство жесткости по п.1, отличающееся тем, что гибкий элемент жесткости (5) размещен внутри продольной тяги (2), между этой тягой (2) и концом стабилизатора поперечной устойчивости (4).
3. Устройство жесткости по п.2, отличающееся тем, что в средней части гибкого элемента жесткости (5) выполнено отверстие с размером меньше размера стабилизатора поперечной устойчивости (4), который размещен вокруг этого отверстия.
4. Устройство жесткости по п.1, отличающееся тем, что гибкий элемент жесткости (5) расположен за пределами продольной тяги (2), между этой тягой (2) и концом стабилизатора поперечной устойчивости (4).
5. Устройство жесткости по п.4, отличающееся тем, что в средней части гибкого элемента жесткости (5) выполнено отверстие с размером больше размера стабилизатора поперечной устойчивости (4), который проходит через это отверстие.
6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что гибкий элемент жесткости (5) сформирован из прямоугольной пластины.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что внутри гибкого элемента жесткости (5) впереди и сзади области сварки стабилизатора поперечной устойчивости (4) выполнены отверстия.
8. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что гибкий элемент жесткости (5) сформирован из пластины, содержащей центральную область (51) и два конца (52), расположенных на каждой стороне центральной области (51), при этом эти три области имеют округленную форму с углублениями (53).
9. Способ изготовления устройства жесткости по пп.1-8, включающий:
вырезание пластины для формирования гибкого элемента жесткости (5),
сварку концов гибкого элемента жесткости (5) с любой из продольных тяг (2) и сварку стабилизатора поперечной устойчивости (4) с центральной частью гибкого элемента жесткости (5) с возможностью образования пространства (е) между плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости (5) и продольной тяги (2), и плоскостью, содержащей сварные швы, общие для гибкого элемента жесткости (5) и стабилизатора поперечной устойчивости (4).
