一種採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架的製作方法

2023-06-14 05:22:16

專利名稱：一種採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車懸架系統，尤其是一種採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架。
背景技術：
懸架是保證車輪或者車橋與汽車承載系統(車架或者承載式車身)之間具有彈性聯繫並能夠傳遞載荷、緩和衝擊、衰減振動以及調節汽車在行駛過程中車身位置等有關裝置的總稱。一般懸架主要由彈性元件、減震裝置和導向機構三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或者三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件和導向機構的作用。其中導向機構的功能是確保車輪與車身或車架之間所有的力和力矩可靠傳遞，並決定車輪相對於車身或車架的位移特性。導向機構決定了車輪跳動時的運動軌跡和車輪定位參數的變化情況，以及汽車前後側傾中心和縱傾中心的位置，在很大程度上影響了整車的操縱穩定性和抗縱傾能力。根據導向機構的特點，汽車懸架主要可以分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類。非獨立懸架的典型特徵在於左右車輪之間由一剛性梁或者非斷開式的車橋聯接，當單邊車輪跳動時，直接影響到另一側車輪。獨立懸架左右車輪各自「獨立」地與車身或車架相連或構成斷開式車橋。此外，還有一種特點介於非獨立懸架與獨立懸架之間的半獨立懸架。非獨立懸架缺點明顯，比如左右車輪跳動互相影響、非懸掛質量較大等，已經不能夠滿足當今汽車行駛平順性和操縱穩定性方面的要求，因此獨立懸架得到了很大的發展。獨立懸架的結構特點是兩側的車輪單獨地通過彈性懸架與車身或車架聯接，車橋做成斷開式。因此，獨立懸架有以下優點一、在懸架彈性元件一定的變形範圍內，兩側車輪可以獨立運動，而互不影響，這樣在不平道路上行駛時可以減少車架和車身的振動，而且有助於消除轉向輪不斷偏擺的不良現象，提升了汽車直線行駛能力，保證了良好的操縱穩定性。二、減少了汽車非簧載質量。在非獨立懸架情況下，整個車橋和車輪都屬於非簧載質量部分。在獨立懸架情況下，對驅動橋而言，由於主減速器，差速器及其外殼都固定在車架上，成了簧載質量；對轉向橋而言，它僅具有轉向主銷和轉向節，而中部的整體梁不再存在。所以採用獨立懸架時，非簧載質量包括車輪質量和懸架系統中的一部分零件的全部或部分質量，顯然比用非獨立懸架時非簧載質量要小得多。在道路條件和車速相同時非簧載質量愈小，則懸架所受到的衝擊載荷愈小，故採用獨立懸架可以提高汽車行駛平順性和輪胎的接地性能。三、採用斷開式車橋時，發動機總成的位置便可以降低和前移使汽車重心下降，提高了汽車行駛穩定性。同時給予車輪較大的上下運動空間，因而可以將懸架剛度設計得較小，使車身振動頻率降低，以改善行駛平順性。四、易於實現驅動輪轉向。以上優點使獨立懸架被廣泛地應用在現代汽車上，特別是轎車的轉向輪都普遍採用了獨立懸架，為了提高行駛安全性，越來越多的高級轎車的後懸也採用了獨立懸架。目前，在汽車上應用最廣泛的獨立懸架主要有雙橫臂獨立懸架、麥弗遜式獨立懸架和多連杆獨立懸架。雙橫臂獨立懸架的突出優點是設計靈活，但是採用該懸架的汽車車輪跳動時車輪定位參數和輪距變化較大，降低了汽車直線行駛能力，導致操縱穩定性較差，同時輪胎磨損嚴重。麥弗遜式懸架的優點是結構簡單，節省空間，且車輪跳動過程中其輪距、前束及車輪外傾等定位參數變化不大，減輕了輪胎磨損，也使得汽車具有較好的操縱穩定性，但是其可設計性較差，而且減震器的活塞杆與導向套之間存在摩擦力，使得懸架的動剛度增加，彈性特性變差，尤其在小位移時這一影響更加顯著。多連杆獨立懸架的優點主要是能夠保證車輪跳動時車輪定位參數變化很小，但是其設計靈活性差，對連杆結構參數非常敏感，加工製造精度要求高，裝配調整困難，目前主要應用在中高檔轎車。目前常規的獨立懸架雖然在功能上都能夠滿足懸架設計要求，但是當車輪跳動時，車輪定位參數均會變化。在實際 應用中，車輪定位參數的較大變化會對汽車操縱穩定性或者其他方面性能產生不利影響，比如輪距的變化會導致汽車直線行駛能力下降，同時還造成滾動阻力增大和對轉向系統的影響；車輪外傾角的變化會導致輪胎的異常磨損。如何能夠保證車輪跳動時車輪的定位參數不會發生變化是獨立懸架結構創新設計中的一個重點和難點。萬向集團和清華大學曾聯合提出三種能夠用於汽車懸架的直線導引機構，參見I.趙景山，王建宜.空間多連杆叉車舉升導引機構[P].中國專利200910085582. 7,2009-11-4. 2·資小林，趙景山，張杰，劉向.一種帶有3-RRR伸縮補償機構的多連杆直線導引獨立懸架[P]·中國專利CN201110215816. 2，2012-02-22.3.張杰，趙景山，資小林，王建宜.一種彈性多連杆直線導引獨立懸架[P].中國專利CN201110218599. 2，2012-02-22.。上述專利I中懸架支鏈為RPR運動鏈，具有較好的各向剛度，但RPR運動鏈由於存在移動副而導致移動副處滑動摩擦較大，不適合用作懸架導引機構；2中懸架支鏈均為RRR運動鏈，其沿垂直於RRR運動鏈所確定的平面的方向剛度較差，並且鉸鏈運動副很多；3中懸架的支鏈均為彈性多連杆，其導向機構沿著車輪縱向的剛度較差，導向機構上下跳動到極限位置時，彈性杆可能產生運動突變；並且對於導向杆複合材料的彈性、強度和韌性都有很高的要求。因此上述3種懸架導向杆的實用性不強，需要持續加以改進。

發明內容
本發明要解決上述現有技術的缺點，提供一種可用於汽車獨立懸架系統的採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，實現車輪的外傾角、主銷內傾角和後傾角、左右輪距、車輪前束(後束)以及前後軸距在車輪上下跳動過程中能夠始終保持不變，從而提高汽車的操縱穩定性、行駛平順性以及乘坐的舒適性，並能夠有效降低輪胎的磨損。同時，在具有較強的可實施性的前提下，能夠保證該懸架機構具有較大各向剛度，儘可能減小受載變形。本發明解決其技術問題採用的技術方案這種採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，包括彈簧減震器系統、車輪、車身和轉向節，以及上側第一條懸架支鏈、上側第二條懸架支鏈和下側第一條懸架支鏈、下側第二條懸架支鏈，所述彈簧減震器系統分別與轉向節和車身鉸接，轉向節通過輪轂單元與車輪配合，四條懸架支鏈的兩端分別與轉向節和車身鉸接。作為優選，上側第一條懸架支鏈、上側第二條懸架支鏈、下側第一條懸架支鏈和下側第二條懸架支鏈均帶有滾珠花鍵副的結構，包括防塵罩、短連杆、固定銷、緩衝墊圈、花鍵軸、油孔螺釘、平鍵、花鍵軸套、擋圈、螺栓和長連杆。其中，短連杆和花鍵軸採用過渡配合，並通過固定銷固定連接，花鍵軸和花鍵軸套配合，花鍵擋圈通過螺栓與花鍵軸連接，花鍵軸套上設有平鍵且與長連杆採用過渡配合，懸架支鏈上還設有防塵罩。作為優選，上側一組的2根懸架支鏈所在的鉛垂平面非共面，下側一組的2根懸架支鏈所在的鉛垂平面也非共面，上述這兩組鉛垂平面的交線共線或者平行。作為優選，上側第一條懸架支鏈和下側第一條懸架支鏈所在的鉛垂平面共面，上 側第二條懸架支鏈和下側第二條懸架支鏈所在的鉛垂平面共面，且兩鉛垂平面的夾角為90。。作為優選，轉向節設有上側第一支耳、上側第二支耳、下側第一支耳和下側第二支耳，轉向節還設有彈簧減振器連接孔一、彈簧減振器連接孔二、制動卡鉗連接孔一和制動卡鉗連接孔二。發明有益的效果是可以實現車輪的外傾角、主銷內傾角和後傾角、車輪前束(後束)、左右輪距以及前後軸距等定位參數在車輪上下跳動過程中能夠始終保持不變，從而有效降低了輪胎的磨損，並能夠有效地提高汽車的操縱穩定性、行駛平順性以及乘坐的舒適性；懸架支鏈結構簡單，而且滾珠花鍵副磨損後可以更換，提高了懸架支鏈的工作壽命。


圖I是本發明的結構示意圖。圖2是懸架支鏈結構示意圖。圖3是轉向節的結構示意圖。圖4是該懸架系統的俯視圖。圖5是該懸架系統沿X軸的向視圖。附圖標記說明彈簧減震器系統1，車輪2，車身3，轉向節4，上側第一條懸架支鏈5a,上側第二條懸架支鏈5b,下側第一條懸架支鏈6a,下側第二條懸架支鏈6b,防塵罩7,短連8，固定銷9，緩衝墊片10，花鍵軸11，油孔螺釘12，平鍵13，花鍵軸套14，擋圈15，螺栓16，長連杆17，彈簧減振器連接孔一 18a，彈簧減振器連接孔二 18b，制動卡鉗連接孔一 19a，制動卡鉗連接孔二 1%，輪轂單元固定軸20，上側第一支耳21a，上側第二支耳21b，下側第一支耳22a，下側第二支耳22b。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明實施例如圖1，該多連杆直線平移式懸架包括車輪2，車身3，彈簧減震器系統I和轉向節4。所述轉向節4通過輪轂單元與車輪2聯接，彈簧減震器系統I分別與轉向節4和車身3鉸接。該系統還包括四條懸架支鏈，分別是上側第一條懸架支鏈5a，上側第二條懸架支鏈5b，下側第一條懸架支鏈6a，下側第二條懸架支鏈6b，他們兩端均分別與轉向節4和車身3鉸接。圖2所示的懸架支鏈均包括防塵罩7、短連杆8、固定銷9、緩衝墊圈10、花鍵軸11、油孔螺釘12、平鍵13、花鍵軸套14、擋圈15、螺栓16和長連杆17。所述短連杆8和花鍵軸11採用過渡配合，並通過固定銷9連接，便於拆裝。所述花鍵軸11和花鍵軸套14配合，使得懸架支鏈僅具有沿軸向伸縮的自由度，且滾珠花鍵副為標準件。所述花擋圈15通過螺栓16與花鍵軸11連接，其作用是防止花鍵軸被抽出導致花鍵軸套14內部滾珠掉落。所述花鍵軸套14與長連杆17採用過渡配合，平鍵13可以傳遞較大扭矩。所述防塵罩7安裝於懸架支鏈上，作用是防塵、防水和防腐蝕。四條懸架支鏈過約束使得懸架系統僅具有一個自由度，其中四條懸架支鏈所在的鉛垂平面非共面，且交線共線或者平行。為了提高懸架機構的構型穩定性和提高承載能力，上側第一條懸架支鏈5a和下側第一條懸架支鏈6a所在的鉛垂平面共面，上側第二條懸架支鏈5b和下側第二條懸架支鏈6b所在的鉛垂平面共面，且兩鉛垂平面的夾角為90°，如圖4所示。如圖3所示，轉向節4設有上側第一支耳21a、上側第二支耳21b、下側第一支耳22a和下側第二支耳22b，轉向節4還設有彈簧減振器連接孔一 18a、彈簧減振器連接孔二 18b、制動卡鉗連接孔一 19a和制動卡鉗連接孔二 19b。其中，四個支耳上均設有懸架支鏈連接孔，上側兩個支耳的懸架支鏈連接孔軸線所確定的兩個鉛垂平面的交線，與下側兩個支耳的懸架支鏈連接孔軸線所確定的兩個鉛垂平面的交線，兩者重合或者平行。本發明所提供的多連杆直線平移式懸架只具有沿z軸移動的自由度是由該懸架機構的機構特性所決定的，接下來就分析該懸架機構的機構學運動特性。首先建立相應的坐標系oxyz,以上側第一條懸架支鏈5a與車身連接處轉動副軸線為X軸，y軸沿水平方向位於懸架支鏈所在的鉛垂平面內，相應的z軸沿鉛垂方向，如圖4和圖5所示。設懸架支鏈A1B1的長為I1，懸架支鏈軸線與平面oxy的夾角為仍。根據趙景山，馮之敬，褚福磊.機器人機構自由度分析理論[M].北京科學出版社，2009.提出的機構自由度的分析理論，可以寫出懸架支鏈A1B1的運動螺旋係為
= [^1 ^1]⑴
其中， =[1 O O O O of
SPi = [O O O O cos 供 sin φλ ]Γ
SBi = [l 0 0 0 I1 sin φλ -I1 cos φλ ]Γ懸架支鏈A1B1的終端約束可以由互易螺旋理論求出，即
$Τ $Γ = O (2)
O O'其中為運動螺旋系，Ε_ O I3 I3 = O I O，為的反螺旋系。
$Λ 0_， _0 0 L r 5顯然矩陣*降秩的條件是
cos 灼 sin 灼=_/=o I1 sin φλ -I1 cos φλ 1
若I1為零，則此時轉動副A1與B1重合，實際中轉動副A1和B1不重合，因此懸架支鏈A1B1的終端約束&Sl可以由互易螺旋理論求出。由(2)式可以求出冗^為
權利要求
1.一種採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，包括彈簧減震器系統(I)、車輪(2)、車身(3)和轉向節(4)，以及上側第一條懸架支鏈(5a)、上側第二條懸架支鏈(5b)和下側第一條懸架支鏈(6a)、下側第二條懸架支鏈(6b)，其特徵是所述彈簧減震器系統(I)分別與轉向節(4)和車身(3)鉸接，轉向節(4)通過輪轂單元與車輪(2)配合，四條懸架支鏈(5a)、(5b)和(6a)、(6b)的兩端分別與轉向節(4)和車身(3)鉸接。
2.根據權利要求I所述的採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，其特徵是所述上側第一條懸架支鏈(5a)、上側第二條懸架支鏈(5b)、下側第一條懸架支鏈^a)和下側第二條懸架支鏈(6b)均帶有滾珠花鍵副的結構，包括防塵罩(7)、短連杆(8)、固定銷(9)、緩衝墊圈(10)、花鍵軸(11)、油孔螺釘(12)、平鍵(13)、花鍵軸套(14)、擋圈(15)、螺栓(16)和長連杆(17)。
3.根據權利要求2所述的採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，其特徵是所述短連杆(8)和花鍵軸(11)採用過渡配合，並通過固定銷(9)固定連接，花鍵軸(11)和花鍵軸套(14)配合，花鍵擋圈(15)通過螺栓(16)與花鍵軸(11)連接，花鍵軸套(14)上設有平鍵(13)且與長連杆(17)採用過渡配合，懸架支鏈上還設有防塵罩(7)。
4.根據權利要求I所述的採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，其特徵在於上側一組的2根懸架支鏈(5a)、(5b)所在的鉛垂平面非共面，下側一組的2根懸架支鏈(6a)、(6b)所在的鉛垂平面也非共面，上述這兩組鉛垂平面的交線共線或者平行。
5.根據權利要求I所述的採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，其特徵在於上側第一條懸架支鏈(5a)和下側第一條懸架支鏈^a)所在的鉛垂平面共面，上側第二條懸架支鏈(5b)和下側第二條懸架支鏈^b)所在的鉛垂平面共面，且兩鉛垂平面的夾角為90。。
6.根據權利要求I所述的採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，其特徵在於轉向節(4)設有上側第一支耳(21a)、上側第二支耳(21b)、下側第一支耳(22a)和下側第二支耳(22b)，轉向節(4)還設有彈簧減振器連接孔一(18a)、彈簧減振器連接孔二(18b)、制動卡鉗連接孔一(19a)和制動卡鉗連接孔二(19b)。
7.根據權利要求5所述的採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，其特徵在於四個支耳(21a)、(21b)和(22a)、(22b)上均設有懸架支鏈連接孔，上側兩個支耳(21a)、(21b)的懸架支鏈連接孔軸線所確定的兩個鉛垂平面的交線，與下側兩個支耳(22a)、(22b)的懸架支鏈連接孔軸線所確定的兩個鉛垂平面的交線，兩者重合或者平行。
全文摘要
本發明涉及一種採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架，包括彈簧減震器系統、車輪、車身和轉向節，以及上側第一條懸架支鏈、上側第二條懸架支鏈和下側第一條懸架支鏈、下側第二條懸架支鏈，所述彈簧減震器系統分別與轉向節和車身鉸接，轉向節通過輪轂單元與車輪配合，四條懸架支鏈的兩端分別與轉向節和車身鉸接。發明有益的效果是可以實現車輪的外傾角、主銷內傾角和後傾角、車輪前束(後束)、左右輪距以及前後軸距等定位參數在車輪上下跳動過程中能夠始終保持不變，從而有效降低了輪胎的磨損，並能夠有效地提高汽車的操縱穩定性、行駛平順性以及乘坐的舒適性；懸架支鏈結構簡單，而且滾珠花鍵副磨損後可以更換，提高了懸架支鏈的工作壽命。
文檔編號B60G3/28GK102627061SQ201210125268
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者馮之敬, 劉向, 張 傑, 資小林, 趙景山, 邱寶象 申請人:萬向錢潮股份有限公司, 萬向集團公司