Упругий элемент подвески автомобиля
Полезная модель относиться к конструкциям пружин подвески автомобилей, в частности, к узлам подвески автомобилей ВАЗ, АЗЛКа, ГАЗ, УАЗ и может использоваться в любых транспортных средствах, содержащих один или несколько элементов с деформируемыми упругими элементами типа винтообразных пружин, работающих на сжатие. Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в том, чтобы придать характеристике упругости подвески нелинейную составляющую. Технический результат достигается за счет того, что в упругом элементе подвески автомобиля, выполненном в виде цилиндрической пружины, содержащей по крайней мере несколько витков часть из них выполнена с переменным шагом, описываемом выражением:
где: С - жесткость пружины,
N - число работающих витков
F1 - удельная деформация 1-ого витка
Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно к конструкции упругих элементов подвески колес транспортных средств, преимущественно легковых автомобилей, и может использоваться в любых транспортных средствах, содержащих один или несколько элементов с деформируемыми упругими элементами типа винтообразных пружин, работающих на сжатие.
Известны различные конструкции пружин в качестве элементов подвески транспортных средств.
Наиболее близким к предлагаемому проекту является конструкция по патенту США №3559976, B 60 G 11/00, 1971 г. В этом патенте описывается сборка нескольких рессор, позволяющих получить несколько уровней жесткости.
Данное устройство наиболее близко по технической сущности и числу общих признаков к заявленной полезной модели, в силу чего принято в качестве ближайшего аналога.
Недостатком данного устройства является специфичность данной конструкции (рессора) и ограниченное применение в силу использования на большинстве выпускаемых легковых автомобилей винтовых пружин.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в том, чтобы придать характеристике упругости подвески нелинейную составляющую. Согласно данному методу по мере увеличения нагрузки жесткость пружина изменяется согласно расчетной зависимости.
Техническим результатом от использования предложенной конструкции является лучшее управление стабилизацией «увеличенной» массы транспортного средства, а также при маневрировании автомобиля.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в упругом элементе подвески автомобиля, выполненном в виде цилиндрической пружины, содержащей по крайней мере несколько витков часть из них выполнена с переменным шагом, описываемом выражением:
где: С - жесткость пружины,
N - число работающих витков
F1 - удельная деформация 1-ого витка
Кроме того, пруток пружины может быть выполнен с переменным диаметром, изменяющимся по следующей линейной зависимости:
пруток пружины выполнен с переменным диаметром, изменяющимся по следующей линейной зависимости:
где d - наибольший диаметр прутка, d 1 - наименьший диаметр прутка, l - длина цилиндрической части прутка l1 - длина конической части прутка К - экспериментально полученный коэффициент.
На фиг.1 - Общий вид подвески транспортного средства с установленной пружиной.
На Фиг.2-4 - Упругий элемент с различной зоной размещения витков переменного шага.
На Фиг.5 - Сечение прутка пружины.
На Фиг.6 - График зависимости деформации пружины от нагрузки.
Упругий элемент подвески автомобиля (фиг.1) содержит по крайней мере несколько витков 1 цилиндрического сечения с постоянным углом подъема, и часть витков с переменным углом подъема.(фиг.2-4)
Пруток 2 пружины может быть выполнен переменного диаметра, в виде конуса с одной или двух сторон. (Фиг.5)
Упругий элемент работает следующим образом:
По мере возрастания статических нагрузок, а также при движении по ровному полотну дороги, ровно как при маневрировании, витки с переменным шагом поочередно «ложатся» друг на друга, в результате жесткость пружины постепенно возрастает согласно зависимости:
где: С - жесткость пружины,
N - число работающих витков
F1 - удельная деформация 1-ого витка То есть, при уменьшении «работающих» витков, жесткость пружин увеличивается.
Метод построения пружины подвески с переменным шагом может быть более совершенным, если при этом использовать пруток с переменным диаметром, изменяющимся по следующей линейной зависимости:
где d - наибольший диаметр прутка, d 1 - наименьший диаметр прутка, l - длина цилиндрической части прутка l1- длина конической части прутка К - экспериментально полученный коэффициент
Для большинства конструируемых пружин оптимальным значением коэффициента К является значение не меньше 3.
Известно, что в процессе сжатия витка пружины с переменным углом подъема витки последовательно «садятся» друг на друга. В результате этого жесткость пружины возрастает. Но, так как эти витки исключаются из деформации раньше витков с постоянным шагом, то касательные напряжения при полном сжатии пружины распределятся по ним неравномерно, что приводит к увеличению массы и размеров пружины. Чтобы избежать этого недостатка, витки с переменным углом подъема выполняются из прутка переменного диаметра.
Для обеспечения заданной жесткости требуется меньшее число витков с переменным углом подъема и диаметром прутка, чем у пружины, витки которой с переменным углом подъема имеют постоянный диаметр прутка. Это легко объяснить тем, что с уменьшением диаметра прутка податливость витков увеличивается, поэтому чтобы сохранить заданную жесткость, число витков необходимо уменьшить.
График изменения угла подъема витков с переменным диаметром прутка показан на Фиг.6. Из него следует, что при переходе от витков с постоянным шагом к виткам с переменным шагом и диаметром прутка происходит резкое уменьшение (скачок) угла подъема. При этом на развертке в месте перехода наблюдается «излом». Затем угол подъема постоянно нарастает до величины примерно равной углу подъема витков с постоянным шагом (в отличие от пружины с переменны углом подъема, по постоянным диаметрам прутка, где угол подъема после скачка постепенно убывает).
Изменение диаметра прутка по линейной зависимости витков с переменным углом подъема, не обеспечивает полной загрузки этих витков при полном их сжатии.
Для оценки влияния неравномерности распределения касательных напряжений по виткам с переменным диаметром прутка на степень использования материала данной пружины, сравним ее по массе с «идеальной» пружиной, которая имеет такую же потенциальную энергию, но с полной равномерной загрузкой всех ее витков. Если учесть, что максимальная нагрузка Р мах. для легковых автомобилей в среднем 1,5 раза больше наибольшей статистической нагрузки Р2, а изменение статистической нагрузки колеблется в пределах 1,45-1,65, то отношение массы пружины с витками из прутка переменного диаметра к массе «идеальной» пружины будет составлять величину примерно равную 1,065. Масса и соответственно размеры пружины с той же характеристикой но постоянным диаметром прутка на 23% больше пружины с переменным диаметром прутка. Отсюда следует, что цилиндрические пружины из прутка переменного диаметра имеют достаточно высокий коэффициент использования материала.
Переменный диаметр прутка может быть выполнен также с двух сторон пружины, что является предпочтительным, так как оба опорных витка при этом получаются из прутка наименьшего диаметра. Это позволяет получить снижении массы опорных витков примерно на 40%, а их высоты вдоль оси пружины - примерно на 24%.
Использование описанной полезной модели позволит улучшить устойчивость и управляемость транспортного средства на разных режимах движения, увеличить ресурс работы амортизаторов, работающих в паре с пружиной, уменьшить дорожный просвет автомобиля.
1. Упругий элемент подвески автомобиля, выполненный в виде цилиндрической пружины, содержащей расположенные по длине пружины по крайней мере несколько витков с переменным шагом, при этом зависимость между жесткостью пружины, числом витков и удельной деформацией первого витка описывается выражением
где С- жесткость пружины;
N - число работающих витков;
F1 - удельная деформация 1-го витка;
2. Упругий элемент подвески автомобиля по п.1, отличающийся тем, что пруток пружины выполнен по длине с переменным диаметром.
