СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРУЖИНЫ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F16F1/06 

Предлагаемый способ изготовления резинометаллической пружины подвески автомобиля относится к транспортным средствам и предназначен для применения в легковых автомобилях с пружинной подвеской колес. Способ может быть реализован на автозаводах, а также использован на предприятиях, занимающихся ремонтом и сервисным обслуживанием легковых автомобилей. Он может быть рекомендован как альтернатива замене "осевших" стальных пружин подвески автомобиля.

В настоящее время в системах подвески легковых автомобилей широко применяются стальные пружины (см. например, "Автомобили ВАЗ, Руководство по ремонту". - М.: Информавто, 1993, с. 98, рис. 4-28, c. 99, рис. 4-29). Они предназначены для уменьшения динамических и смягчения ударных нагрузок на кузов автомобиля при движении по дороге с неровным покрытием и улучшения условий комфортности для водителя и пассажиров. Использование компактных стальных пружин вместо рессор, состоящих из нескольких пластин, имеющих разную упругость, позволило упростить компоновку и снизить стоимость легкового автомобиля. Однако при этом было утрачено очень важное свойство рессорной подвески, заключающееся в обеспечении согласования упругости подвески с нагрузкой на нее благодаря переменной упругости рессоры, увеличивающейся по мере увеличения нагрузки на подвеску (см. например, Шестопалов К.С. Легковой автомобиль. -М.: ДОСААФ СССР, 1979, с. 172).

При изменении загрузки легкового автомобиля больше всего изменяется величина нагрузки на его заднюю подвеску. Так как величина сжатия стальной пружины подвески зависит линейно от величины приложенной нагрузки и упругости пружины, то упругость последней выбирается на основе компромисса для некоторой средней величины загрузки автомобиля, исходя из его грузоподъемности. В результате этого упругость подвески оказывается избыточной для ненагруженного автомобиля и недостаточной при его полной загрузке. Последнее свойство особенно проявляется при движении по дороге с неровным покрытием, когда автомобиль подвергается воздействию значительных динамических ударных нагрузок. Чтобы при этом не происходило "схлопывание" пружины, в подвеске автомобиля предусмотрены резиновые буфера сжатия, которые устанавливаются по одному на каждую пружину. Принимая на себя динамическую ударную нагрузку на конечном этапе сжатия стальной пружины подвески, буфер сжатия обеспечивает минимальную линейную длину пружины, до которой она может сжаться.

Когда при сжатии стальной пружины подвески под воздействием динамической ударной нагрузки начинает работать резиновый буфер сжатия, происходит скачкообразное увеличение упругости подвески. При этом восприятие и передача кузову ударной нагрузки происходит вдоль продольной оси буфера сжатия и имеет "точечный" характер. Возможности буфера ограничены его геометрическими размерами, в частности высотой. Увеличение высоты буфера с целью обеспечения его работы на более ранней стадии сжатия пружины подвески под воздействием ударной нагрузки не может дать положительного эффекта вследствие того, что это может привести к переходу работы буфера из режима сжатия в режим изгиба с соответствующим уменьшением эффективности выполнения им своих функций.

Чтобы восстановить положительные свойства подвески, утраченные в результате замены рессоры с переменной упругостью на стальную пружину с линейной зависимостью сжатия от приложенной нагрузки, необходимо заменить стальную пружину новым упругим элементом, который обладал бы компактностью стальной пружины и обеспечивал нелинейное увеличение упругости по мере сжатия под действием приложенной нагрузки. Таким упругим элементом подвески автомобиля может быть стальная пружина, витки которой покрыты упругим полимерным материалом, например резиной, таким образом, что упругий полимерный материал полностью или частично заполняет пространство между соседними витками стальной пружины. Такой упругий элемент может быть назван резинометаллической пружиной подвески. В качестве упругого полимерного материала может быть использована не только резина, но и полиуретан, а также другие полимерные материалы с необходимыми упругими свойствами.

Учитывая то, что резинометаллические пружины подвески промышленностью не выпускаются, возникла необходимость разработки оптимальной технологии их изготовления. При этом необходимо было предусмотреть возможность нанесения резины на стальные пружины подвески в автомобилях, находящихся в эксплуатации. Особенно это касается тех автомобилей, у которых стальные пружины подвески "просели" вследствие частичной потери упругости в процессе эксплуатации.

Цель изобретения - создание оптимального способа изготовления резинометаллической пружины с переменной упругостью, нелинейно увеличивающейся по мере сжатия под действием нагрузки, для использования в подвеске легковых автомобилей.

Указанная цель достигается тем, что на витки стальной пружины подвески одевают предварительно изготовленную толстостенную трубу из упругой резины, которая при этом может полностью или частично заполнять пространство между соседними витками стальной пружины. Для упрощения процесса одевания трубы на витки стальной пружины трубу изготавливают с продольным разрезом боковой стенки по всей длине, которую выбирают согласованной с суммарной длиной витков стальной пружины. Чтобы труба прочно держалась на витках стальной пружины, ее одевают так, чтобы продольный разрез стенки находился либо на внешней, либо на внутренней стороне витков стальной пружины. В последнем случае трубу при изготовлении формуют свернутой в спираль по форме стальной пружины или в спираль Архимеда.

Размеры поперечного сечения трубы выбирают так, чтобы внутренние размеры были согласованы с диаметром стального прутка витков пружины, а наружные - с шагом витков стальной пружины. При этом прилегающий к стальному прутку пружины внутренний профиль поперечного сечения трубы выбирают в виде окружности, а наружный профиль поперечного сечения трубы формуют в виде, например, квадрата, прямоугольника, окружности, эллипса или окружности, ограниченной одной или двумя хордами, одна из которых разделена посередине продольным разрезом стенки трубы. Испытания опытных образцов показали, что при форме поперечного сечения, соответствующей последнему случаю, наиболее полно реализуются полезные качества резинометаллической пружины подвески.

Если автомобиль находится в эксплуатации, трубу из упругой резины одевают на стальную пружину подвески без снятия ее с автомобиля. Чтобы облегчить эту операцию, предварительно наносят консистентную смазку на витки стальной пружины.

Приведен чертеж общего вида резинометаллической пружины подвески автомобиля. На чертеже приняты следующие обозначения: D_ср - средний диаметр витков стальной пружины; d - диаметр стального прутка пружины; t - шаг витков стальной пружины; D_тр - внешний диаметр трубы из упругой резины: S - продольный разрез трубы из упругой резины.

На чертеже представлен случай, когда пространство между соседними витками стальной пружины частично заполнено упругой резиной, при этом D_тр < t. Внутренний профиль поперечного сечения трубы выполнен в виде окружности, а внешний профиль сформован в виде окружности, ограниченной двумя параллельными хордами, одна из которых разделена посередине продольным разрезом стенки трубы.

На представленном чертеже показана в собранном виде резинометаллическая пружина подвески, состоящая из стальной пружины 1 и трубы 2 из упругой резины, которая имеет продольный разрез стенки и одета на средние витки стальной пружины. Крайние витки стальной пружины не покрываются резиной, чтобы концы стальной пружины вошли в посадочные чашки, предусмотренные конструкцией подвески автомобиля.

Процесс изготовления резинометаллической пружины подвески заключается в следующем. Изготавливают из упругой резины методом формовки трубу с продольным разрезом стенки по всей длине и с требуемыми размерами поперечного сечения выбранного профиля. Затем разрезают трубу на отрезки требуемой длины. После этого на стальную пружину наносят консистентную смазку и одевают трубу из упругой резины так, чтобы продольный разрез стенки трубы находился на внешней стороне витков стальной пружины, как показано на чертеже. При этом, если трубу из упругой резины одевают на стальную пружину, установленную в подвеске автомобиля, предварительно, например с помощью домкрата, снимают нагрузку с подвески, чтобы обеспечить максимальную величину шага стальной пружины.

Полученная резинометаллическая пружина подвески обладает переменной упругостью, нелинейно увеличивающейся по мере сжатия под действием нагрузки. Нелинейная зависимость упругости резинометаллической пружины от величины нагрузки обусловлена свойствами упругой резины и формой поперечного сечения трубы. В частности, если поперечное сечение трубы из резины имеет форму круглого кольца в местах касания при сжатии, то площадь контакта соседних витков нелинейно зависит от величины нагрузки и соответственно от величины сжатия пружины. Это обеспечивает нелинейное увеличение упругости подвески автомобиля при увеличении как статической, так и динамической нагрузок.

Использование резинометаллических пружин в подвеске автомобиля вместо стальных существенно улучшает потребительские свойства автомобиля. В частности, это полностью избавляет владельца автомобиля от необходимости периодической замены стальных пружин подвески из - за усталостного снижения их упругости, приводящего к "просадке" автомобиля.

При полной загрузке автомобиля резинометаллические пружины не только обеспечивают нелинейный режим работы подвески автомобиля при воздействии динамических ударных нагрузок, но и препятствуют значительному уменьшению клиренса автомобиля в результате увеличения статической нагрузки.

При неполной загрузке автомобиля и отсутствии динамических ударных нагрузок работа резинометаллической пружины определяется, в основном, характеристиками стальной пружины, когда величина сжатия пропорциональна приложенной нагрузке. При возникновении динамических ударных нагрузок, а также при увеличении загрузки автомобиля увеличивается сжатие резинометаллической пружины, вследствие чего в работу автоматически включается упругая резина, находящаяся между витками стальной пружины и обеспечивающая непрерывное нелинейное увеличение упругости подвески по мере увеличения нагрузки. При этом нагрузка, передаваемая кузову, оказывается распределенной по окружности, длина которой определяется средним диаметром витков стальной пружины D_ср.

В результате этого значительно уменьшается воздействие ударной нагрузки на кузов автомобиля, водителя и пассажиров. Одновременно выполняется требование по ограничению продольного сжатия стальной пружины, поскольку между ее витками находится резина, сжимающаяся до определенной конечной толщины.

Результаты испытаний резинометаллических пружин, изготовленных по предлагаемому методу, в подвеске различных отечественных и импортных автомобилей полностью подтвердили их преимущества по сравнению с обычными стальными пружинами.

Резинометаллическая пружина подвески автомобиля изготавливается из стальной пружины и трубы из упругой резины, длина которой согласована с суммарной длиной витков стальной пружины. Размеры поперечного сечения резиновой трубы согласованы с диаметром прутка и шагом витков стальной пружины. Поперечное сечение трубы формуют с внутренним профилем в виде окружности и с наружным профилем в виде, например, квадрата, прямоугольника, окружности, эллипса или окружности, ограниченной одной или двумя параллельными хордами. На боковой стенке трубы предусматривают продольный разрез по всей длине. Резиновую трубу надевают на витки стальной пружины так, чтобы продольный разрез стенки располагался либо на внутренней, либо на внешней стороне витков пружины. При этом резина может заполнять пространство между витками стальной пружины как полностью, так и частично. Вместо резины может быть использован полиуретан или любой другой упругий полимерный материал с требуемыми свойствами. Благодаря этому обеспечивается оптимальное согласование упругости подвески автомобиля с нагрузкой на нее во всем диапазоне допустимых статических и динамических нагрузок, повышается эффективность работы подвески при ударных динамических и повышенных статических нагрузках, уменьшается воздействие ударных нагрузок на кузов и повышаются условия комфортности для водителя и пассажиров. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления резинометаллической пружины подвески автомобиля, отличающийся тем, что предварительно изготавливают из упругого полимерного материала - резины трубу с продольным разрезом боковой стенки по всей длине, а затем надевают трубу на витки стальной пружины подвески автомобиля так, чтобы продольный разрез стенки трубы находился либо на внешней, либо на внутренней стороне витков стальной пружины, при этом длину трубы выбирают согласованной с суммарной длиной витков стальной пружины, а размеры поперечного сечения трубы выбирают так, чтобы внутренние размеры были согласованы с диаметром стального прутка витков пружины, а наружные - с шагом витков стальной пружины. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение трубы формуют с внутренним профилем в виде окружности и с наружным профилем в виде, например, квадрата, прямоугольника, окружности, эллипса или окружности, ограниченной одной или двумя параллельными хордами, одна из которых разделена посередине продольным разрезом стенки трубы. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что трубу из упругого полимерного материала надевают на стальную пружину подвески без снятия ее с автомобиля.