рессорный лист комбинированного профиля (варианты) и рессора (варианты) с его использованием

Формула изобретения

1. Рессорный лист комбинированного профиля, имеющий толстый центральный участок с центральной площадкой, тонкие концевые участки постоянного профиля и рабочие участки, расположенные между центральным и концевым участками, отличающийся тем, что рабочие участки выполнены из комбинации прилегающих к центральному участку участков постоянного профиля и прилегающих к концевым участкам участков переменного профиля, причем расстояние между их разделяющими поперечными сечениями на обоих плечах листа равно рабочей длине последующего в пакете рессоры короткого листа.

2. Рессорный лист комбинированного профиля, имеющий толстый центральный участок с центральной площадкой, тонкие концевые участки постоянного профиля и рабочие участки, расположенные между центральным и концевым участками, отличающийся тем, что рабочие участки выполнены из комбинации прилегающих к центральному участку участков постоянного профиля и прилегающих к концевым участкам участков переменного профиля, причем расстояние между их разделяющими поперечными сечениями на обоих плечах листа равно рабочей длине последующего в пакете рессоры короткого листа, при этом прилегающие к центральному участку рабочие участки постоянного профиля выполнены толщиной, равной толщине центрального участка.

3. Комбинированная рессора, содержащая несколько рессорных листов, отличающаяся тем, что коренной лист выполнен по п.1, а последний лист выполнен переменного профиля, при этом листы контактируют друг с другом по проекции центральной площадки и концов последнего листа переменного профиля, причем толщина центрального участка листа комбинированного профиля выполнена равной толщине последнего листа переменного профиля.

4. Малолистовая трапециевидная рессора, характеризующаяся тем, что пакет рессоры содержит наложенные друг на друга с уменьшаемой пошагово рабочей длиной листы комбинированного профиля по п.2 и последующий лист переменного профиля, контактирующие друг с другом по всей плоскости соприкосновения.

5. Составная двухступенчатая рессора, включающая основную рессору и дополнительную рессору, расположенную в нижнем положении и имеющую рабочую длину короче рабочей длины основной рессоры, отличающаяся тем, что основная рессора состоит из листов одинакового комбинированного профиля по п.2 с расстоянием между поперечными сечениями, разделяющими рабочие участки постоянного и переменного профиля на обоих плечах листа, равным рабочей длине дополнительной рессоры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройству упругих элементов подвесок транспортных средств.

Известно, что рессорный лист является элементом листовой рессоры, которая, в свою очередь, является упругим элементом подвески транспортного средства (ТС). Простейшая форма рессорного листа - это лист постоянного сечения. Рессора может состоять и из одного такого листа, но такая конструкция из-за неравномерного распределения напряжений (на фиг.1 линия ВАВ') и, как следствие, низкого коэффициента использования материала (К_им~11%) не рациональна. Равномерность распределения напряжений и К _им в таком листе обычно повышают путем расположения за данным листом листа с меньшей длиной. При этом первоначальная эпюра напряжений приобретает форму линии BCC'B', а разница между интервалами ВВ' и X_CX_C' равна разнице рабочих длин указанных смежных листов. Но и данный лист для повышения К_им нуждается в идущем за ним более коротком листе. Такой пакет рессоры, составленный из листов постоянного сечения с последовательно убывающей длиной, как известно, носит название трапециевидной рессоры. Характерное свойство таких рессор - обязательное отсутствие зазора между листами. С целью повышения К_им путем сокращения разницы длин листов количество листов увеличивают, что дало второе название трапециевидным рессорам как многолистовые [Пархиловский И.Г. Автомобильные листовые рессоры. - М.: Машиностроение, 1978 г., на с.126-127 приведены типы однолистовых рессор; на с.139 - типы малолистовых рессор; на с.142 - типы многолистовых рессор]. Из этого очевиден недостаток использования листов постоянного профиля: высокая металлоемкость рессор и невысокий коэффициент использования металла.

Известны рессорные листы переменного профиля, для которых характерны три вида участков: центральный участок постоянного профиля максимальной толщины по длине, равный длине зоны заделки рессоры на ТС, рабочие участки переменного профиля и концевые участки постоянного профиля с минимальной для листа толщиной. В отличие от листов постоянного сечения равномерность распределения напряжений в таком листе обеспечивается за счет изменения толщины листа на рабочем участке переменного профиля (эпюра BDD'B' на фиг.1), а не в результате воздействия двух противоположных по направлению и смещенных на расстояние равное разнице длин листов сил. При этом изгибающий момент на каждом из плеч листа создает исключительно одна сила, расположенная в точке В для переднего плеча и в точке В' для заднего плеча листа. Это обстоятельство предопределило конструкции рессор из листов переменного профиля с единой рабочей длиной для всех листов пакета рессоры. По функции изменения толщины на рабочем участке, имеющей часто вид параболы, такие рессоры называются параболическими, а из-за малого числа листов их второе название - малолистовыми [Горелик А.М. Малолистовые рессоры. - М.: НИИНАвтопром, 1981 с.]. Характерное свойство таких рессор - обязательное наличие зазора между листами.

Сравнивая эпюры BDD'B' и BCC'B', видно, что при одном уровне максимальных напряжений площадь под ломаной BDD'B' больше и, следовательно, коэффициент К_им малолистовой рессоры значительно выше, чем у многолистовой рессоры. Это обстоятельство обеспечивает бесспорное преимущество малолистовых рессор над многолистовыми. Но конструкции малолистовых рессор не всегда являются эффективными: конструкции рессор часто делают составными из двух рессор, одна из которых основная, а другая дополнительная в нижнем положении с укороченной рабочей длиной (И.Рампель. Шасси автомобиля. Элементы подвески. - М.: Машиностроение, 1987 г., с.213). В этом случае, если основной рессорой является малолистовая, то точка передачи нагрузки от дополнительной рессоры смещается, как и в случае с трапециевидной рессорой. При этом эпюра приобретает форму ломаной BDCOC'D'B', что по площади значительно меньше первоначальной формы BDD'B'. Таким образом, очевиден существенный недостаток рессорных листов переменного профиля: в конструкции рессоры с их использованием наличие добавочных точек передачи нагрузки (например, от дополнительной рессоры в нижнем положении) в конструкции составной рессоры приводит к искажению напряженного состояния листа переменного профиля и утрате положительных свойств, в том числе в виде резкого снижения коэффициента использования материала К_им. Поэтому основную рессору на практике делают из листов постоянного профиля, что не оптимально.

Из патентной литературы известна комбинированная листовая рессора, которая состоит из листов постоянного и переменного профиля, причем из постоянного профиля выполнены коренные листы, т.е. листы с длиной, превышающей расчетную длину рессоры, а из переменного - остальные некоренные листы, причем листы переменного профиля унифицированы по длине и профилю и нагрузка подается на их концы, а длина листов постоянного профиля действующая в каждой из консолей внешняя нагрузка Р и реакция некоренных листов образуют пару сил, равных по величине, обратных по направлению и смещенных вдоль листа относительно друг друга на расстоянии L для образования на коренных листах чистого изгиба с равномерно распределенным изгибающим моментом Р×L (заявка РФ № 94028498, МПК F16F 1/18, опубл. 20.03.96 г.). По сути это тоже составная рессора (верхнюю и нижнюю части можно рассматривать как отдельные много- и малолистовые рессоры), но части работают одновременно (нет зазора между рессорами) и потому нет многоступенчатости. Следовательно, как составной, рессоре этой конструкции также присущи вышеперечисленные недостатки. Именно по этой причине в качестве коренных листов взяты листы постоянного профиля, а не переменного. Данная рессора взята за прототип.

Для предлагаемой составной рессоры взята за прототип двухступенчатая рессора (И.Рампель. Шасси автомобиля. Элементы подвески. - М.: Машиностроение, 1987 г., с.213). Рессора задней подвески легкового автомобиля выполнена в виде трехлистовой трапецеидальной, которая при изгибе опирается на однолистовую рессору второй ступени. Недостатком данной рессоры является использование в составе основной рессоры листов постоянного профиля, что понижает равномерность распределения напряжений и величину коэффициента использования материала.

Задачей создания изобретения является разработка рессорных листов оригинальной конструкции, на базе которых созданы варианты рессор свободных от недостатков прототипов.

Поставленная задача решается с помощью группы изобретений:

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как рессорный лист комбинированного профиля, имеющий толстый центральный участок с центральной площадкой, тонкие концевые участки постоянного профиля и рабочие участки, расположенные между центральным и концевым участками, и отличительных, существенных признаков, таких как рабочие участки, выполнены из комбинации прилегающих к центральному участку участков постоянного профиля и прилегающих к концевым участкам участков переменного профиля, причем расстояние между их разделяющими поперечными сечениями на обоих плечах листа равно рабочей длине последующего в пакете рессоры короткого листа.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат:

- по пункту 1 формулы изобретения: повышение коэффициента использования металла, создание новых конструкций рессор транспортных средств.

- как и у рессоры из листов переменного профиля, конструкция рессоры с использованием листа комбинированного профиля данной конструкции предполагает зазор и отсутствие контакта на рабочем участке постоянной толщины, что повышает долговечность, но из-за отсутствия межлистового трения понижает демпфирующие свойства рессоры.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных во 2-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как рессорный лист комбинированного профиля, выполненный согласно пункту 1 формулы изобретения, и отличительных, существенных признаков, таких как прилегающие к центральному участку рабочие участки постоянного профиля выполнены толщиной, равной толщине центрального участка.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат:

- по пункту 2 формулы изобретения: повышение коэффициента использования металла, создание новых конструкций рессор транспортных средств

- как и у рессоры из листов постоянного профиля, конструкция рессоры с использованием листа комбинированного профиля данной конструкции предполагает отсутствие зазора и наличие полного контакта на рабочем участке постоянной толщины, что позволяет

1) из-за наличия межлистового трения повышать демпфирующие свойства рессоры;

2) в условии перемещения точки реакции последующего листа по плоскости рабочего участка постоянного профиля плавно изменять упругие свойства рессоры.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 3-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как комбинированная рессора, содержащая несколько рессорных листов, и отличительных, существенных признаков, таких как коренной лист, выполнен согласно пункту 1 формулы изобретения, а последний лист выполнен переменного профиля, которые контактируют друг с другом по проекции центральной площадки и концов последнего листа переменного профиля, причем толщина центрального участка листа комбинированного профиля выполнена равной толщине последнего листа переменного профиля.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат:

- по пункту 3 формулы изобретения: за счет отказа от использования листов постоянного профиля повышение коэффициента использования металла, надежности за счет выравнивания напряжений в центральном сечении рессоры.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 4-м пункте формулы изобретения, таких как малолистовая трапециевидная рессора, характеризующаяся тем, что пакет рессоры содержит наложенные друг на друга с уменьшаемой пошаговой рабочей длиной листы комбинированного профиля, выполненные согласно пункту 2 формулы изобретения, и последующий лист переменного профиля, контактирующие друг с другом по всей плоскости соприкосновения.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат:

- по пункту 4 формулы изобретения: повышение коэффициента использования металла, снижение металлоемкости.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 5-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как составная двухступенчатая рессора, включающая основную рессору и дополнительную рессору, расположенную в нижнем положении и имеющую рабочую длину короче рабочей длины основной рессоры, и отличительных, существенных признаков, таких как основная рессора, состоит из листов одинакового комбинированного профиля, выполненных согласно пункту 2 формулы изобретения, с расстоянием между поперечными сечениями, разделяющими рабочие участки постоянного и переменного профиля на обоих плечах листа, равным рабочей длине дополнительной рессоры.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат:

- по пункту 5 формулы изобретения: повышение коэффициента использования металла, исключение сборочных напряжений, обеспечение оптимальной плавности хода транспортного средства по графику прогрессивной упругой характеристики за счет плавного включения в работу дополнительной рессоры.

Таким образом, технический результат группы изобретений заключается в комбинации достоинств листов постоянного и переменного профиля и исключение их недостатков, а именно: повышение коэффициента использования металла до уровня листа параболического профиля, но в отличие от него одновременное получение конструктивной возможности использования трапециевидной формы рессоры, как у рессор из листов постоянного профиля. Универсальность рессорного листа комбинированного профиля дает возможность получения новых оригинальных конструктивных решений при разработке листовых рессор.

Изобретения иллюстрируются следующими чертежами.

На фиг.1 представлена диаграмма напряжений рессорного листа; на фиг.2 - рессорный лист: а) вид спереди, б) вид сверху (1 вариант); на фиг.3 - рессорный лист: в) вид спереди, г) вид сверху (2-й вариант); на фиг.4 - комбинированная рессора, вид спереди (1-й вариант рессоры); на фиг.5 - малолистовая трапециевидная рессора: а) вид спереди, б) вид снизу (2-й варианта рессоры); на фиг.6 - составная двухступенчатая рессора, вид спереди (3-й варианта рессоры).

Лист (вариант 1)

Рессорный лист комбинированного профиля (фиг.2) имеет толстый центральный участок АА¹ с центральной площадкой L _e, тонкие концевые участки постоянного профиля BD и D ¹B¹ и рабочие участки DA и A¹D ¹, расположенные между центральным и концевым участками. Рабочие участки выполнены из комбинации прилегающих к центральному участку участков постоянного профиля СА и А¹С ¹ и прилегающих к концевым участкам участков переменного профиля DC и C¹D¹, причем расстояние L между их разделяющими поперечными сечениями С и С¹ на обоих плечах листа равно рабочей длине последующего в пакете рессоры короткого листа.

Лист (вариант 2)

Рессорный лист комбинированного профиля выполнен согласно пункту 1 формулы изобретения (варианту 1), однако прилегающие к центральному участку АА¹ рабочие участки СА и А¹С ¹ постоянного профиля выполнены толщиной, равной толщине центрального участка.

Изменение формы листа от переменного к листу комбинированного профиля позволило оптимизировать его напряженное состояние: эпюра напряжений в листе комбинированного профиля адекватна эпюре листа переменного профиля, т.е. имеет (см. фиг.1) форму BDD'B', но в отличие от листа переменного профиля равенство напряжений на участке СС' обеспечивается, как и на листе постоянного профиля, концевыми силами от последующего листа, а на участках DC и C'D', как у листов переменного профиля, за счет изменения толщины листа.

Рессора (вариант 1)

Комбинированная рессора (фиг.4) содержит несколько рессорных листов. Коренной лист 1 выполнен согласно пункту 1 формулы изобретения, а последний лист 2 выполнен переменного профиля, при этом листы контактируют друг с другом по проекции центральной площадки и концов последнего листа переменного профиля, причем толщина h центрального участка листа комбинированного профиля выполнена равной толщине h₁ последнего листа переменного профиля. Здесь приведена оригинальная конструкция двухлистовой комбинированной рессоры, выполненной из листа 1 комбинированного профиля по варианту 1 (коренной лист) и листа 2 переменного профиля. При этом достигается цель выравнивание напряжений в центральном сечении рессоры, т.к. толщина центрального участка листа комбинированного профиля берется равной толщине центрального участка листа переменного профиля.

Рессора (вариант 2)

Малолистовая трапециевидная рессора (фиг.5), характеризующаяся тем, что пакет рессоры содержит наложенные друг на друга с уменьшаемой пошагово рабочей длиной листы комбинированного профиля 1, выполненные согласно пункту 2 формулы изобретения, и последующий лист переменного профиля 2, контактирующие друг с другом по всей плоскости соприкосновения. Здесь приведена оригинальная конструкция малолистовой трапециевидной рессоры. Последний лист такой рессоры переменного профиля, а остальные - комбинированного по варианту 2. Здесь наглядно продемонстрированы преимущества использования листов комбинированного профиля: рессора трапециевидная, что нельзя сделать исключительно из листов переменного профиля; рессора малолистовая, что нерационально делать из листов постоянного профиля. Величина L для листов № № 1 и 2 принимает соответственно значения L₁ и L₂.

Рессора (вариант 3)

Составная двухступенчатая рессора (фиг.6) включает основную рессору 1 и дополнительную рессору 2, расположенную в нижнем положении и имеющую рабочую длину короче рабочей длины основной рессоры. Основная рессора состоит из листов одинакового комбинированного профиля, выполненных согласно пункту 2 формулы изобретения, с расстоянием L между поперечными сечениями, разделяющими рабочие участки постоянного и переменного профиля на обоих плечах листа, равным рабочей длине дополнительной рессоры.

Равенство толщин между рабочими участками и центральным участком листов комбинированного профиля не означает их полного слияния: эти участки имеют разные контуры изгиба, вследствие чего центральная площадка L_e центрального участка остается плоской, что позволяет исключить дополнительные напряжения при постановке заделки на рессору. Отсутствие зазора между рабочими участками постоянного профиля смежных листов комбинированного профиля позволяет в процессе нагружения и выбора зазора между основной и дополнительной рессорами постепенно (плавно) включать в работу дополнительную рессору. Это образует гладкую нелинейную прогрессивную форму упругой характеристики рессоры, оптимально обеспечивающую плавность хода ТС.

Фотография натурного образца составной рессоры описанной конструкции с использованием в составе основной рессоры листов комбинированного профиля приведена на фиг.7.

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.