Передний управляемый мост с изменяемыми углами установки колес транспортного средства

 

Союз Соаетекнк

Соцналнетичвских

Ресттубник

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Еl ) Дополнительное к авт. санд-ву— (22)Заявлено 25.06.80 (21) 2945218/27-11 с ярисоединеннею заявки М— (23) Приоритет— (51)М, Кл..

В 62 D 17/00

)аеудерстеаеыМ кеннтет

СССР ее делен изе4ретеинй и етхрытвв

Онублнковано 15. 05. 82 .. Бюллетень М 18

Дата онублнкоаання онисания 1 5. 05 . 82 (53) УД3(629 113. . 014. 5 (088. 8) (72) Авторы изобретения.

Я .М. В. Морозов и А. А. Жирной

I

Горловский филиал Донецкого ордена Трудового Красно

Знамени политехнического института (7! ) Заявитель (54) ПЕРЕДНИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ МОСТ С ИЗМЕНЯЕМЫМИ

УГЛАМИ -УСТАНОВКИ КОЛЕС ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА

Изобретение относится к безрельсовым наземным самоходным транспортным средствам и может быть использовано в автомобильных и колесных тракторах с неразрезной передней осью. Известен передний мост с изменяемыми углами установки колес транспортного средства, содержащий рулевую трапецию, трубчатую ось с установленными по концам с воэможностью осевого перемещения и поворота вилками, каждая из которых снабжена механизмами фиксаций в заданнрм положении относительно оси и шарнирно соединена с корпусом, в котором установлен поворотный шкворень, нижним концом соединенный с цапфой, имеющей механизм фиксации ее углового положения относительно шкворня; с целью упрощения бесступенчатого и независимого изменения угловых положений шкворня и вилки и их фиксации относительно оси моста на каждой вилке установлен с возможностью осевого перемещения кронштейн, 2 в котором зафиксирована резьбовая тя-,, га, шарнирно соединенная одним концом с корпусом шкворня, другим концом раз" мещенная в сквозном дуговом пазу, выполнном во втором кронштейне, устаноВленном неподвижно относительно оси и. соединенном с первым из упомянутых кронштейнов посредством регулировочного винта 1Ц .

Недостатком данного переднего мос" та является то, что изменение угла схождения управляемых колес у него может быть осуществлено только в стационарных условиях, на неподвижном транспортном средстве.

Наиболее близким к предложенномупо конструктивным признакам является передний управляемый мост с изменяемыми углами установки колес транспортного средства, содержащий балку, повооотные кулаки, шкворни, ступицы, колеса и рулевую трапецию !2).

Недостатком известного переднего моста является то, что B нем установ3 92761ч 4

Таким образом, при движении транспортного средства в различных условиях (рост или снижение нагрузки, скорости, суммарного сопротивления дороги, ее профиля) изменяется сила сопротивления качению и ее момент относительно шкворня, что приводит к изменению схождения управляемых колес

45 вследствие уменьшения или увеличения деформаций соответствующих деталей рулевого упраъления и передней оси.

Следовательно, к недостаткам переднего управляемого моста, применяI емого в настоящее время на всех современных грузовых автомобилях, авто1 бусах и других колесных транспортных средствах, может быть отнесено то, ка оптимального схождения может быть осуществлена только в стационарных условиях, т. е, тогда, когда транспортное средство не находится в движении. В эксплуатационных же условиях автомобиль или другое колесное транспортное средство движется с различными скоростями и нагрузками на дорогах разного состояния, что сопровождается изменением сил, дейст- tO вующих в пятне контакта шин управляемых колес с дорогой и изменением уг-, ла схождения колес.

Результаты специального исследова ния показали, что причина изменения схождения управляемых колес при движении транспортного средства эаклю-.

I чается в следующем, Сила сопротивле" ния качения, действующая со стороны дороги на управляемое колесо движущегося транспортного средства, изме" няется в очень широких пределах. Эта сила относительно шкворня создает момент, стремящийся повернуть колесо и тем самым изменить угол схождения. у

При езде no дороге с поперечным уклоном и на поворотах положение еще сложнее, так как в пятне контакта шин управляемых колес с дорогой дополнительно действуют боковые силы эа счет уклона или боковые центробежные силы инерции поворота. Они вызывают ответные реакции со стороны дороги, которые оказывают существенное влияние на изменение силы сопротивления качению и схождения колес. Кроме того, поворот рулевого колеса приводит к непосредственному изменению схождения вследствие того, что внутреннее и внешнее управляемые колеса поворачиваются на различные углы. что он не обеспечивает оптимального схождения управляемых колес при езде в изменяющихся условиях. Поэтому действительные углы схождения на движущихся транспортных средствах отличаются от оптимальных, гарантирующих наиболее экономичные эксплуатационные показатели. Ведь изменение углов схождения в любую сторону от оптимального значения сопровождается увеличением силы сопротивления качению за счет ооста ее боковой составляющей, ухудшением топливной экономичности и ускоренным износом шин.

Цель изобретения — автоматическая установка оптимального угла схождения колес при движении транспортного средства в изменяющихся условиях.

Поставленная цель достигается тем, что передний мост снабжен Фигурными кронштейнами, жестко связанными с концами балки, поворотными рычагами и синхронизирующим механизмом, состоящим из коромысла, плечи которого шарнирно связаны шатунами, расположенными под одинаковыми углами к коромыслу, с поворотными рычагами, одни концы которых соединены с фигурными кронштейнами, а другие - с шкворнями, при этом плечо обкатКи равно нулю.

Кроме того, шарнирные соединения фигурных кронштейнов с поворотными

"рычагами выполнены в виде подшипников качения, а между балкой и коромыслом синхронизирующего механизма установ— лен на шарнирах гидравлический амортизатор. . На фиг. 1 показан схематически передний управляемый мост; на фиг. 2направляющее устройство переднего управляемого моста.

Передний управляемый мост содержит балку 1 передней оси, наружные концы которой заканчиваются жестко установленными фигурными кронштейнами 2 и 3.

Между кронштейнами и поворотными кулаками 4 и 5 управляемых колес установлен направляющий механизм, который состоит из двух одинаковых направляющих устройств 6 и 7. Основу направляющего устройства (например левого б) составляет поворотный рычаг 8, задний вильчатый конец которого шарнирно соединен установочным пальцем 9 с внешним концом фигурного кронштейна 2. Для повышения долговечности переднего моста шарнирный палец 9, соединяющий фигурный кронш5 9276 тейн и поворотный рычаг, установлен на рОликовых конических подшипниках.

Гнездами наружных обойм подшипников являются цилиндрические выточки в проушинах вильчатого конца рычага 8.

Передний конец рычага 8 имеет бобышку с проушиной, которая установлена между внутренними торцовыми поверхностями вилок поворотного кулака 4.

Поворотный кулак 4 шарнирно соединен с передним концом рычага 8 шкворнем

10. Таким образом, направляющее устройство 6 содержит поворотный рычаг

8, установочный палец 9 с опорными и крепежными элементами, шкворень 10. I>

Направляющее устройство 7 имеет совершенно аналогичную конструкцию, его основу составляет поворотный рычаг l1. Перецние упоавляемые колеса 12 и

13 установлены так, что их плечи об- го катки равны нулю, т. е. следы продольных осей шкворней 10 и 14 на плоскость дороги попадают на линии действия сил сопротивления качению соот:ветственно в центры пятен контакта 25 шин управляемых колес 12 и 13 с дорогой. На балке 1 передней оси шарниром

15 посредине. закреплено коромысло 16 синхрониэирующего механизма, который делит боковые силы, действующие в пят- о не контакта колес с дорогой, пополам.

На концах коромысла 16 с помощью шарниров 17 и 18 установлены два шатуна

19 и 20 равной длинны,которые образуют с коромыслом 16 одинаковые углы. На35 ружные концы шатунов своими хвостовиками закреплены в приливах бобышек передних концов поворотных рычагов 8 и 11. Для компенсации действия случайных боковых толчков и фиксации крайних 4

40 положений управляемых колес между балкой передней оси и коромыслом синхронизирующего механизма смонтирован на шарнирах 21 и 22 гидравлический амортизатор 23. Рулевая трапеция — такая же как на всех современных автомобилях и колесных тракторах (изменений нет).

Рулевые рычаги 24 и 25 трапеции с одной стороны соединенЫ с поворотйыми кулаками 4 и 5, а с другой стороныM с наконечниками поперечной тяги 26.

Работа осуществляется следующим об. разом.

На неподвижном транспортном средстве (например, на автомобиле1 установлен угол схождения управляемых колес 12 и 13 в соответствии с техническими условиями. Если в процессе прямолинейного движения транспортного средства по горизонтальной дороге действительное схождение управляемых колес соответствует оптимальному значению, то боковые силы, действующие в пятне контакта. шин колес 12 и 13 с дорогой равны минимальному значению (нулю).

Действие боковых сил соответственно через колеса 12 и 13, поворотные ку.лаки 4 и 5, шатуны 19 и 20 синхрониэирующего механизма передается на

jlUBpHHpbl 17 и 18 коромысла 16. Так как боковые силы на концах коромысла 16 равны нулю, то синхронизирующий меха-р, ниэм не срабатывает. Ширина колеи управляемых колес 12 и 13 движущегося транспортного средства не изменяется, остается прежними угол схождения .

Если действительное схождение управляемых колес 12 и 13 в процессе прямолинейной езды по горизонталь. ной дороге меньше оптимального, то боковые силы, действующие в пятне контакта шин обоих управляемых колес, больше минимального значения и направлены наружу перпендикулярно оси движущегося транспортного средства, т.е. в разные стороны. В шарнирных концах коромысла 16 действуют две равные по величине параллельные силы (каждая о из которых приложена к соответствующему шарниру 17 или 18 и равна боковой силе. действующей в пятне контак- та шин колеса 12 и 13 с дорогой), на- правленные наружу. Они создают пару сил, момент которой поворачивает коромысло 16 по часовой стрелке относительно шарнира 15. Поворот коромысла 16 сопровождается соответствующими перемещениями шатунов 19 и 20, а также кинематически связанных с ними поворотных кулаков 4 и 5 с управляемыми колесами 12 и 13. Происходит принудительное изменение ширины колеи. Синхронизирующий механизм обеспечивает в этом случае автоматическое увеличение ширины колеи за счет одновременного перемещения левого и правого управля-. емых колес на одинаковые расстояния, так как одновременно с синхронизирующим механизмом срабатывают оба направляющих устройства 6 и 7 направляющего механизма (происходит изменение положения поворотных рычагов 8 и 11 относительно фигурных кронштейнов 2 и 3 балки 1 передней оси). СледоваI тельно, согласованная работа синхронизирующего и направляющего механиэ9276 мов обеспечивает одновременное перемещение левого и правого управляемых колес 12 и 13 с поворотными кулаками

4 и 5 на одинаковые расстояния. Увеличение ширины колеи управляемых ко- 5 лес 12 и 13 приводит к повороту рулевых рычагов 24 и 25 рулевой трапеции, так как они соединены с перемещающимися вдоль продольной оси балки 1 поворотными кулаками 4 и 5. Изменение положения рулевых рычагов 24 и 25 сопровождается увеличением схождения управляемых колес 12 и 13 вследствие их поворота совместно с поворотными кулаками 4 и 5.относительно шкворней 10 и 14. flo мере принудительного увеличения действительного; схождения управляемых колес движущегося транспортного средства и приближения,его к оптимальному боковые 20 силы в пятне контакта шин колес с дорогой уменьшаются, приближаясь к минимальному значению (нулю) ., В момент достижения действительным схождением оптимальной величины боковые 25 силы достигают минимального значения, их разность как в пятнах контакта шин, так и на концах коромысла 16 равна нулю. Вследствие того, что раз. ность боковых сил в шарнирах 17 и 30

18 коромысла 16 равна нулю, их момент также равен нулю. Поэтому прекращается принудительное изменение ширины колеи и схождения управляемых колес, зафиксировав его оптимальную величину. Если же действительное схождение управляемых колес 12 и 13 при прямолинейной езде па горизонтальной дороге больше оптимального. то боковые силы на обеих колесах больше минимального значения, но направлены внутрь перпендикулярно продольной оси движущегося транспортного средства (тоже в разные стороны, но проти- воположного направленйя). В шарнирах

17 и 18 коромысла 16 и в этом случае

45 действуют две равные по абсолютной величине силы, создающие пару сил.

Момент пары сил поворачивает коромысло 16 против часовой стрелки относительно шарнира 15. Поворот коромысла

16 сопровождается соответствующими перемещениями шатунов 19 и 20, поворотных рычагов 8 и 11 направляющих устройств 6 и 7., а также кинематически связанных с ними поворотных кулаков 4 и 5 с колесами 12 и 13. Происходит принудительное уменьшение ширины колеи управляемых колес. Последнее, 14 8 приводит к соответствующему повороту рулевых рычагов 24 и 25. Изменение положения рычагов 24 и 25 сопровождается уменьшением схождения колес 12 и

13. По мере принудительного уменьшения действительного схождения управляемых колес движушегося транспортного средства и приближения его к оптимальному боковые силы в пятне контакта шин колес с дорогой уменьшаются, приближаясь к минимальному значению (нулю).

8 момент достижения действительным схождением оптимальной величины боковые силы достигают минимального значения, их разность как в пятнах контакта шин, так и на концах коромысла 16 равна нулю. Вследствие того, что разность боковых, сил в шарнирах !7 и 18 коромысла 16 равна нулю, их момент также равен нулю. Поэтому прекращается принудительное изменение ширины колеи и схождения управляемых колес, зафиксировав его оптимальную величину °

Изменение ширины колеи + 2 мм обеспечивается фиксацией крайних положений управляемых колес гидравлическим амортизатором 23, который сионтирован на шарнирах ?1 и 22 между балкой передней оси и коромыслом синхронизирующего механизма (или же с помощью регулируемых ограничительных упоров, которые установлены, например, с двух сторон коромысла синхронизирующего механизма). Такая величина изменения ширины колеи обеспечивает asтоматическую оптимизацию схождения управляемых колес на всем диапазоне изменения нагрузочных и скоростных режимов, движущегося в различных условиях транспортного средства. При поворотах транспортного средства в ,пятне контакта шин управляемых колес ,с дорогой кроме боковых сил от несоответствия действительного схождения оптимальному действуют еще центробежные боковые силы инерции поворота, вызывающие ответные реакции со стороны дороги. Боковые центробежные силы инерции на обеих колесах в любой момент времени (при поворотах транспортного средства в любую сторону с разными углами) равны .по абсолютной величине и направлены в одну сторону.

Поэтому их разность всегда равна нулю. Следовательно, и момент от действия этих сил на шарнирах 17 и 18 коромысла 16 также всегда равен нулю.

На шарниры 17 и 18 коромысла 16 син927614

1О

20

35

15

Формула изобретения хрониэирующего механизма передаются суммарные боковые силы (сумма сил от несоответствия действительного схождения оптимальному и центробежных сил поворота), но на общую разность боковых сил оказывают влияние только силы от несоответствия действительноro схождения колес оптимальному. Поэтому автоматическая установка оптимального схождения управляемых колес при поворотах транспортного средства осуществляется так же, как и при прямолинейной езде. Если действительное схождение управляемых колес 12 и 13 при повороте транспортного средства равно оптимальному, то в пятне контакта шин обеих колес с дорогой дейст. вуют центробежные боковые силы поворота, равные по абсолютной величине на обеих колесах и направленные в одну сторону. Боковые силы от несоотсил поворота равен нулю, так как разность этих сил равна нулю. Поэтому коромысло 16 не поворачивается относи30 ветствия действительного схождения оптимальному в этом случае равнй нулю. Момент сил на коромысле 16 синхронизирующего механизма от боковых тельно шарнира 15, ширина колеи управляемых колес не изменяется. Остается зафиксированным оптимальный угол схождения. В случае, когда действительное схождение управляемых колес 12 и 13 при певороте транспортного средства отличается (больше или меньше) от оптимального, то в пятне контакта шин обеих управляемых колес, кроме боковых сил поворота, направленных в одну сторону, действуют боковые силы от несоответствия дейст- 40 вительного схождения оптимальному, направленные в разные стороны (наружу или внутрь ло отношению к продольной оси транспортного средства). Таким образом, на одном колесе боковые силы поворота и несоответствия схож дения направлены в одну сторону, их. равнодействующая, передаваемая на один из концевых шарниров коромысла

16 равна сумме сил. На другом же колесе эти силы направлены в разные стороны и их равнодействующая, передаваемая на другой концевой шарнир коромысла 16, равна разности сил. Следовательно, на концевых шарнирах 17 и 18 коромысла 16 в этом случае действуют силы, разные по величине (при сравнительно крутых поворотах они направлены в одну сторону, так как центробежные силы поворота, в этом случае. больше по абсолютной величине, чем силы от несоответствия схождения; при поворотах же с большим радиусом они могут быть направлены в разные стороны вследствие того, что силы от несоответствия схождения иногда бывают больше боковых сил поворота). Их разность не равна нулю. Эти силы создают момент на коромысле 16 синхронизирующего механизма, поворачивающий

его относительно шарнира 15 в соответствующую сторону, что приводит к та. кому изменению ширины колеи управляемых колес 12 и 13, при котооом действительное схождение. принудительно . изменяясь, приближается к оптимальному. Вследствие того,. что действительное схождение колес 12 и 13 приближается к оптимальному, боковые силы от несоответствия схождения уменьшаются, приближаясь к минимуму (нулю), а боковые силы поворота остаются прежними. В тот момент. когда действительное схождение колес 12 и 13 вследствие его принудительного изиенения достигает оптимального значения, боковые силы в пятне контакта шин колес с дорогой от .несоответствия действительного схождения оптимальному цостигают минимума (нуля)1. На концах коромысла 16 действуют только боковые. силы поворота, а они равны между собой по абсолютной величине и направлены в одну сторону. Разность боковых сил поворота и их момент равны нулю. Сле" довательно, в этот момент времени коромысло 16 прекращает поворот относительно шарниоа 15.;,1ирина колеи и схождение управляемых колес не изменяются, фиксируя оптимальное схождение колес 12 и 13 на повороте.

Изобретение позволяет автоматичесг ки оптимизировать углы схождения уп" равляемых колес транспортных средств (например, автомобилей) при их использовании в изменяющихся условиях эксплуатации. Это способствует значительному повышению долговечности шин, стоимость которых у большинства моделей отечественных автомобилей составляет 20-304 стоимости самих машин, и улучшению топливной экономичности транспортных средств.

1. Передний управляемый мост с изменяемыми углами установки колес

27614 12

2. Иост по и. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что шарнирные соединения фигурных кронштейнов с поворотными рычагами выполнены в виде по— д шипников качения.

3. Мост по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что между балкой и коромыслом синхронизирующего механизма установлен на шарнирах гидI равлический амортизатор.

24 е т!!! ная,4

9 транспортного средства. содержащий балку, поворотные кулаки, шкворни, ступицы, колеса и рулевую трапецию, отличающийся тем, что, с целью автоматической установки оптимального угла схождения колес при движении транспортного средства в изменяющихся условиях, он снабжен фигурными кронштейнами, жестко связанными с концами балки, поворотными рычагами и синхронизирующим механизмом, состоящим из коромысла плеФ чи которого шарнирно связаны шатунами, расположенными под одинаковыми углами к коромыслу, с поворотными рычагами, одни концы которых соединены с фигурными кронштейнами, а другие— со шкворнями, при этом плечо обкатки равно нулю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 523827, кл. В 62 D 17/00, 1968.

2. Анохин В. И. Отечественные автомобили. И., "Машиностроение", 1968 с. 592 (прототип).