УПРУГИЙ 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 витую пружину и упругий элемент, расположенный внутри пружины, выполненный в виде сферической камеры с газовой средой, который при деформации взаимодействует с пружиной [2].

Недостатком упругого комплекта является недостаточная эффективность, т. е. возможность его применения при незначительных нагрузках.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных возможностей и эффективности гашения колебаний.

Это достигается тем, что упругий элемент выполнен из монолитного упругого материала или из упругого материала с низким внутренним трением, например мягкой резины из любой группы резин, а комплект снабжен по крайней мере одной дополнительной витой пружины, установленной коаксиально основной и одним дополнительным упругим элементом трубчатой формы, установленным в пространстве между пружинами. Комплект может иметь n-е количество дополнительных витых пружин и трубчатых упругих элементов, а также по крайней мере часть пружин могут быть выполнены различными по высоте, начиная от центра или от периферии, а ступеней может быть более единицы.

С целью сообщения с атмосферой образующихся пневматических камер в межвитковом пространстве промежуточных пружин между трубчатыми упругими элементами, опорная и нажимная плиты в местах установки промежуточных пружин имеют по два диаметрально расположенных отверстия диаметром, равным диаметру проволоки пружин. Поскольку пружины являются корпусом с изменяющимся объемом и служат для создания определенной формы упругого элемента в процессе деформации, то кроме обычных цилиндрических пружин, пружины могут быть выполнены с проволоки, поперечное сечение которой отлично от круглого или в плане иметь форму отличную от круга, или выполнены коническими.

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

Упругий комплект (фиг.1) содержащий упругий элемент 1 в виде цилиндра и охватывающую его витую пружину 2, жесткость которой может быть принята путем сокращения расчетной нагрузки по нормам на проектирование в 2 раза. Максимальная деформация пружины также принимается по нормам на проектирование (без сокращения).

Объем упругого элемента подбирается экспериментальным путем. По параметрам пружины 2 определяют внутренний объем сжатой пружины с учетом объема межвитковых впадин.

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 кривой силовой характеристики комплекта.

Изготавливая опытный образец упругого элемента необходимо также изготовить несколько кружков из листовой резины толщиной 2-3 мм такого же диаметра. Испытывая на стенде опытный комплект (упругий элемент 1 и пружину 2) с построением характеристики, при необходимости добавлять кружки резины, пока характеристика не уйдет в бесконечность, а на отметке расчетного прогиба подвешивания сопротивление комплекта увеличится выше расчетной нагрузки по нормам на проектирование. Когда необходимая характеристика будет получена, из фактического объема с учетом кружков принять окончательные параметры упругого элемента 1 с таким расчетом, чтоб при предварительном сжатии (под тарой транспортного средства) упругий элемент был под нагрузкой во избежание ненужных смещений во время движения. Такой упругий комплект можно закладывать в проект и отдавать в серийное производство.

Подобным образом подбираются дополнительные пружины и трубчатые упругие элементы по другим вариантам. Расчетная нагрузка с каждой последующей пружиной сокращается еще в 2 раза. Объем кольцевого пространства между пружинами представляет собой разность между внутренним объемом сжатой наружной пружины с учетом объема межвитковых впадин и наружным объемом сжатой внутренней пружины за исключением объема межвитковых впадин. Объем опытного трубчатого упругого элемента подбирается аналогично описанному выше. Экспериментально подбирается характеристика каждой секции отдельно (внутренняя пружина, трубчатый упругий элемент и наружная пружина), при этом максимальная деформация (когда характеристика уходит в бесконечность) у всех секций должна быть одинаковой. Все пружины в комплекте должны удовлетворять условию:
d₁ x n₁ = d₂ x n₂ = d₃ x n₃ = d₄ x n ₄ и т.д.

Комплект работает следующим образом.

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

При снятии нагрузки пружина 2 возвращает устройство в исходное положение.

На фиг.2 изображен упругий комплект, содержащий цилиндрический упругий комплект 1, промежуточную пружину 2, трубчатый упругий элемент 3 и наружную пружину 4. Поз.5 показаны отверстия в месте установки промежуточной пружины 2 в опорной и нажимной плитах. Диаметр наружной пружины 4 должен превышать диаметр промежуточной пружины 2 (по одноименным параметрам на 4-6 средних диаметров проволоки двух пружин), поскольку неизвестен диаметр проволоки наружной пружины, то принять шесть диаметров проволоки внутренней пружины 2 и определить остальные параметры пружины 4, при необходимости сделать корректировку диаметров проволоки пружин учитывая то, что диаметр проволоки пружины 2 может быть меньше, чем пружины 4, так как нормальные напряжения, действующие на пружину 2, противоположны по знаку, т.е. со стороны цилиндрического упругого элемента 1 - растяжение, а со стороны трубчатого упругого элемента 3 - сжатие и в основном выравниваются.

Комплект работает аналогично описанному выше.

На фиг. 3 изображен упругий комплект, содержащий n-е количество витых пружин и упругих элементов.

Комплект работает аналогично описанному выше.

На фиг. 4 изображен упругий комплект, содержащий n-е количество витых пружин и упругих элементов, но часть пружин (в частности пружины 2 и 4) выполнены большей высоты по сравнению с остальными, однако все пружины удовлетворяют указанному условию.

Комплект работает следующим образом.

В порожнем состоянии транспортного средства работают пружины 2 и 4 на прямолинейном участке характеристики, а в груженом состоянии транспортного средства работает весь комплект аналогично описанному выше.

На фиг. 5 изображена динамическая силовая характеристика комплекта. Наклонная прямая О-сумма П представляет суммарную силовую характеристику пружин 2, 4 и до n-го количества; кривая с большим радиусом О-нагрузка представляет характеристику нагрузки, кривая с меньшим радиусом со своими прямолинейными участками - характеристику разгрузки. Площадь образованной петли двумя кривыми представляет количество необратимо поглощенной энергии (НПЭ).

Использование: машиностроение и транспортные средства. Сущность изобретения: комплект содержит нажимную и опорную плиты, между которыми расположены упругий элемент, выполненный из монолитного материала и матеериала с низким внутренним трением, охваченного витой пружиной. Комплект может быть снабжен дополнительными витыми пружинами, установленными коаксиально основной, и размещенными в полостях между пружинами дополнительными упругими элементами трубчатой формы. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

УПРУГИЙ КОМПЛЕКТ ШАСТИНА Ю С .