Передний управляемый мост с изменяемыми углами установки колес транспортного средства

Союз СоаетекикСоциалистическихРеспубее ОРСКОМУ СВИДЕ ЬСТВюллетеиь аи изфбретеинви открытки Ояубликовано 15.0Д та ояубликоаа.82 я ояисани 72) Авторы изобретени В, Морозов и А. А. ЖирнойГорловский филиал Донецкого орденаТрудовогоКрасно Знамени политехнического института 7 ) Заявител(54) ПЕРЕДНИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ МОСТ С ИЗМЕНЯЕМЫМИУГЛАМИ УСТАНОВКИ КОЛЕС ТРАНСПОРТНОГОСРЕДСТВА дно 9;Ф Изобретение. относится к безрельсовым наземным самоходным транспортнымсредствам и может быть использованов автомобильных и колесных тракторах с неразрезной передней осью.Известен передний мост с изменяемыми углами установки колес транспортного средства, содержащий рулевуютрапецию, 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 скорпусом, 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 возмож. ностью осевого перемещения кронштейн,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, устаноеленном неподвижно относительно оси и. соединенном с первым из упомянутых кронштейнов посредством регулировочного винта 1 Ц .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 предложенному по 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 переднегомоста является то, что в нем уст3 927614 4 сопровождается изменением сил, действующих в пятне контакта шин управлямент, стремящийся повернуть колесои тем самым изменить угол схождения. у"рычагами выполнены в виде подшипников качения, а между балкой и коромыслом синхронизирующего механизма установ - лен на шарнирах гидравлический амортизатор.г ка оптимального схождения может бытьосуществлена только в стационарныхусловиях, т. е, тогда, когда транспортное средство не находится в движении. В эксплуатационных же условиях автомобиль или другое колесноетранспортное средство движется сразличными скоростями и нагрузкамина дорогах разного состояния, что емых колес с дорогой и изменением уг-,ла схождения колес. Результаты специального исследова ния показали, что причина изменениясхождения управляемых колес при движении транспортного средства эаключается в следующем, Сила сопротивле"ния качения, действующая со стороныдороги на управляемое колесо движущегося транспортного средства, изме"няется в очень широких пределах. Эта сила относительно шкворня создает мо" При езде, по, дороге с поперечным уклоном и на поворотах положение ещесложнее, так как в пятне контакта шин управляемых колес с дорогой дополнительно действуют боковые силы эасчет уклона или боковые центробежныесилы инерции поворота. Они вызываютответные реакции со стороны дороги,которые оказывают существенное влияние на изменение силы сопротивлениякачению и схождения колес. Кроме того, поворот рулевого колеса приводитк непосредственному изменению схожчто 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 шквоонями, при этом плечо обкатКи равно нулю.Кроме того, шарнирные соединения фигурных кронштейнов с поворотнымидения вследствие того, что внутреннееи внешнее управляемые колеса поворачиваются на различные углы. 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 деформаций соответствующих деталей рулевого упраъления и передней оси,Следовательно, к недостаткам переднего управляемого моста, применяемого в настоящее время на всех современных грузовых автомобилях, .авто 1 бусах и других колесных транспортныхсредствах, может быть отнесено то,45 вследствие уменьшения или увеличения ф. На Фиг. 1 показан схематически передний управляемый мост; на фиг. 2- направляющее 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. 5 Передний конец рычага 8 имеет бобышку с проушиной, которая установлена между внутренними торцовыми поверхностями вилок поворотного кулака 4. Поворотный кулак 4 шарнирно соединен 10 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. 15 Направляющее устройство 7 имеет совершенно аналогичную конструкцию, его основу составляет поворотный рычаг11. Перецние упоавляемые колеса 12 и 13 установлены так, что их плечи об катки равны нулю, т. е, следы продольных осей шкворней 1 О и 14 на плоскость дороги попадают на линии действия сил сопротивления качению соответственно 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.0 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, На 35 ружные концы шатунов своими хвостовиками закреплены в приливах бобышек передних концов поворотных рычагов 8 и 11. Для компенсации действия случайных бОковых толчкОВ и фиксации кЩЙних440 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 стороны 50 с наконечниками поперечной тяги 26. Работа осуществляется следующим об разом.На неподвижном транспортном средст. ве например, на автомобиле 1 установлен угол схождения управляемых колес12 и 13 в соответствии с техническими условиями. Если в процессе прямолинейного движения транспортного средства по горизонтальной дороге действительное схождение управляемых колессоответствует оптимальному значению,то боковые силы, действующие в пятнеконтакта. шин колес 12 и 13 с дорогойравны минимальному значению (нулю).Действие боковых сил соответственночерез колеса 12 и 13, поворотные ку.лаки 4 и 5, шатуны 19 и 20 синхрониэирующего механизма передается нашарниры 17 и 18 коромысла 16. Так какбоковые силы на концах коромысла 16равны нулю, то синхронизирующий меха В.ниэм не срабатывает. Ширина колеиуправляемых колес 12 и 13 движущегося транспортного средства не изменяется, остается прежними угол схождения,Если действительное схождениеуправляемых колес 12 и 13 в процессе прямолинейной езды по горизонталь.ной дороге меньше оптимального, тобоковые силы, действующие в пятне контакта шин обоих управляемых колес,больше минимального значения и направлены наружу перпендикулярно оси фдвижущегося транспортного средства, т.е.в разные стороны. В шарнирных концахкоромысла 16 действуют две равные повеличине параллельные силы (каждаяоиз 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 парусил, момент которой поворачивает коромысло 16 по часовойстрелке относительно шарнира 15. Поворот коромысла16 сопровождается соответствующими пе.ремещениями шатунов 19 и 20, а такжекинематически связанных с ними поворотных кулаков 4 и 5 с управляемымиколесами 12 и 13. Происходит принудительное изменение ширины колеи. Синхронизирующий механизм обеспечивает вэтом случае автоматическое увеличениеширины колеи за счет одновременногоперемещения левого и правого управляемых колес на одинаковые расстояния,так как одновременно с синхронизирующим механизмом срабатывают оба направляющих устройства 6 и 7 направляющего механизма (происходит изменениеположения поворотных рычагов 8 и 11относительно фигурных кронштейнов 2и 3 балки 1 передней оси). Следовательно, 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 лес 12 и 13 приводит к повороту рулевых рычагов 24 и 25 рулевой трапеции, так как они соединены с перемещающимися вдоль продольной осибалки 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 15 шкворней 10 и 14. По иере 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 мо-. мент достижения действительным схож-. дением 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 эо 18 коромысла 16 равна нулю, их момент также равен нулю. Поэтому прекращается принудительное изменение ширищ 4 колеи и схождения управляемых колес, зафиксировав его оптимальную величину. Если же действительное схождение управляемых колес 12 и 13 при прямолинейной езде по горизонталь. ной дороге больше оптимального. то боковые силы на обеих колесах больше минимального значения, но направлены внутрь перпендикулярно продольной оси движущегося транспортного средст. ва 1 тоже в разные стороны, но проти- воположного направленйя). В шарнирах 17 и 18 коромысла 16 и в этом случае45 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 перемещениямишатунов 19 и 20, поворотных рычагов 8 и 11 направляющих устройств б 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 8приводит 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). В 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 17 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 еИзменение ширины колеи + 2 мм обеспечивается фиксацией крайних положений управляемых колес гидравлическим амортизатором 23, который сионтирован на шарнирах 21 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 автоматическую 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 1 б син9276111 10 1 О 15 20 25 35 4550 15 формула изобретения хрониэирующего механизма передаютсясуммарные боковые силы (сумма сил отнесоответствия действительного схождения оптимальному и центробежныхсил поворота), но на общую разностьбоковых сил оказывают влияние только силы от несоответствия действительного схождения колес оптимальному. Поэтому автоматическая установка оптимального схождения управляемых колес при поворотах транспортного средстваосуществляется так же, как и при прямолинейной езде. Если действительноесхождение управляемых колес 12 и 13при повороте транспортного средстваравно 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 относи 30 ветствия действительного схожденияоптимальному в этом случае равна нулю. Момент сил на коромысле 16 синхронизирующего механизма от боковых тельно шарнира 15, ширина колеи управляемых колес не изменяется. Остается зафиксированным оптимальныйугол схождения. В случае, когда действительное схождение управляемых колес 12 и 13 при пфвороте транспортного средства отличается больше илименьше) от оптимального, то в пятнеконтакта шин обеих управляемых колес, кроме боковых сил поворота, направленных в одну сторону, действуют боковые силы от несоответствия дейст вительного схождения оптимальному,направленные в разные стороны (наружу или внутрь ло отношению к продольной оси транспортного средства). Таким образом, на одном колесе боковыесилы поворота и несоответствия схождения направлены в одну сторону, их.равнодействующая, передаваемая наодин из концевых шарниров коромысла16 равна сумме сил. На другом жеколесе эти силы направлены в разные стороны и их равнодействующая, переда. ваемая на другой концевой шарнир коромысла 16, равна разности сил. Следовательно, на концевых шарнирах 1 1 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 энФения, боковые силы в пятне контакта шин колес с дорогой от .несоответствия действительного схождения оптимальному цостигают минимума (нуля). 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. ,1 ирина колеи и схождение управляемых колес не изменяются, фиксируя оптимальное схождение колес 12 и 13 на повороте.Изобретение позволяет автоматически.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 состав. ляет 20-304 стоимости самих машин, и улучшению топливной экономичности транспортных средств. 1. Передний управляемый мост с изменяемыми углами установки колес2611 122. Мост по и, 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что шарнирные соединения фигурных кронштейнов с поворот.ными рычагами выполнены в виде по -д 5 шипников качения.3, Мост по и. 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что между балкойи коромыслом синхронизирующего механизма установлен на шарнирах гид 0 равлический амортизатор. 9 транспортного средства. содержащий балку, поворотные кулаки, шкворни, ступицы, колеса и рулевую трапецию, о т л и ч а ю щ и й с я 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.Я Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР В 523827, кл. В 62 Р 17/00, 1968.2. Анохин В. И, Отечественные автомобили, М., "Машиностроение", 1968 с. 592 (прототип).