УПРУГОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКТ ШАСТИНА Ю.С. Российский патент 1995 года по МПК F16F13/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам рессорного подвешивания транспортных средств.

Известен упругий комплект, содержащий витую пружину и упругий элемент в виде цилиндра, размещенный внутри пружины, выполненный из упругого материала с высоким внутренним трением (твердой резины) [1].

Однако упругий элемент служит как буфер в конце необходимой деформации, т.е. используется деформация отскока, и в качестве поршня в цилиндре.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является упругий комплект, содержащий размещенные между нажимной и опорной плитами упругий элемент и охватывающую его витую пружину, упругий элемент выполнен в виде сферической камеры с газовой средой, которая при деформации взаимодействует с пружиной [2].

Недостатком упругого комплекта является недостаточная эффективность, т. е. возможность его применения при незначительных нагрузках. При значительных нагрузках возможен прорыв камеры, а также сложность изготовления камер.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей, повышение эффективности гашения колебаний и надежности.

Это достигается тем, что комплект снабжен дополнительной витой пружиной, установленной коаксиально основной, упругий элемент выполнен из монолитного упругого материала трубчатой формы и размещен в кольцевом пространстве между пружинами, высота которого превышает высоту пружин, а своими торцами упругий элемент с опорной и нажимной плитами образует пневмокамеру.

Для более интенсивного взаимодействия с пружинами, трубчатый упругий элемент выполнен из упругого материала с низким внутренним трением, например мягкой резины из любой группы резин. Для создания в пневмокамере сверхатмосферного давления комплект снабжен двумя резинокордными диафрагмами, выполненными по периметру наружной пружины, жестко связанными с торцами трубчатого упругого элемента, на одной из диафрагм закреплен один конец шланга, на другом конце которого закреплен клапанный узел.

Клапанный узел может быть соединен с источником сжатого воздуха определенного давления и может быть снабжен переключателем режимов на заданное давление. Поскольку пружины являются корпусом с изменяющимся объемом и служат для создания определенной формы упругого элемента в процессе деформации, то кроме обычных цилиндрических витых пружин они могут быть выполнены из проволоки, поперечное сечение которой отлично от круглого, пружины в плане, имеющие форму, отличную от круга, или пружины выполнены коническими.

На фиг. 1-4 изображен предлагаемый упругопневматический комплект, разрез: с левой стороны - в свободном состоянии, с правой - под нагрузкой; на фиг.5 - динамическая силовая характеристика комплекта.

Предлагаемый упругопневматический комплект содержит внутреннюю 1 и наружную 2 пружины, трубчатый упругий элемент 3, размещенный в кольцевом пространстве между витыми пружинами 1 и 2, пневмокамеру 4 и жесткую связь 5. Торцы трубчатого упругого элемента 3 в контакте с опорной и нажимной плитами образуют пневмокамеру 4.

Суммарная жесткость пружин 1 и 2 может быть принята путем сокращения в 4 раза расчетной нагрузки по нормам на проектирование, с проверкой проволоки пружин по нормальным напряжениям, как стенки цилиндра (камеры) для объемного сжатия при максимально допустимой нагрузке в эксплуатации. По нормам на проектирование принимается максимальная деформация пружин.

Диаметр наружной пружины 2 принят исходя от параметров места установки. Диаметр внутренней пружины 1 должен быть меньше диаметра наружной (по одноименным параметрам на 4-6 средних диаметров проволоки двух пружин), поскольку предпочтительно принять одинаковый диаметр проволоки, то принять 5 диаметров проволоки наружной пружины и определить остальные параметры ее при условии d₁ x n₁ = =d₂ x n₂. Если исходить от грузоподъемности пневмокамеры, то сначала следует определить диаметр пружины 1, а затем - диаметр пружины 2.

Объем трубчатого упругого элемента подбирается экспериментальным путем. Исходя из параметров пружины определяют внутренний объем сжатой наружной пружины 2 с учетом объема межвитковых впадин и наружный объем сжатой внутренней пружины 1 за исключением объема межвитковых впадин.

Из разности объемов проектируют трубчатый упругий элемент 3 с учетом допусков на изготовление пружин. Подбирают упругий материал (резину) в зависимости от условий применения. Мягкая резина характеризуется твердостью и охватывает марки резин различных групп от 30 до 65 единиц. Необходимо учитывать, чем ниже внутреннее трение (твердость), тем меньше радиус кривой силовой характеристики комплекта и, наоборот, чем выше внутреннее трение (твердость), тем больше радиус силовой характеристики комплекта.

Изготавливая опытный образец трубчатого упругого элемента, необходимо также изготовить несколько колец по соответствующим диаметрам, из листовой резины толщиной 3-5 мм, кольца могут быть не цельными, а состоять из секторов.

Испытывая на стенде опытный комплект (пружины 1, 2 и трубчатый упругий элемент 3) с построением характеристики, добавляя кольца из листовой резины можно поднять характеристику до ухода в бесконечность, пока на отметке расчетного прогиба подвешивания сопротивление комплекта не увеличится выше расчетной нагрузки по нормам на проектирование.

Когда необходимая характеристика будет получена, из фактического объема, с учетом колец, принять окончательные параметры трубчатого резинового элемента с таким расчетом, чтобы его высота превышала высоту пружин в свободном состоянии на 5-10 мм с целью создания плотности пневмокамеры в контакте с опорной и нажимной плитами к моменту соприкосновения нажимной плиты с пружинами. А для других вариантов (с резинокордными диафрагмами) высота трубчатого упругого элемента должна быть равной высоте пружин в свободном состоянии. Такой упругий комплект можно закладывать в проект и отдавать в серийное производство.

Комплект работает следующим образом.

На фиг.1-4 с правой стороны от осевой линии изображен комплект в сжатом состоянии. Под действием нагрузки на нажимную плиту пружины 1, 2 и трубчатый упругий элемент 3 сжимаются, в пневмокамере 4 (6) повышается давление. По мере возрастания нагрузки трубчатый упругий элемент 3 своим объемом стремится заполнить межвитковое пространство пружин 1 и 2, но межвитковое расстояние сокращается и начинается сжатие трубчатого упругого элемента 3 встречно криволинейными поверхностями витков пружин 1 и 2, сопротивление нагрузке возрастает нелинейно до объемного сжатия трубчатого упругого элемента 3, силовая характеристика плавно по кривой уходит в бесконечность.

При снятии нагрузки пружины 1, 2 и пневмокамера 4 (6) возвращают устройство в исходное положение.

Роль пневмокамеры 4 (6) сводится к тому, чтоб за счет повышения давления перемещать нагрузку на более пологий участок нелинейной характеристики комплекта.

На витки пружин в большей степени действуют нормальные напряжения; на пружину 1 - сжатия, а на пружину 2 - растяжения. Ввиду незначительной разницы в диаметрах пружин, а следовательно, и в нормальных напряжениях пружины 1 и 2 можно выполнять с одного диаметра проволоки.

На фиг. 2 изображен предлагаемый упругопневматический комплект, содержащий внутреннюю пружину 1, наружную пружину 2, размещенный в кольцевом пространстве между пружинами трубчатый упругий элемент 3, жестко связанный своими торцами с двумя резинокордными диафрагмами 4, жесткую связь 5, пневмокамеру 6, на одной из диафрагм 4 закреплен конец 7 шланга (трубы), на другом конце 8 закреплен клапанный узел 9.

Комплект работает аналогично описанному, но через клапанный узел 9 обычным насосом можно создавать повышенное давление в пневмокамере 6, которое смещает нагрузку на более пологий участок динамической силовой характеристики комплекта.

На фиг.3 изображен предлагаемый упругопневматический комплект, содержащий все элементы на фиг.2, но клапанный узел 9 соединен с источником 10 сжатого воздуха, в котором поддерживается определенное давление.

Комплект работает аналогично описанному выше.

На фиг.4 изображен предлагаемый упругопневматический комплект, содержащий все элементы на фиг.3, но клапанный узел 9 снабжен переключателем 11 режимов.

Комплект работает аналогично описанному, но переключателем 11 режимов в зависимости от загрузки транспортного средства можно устанавливать соответствующее давление в пневмокамере 6.

На фиг. 5 схематически изображена динамическая силовая характеристика комплекта, содержащая О - П + П - суммарная характеристика пружин; О-нагрузка - нелинейная характеристика нагрузки; нагрузка-разгрузка-О - характеристика разгрузки, НПЭ-max - необратимо поглощенная энергия комплекта; Р нагрузка - рабочая нагрузка; стрелка Давление - направление перемещения нагрузки по кривой, под действием повышения давления.

Использование: машиностроение, транспортные средства. Сущность изобретения: упругий комплект содержит нажимную и опорные пластины и размещенные между ними трубчатый упругий элемент, установленный между двумя витыми пружинами. Трубчатым элементом, нажимной и опорной пластинами образована пневмокамера, с которой связан шланг с клапанным узлом. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

УПРУГОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКТ ШАСТИНА Ю С .