ТОРСИОН С ЭКСЦЕНТРИКОМ (КОНСТРУКТОРУ В ДОСЬЕ)

Предлагаемая конструкция может быть использована в самодельных транспортных средствах (в автомобилях или веломобилях, например) в качестве торсионной подвески колес. В основу ее положено отечественное изобретение а.с. Ле 184564, кл47а, 17 «Пружина кручения».

Основная деталь торсионной подвески данной схемы — упругий элемент в виде установленного в шарикоподшипниках вала с двумя эксцентрично расположенными относительно друг друга опорными шейками. Эксцентриситет е, длина I и диаметр вала d определяют его жесткостные и прочностные характеристики.

Как работает подвеска? Колесо свободно вращается на своей оси, закрепленной в рычаге параллельно продольной оси эксцентрикового вала. Если предположить, что рычаг и продольная ось расположены в одной горизонтальной плоскости, то нагрузка на подвеску выразится в виде вертикального (перпендикулярного к плоскости рисунка) усилия Q от колеса и крутящего момента Мкр, равного произведению величины этого усилия на плечо рычага R. Само усилие Q, равное примерно четвертой части веса транспортного средства (если оно четырехколесное), воспринимается подшипниковыми опорами, а на долю эксцентрикового вала приходится крутящий момент величиной М.

В результате, как было установлено в процессе экспериментальных исследований, кроме обычных для торсиона деформаций кручения, возникают еще и изгибные, значительно превышающие первые, что приводит к повороту вала на некоторый угол и уравновешивает действие крутящего момента.

Правильно подобранные геометрические параметры эксцентрикового вала позволяют обеспечить высокую эластичность подвески в широких пределах изменения крутящего момента за счет нелинейности (синусоидальности) жесткостной характеристики упругого элемента.

Из графика следует, что пологий участок характеристики, заключенный между предельными угловыми деформациями эксцентрикового вала α1, и α2, близкими к 90°, соответствует незначительному изменению величины действующей нагрузки — крутящего момента.

В этом одно из преимуществ представленной подвески перед обычным скручиваемым торсионом, жесткостная характеристика которого прямолинейна и не имеет пологих участков.

Расчет жесткости торсиона с эксцентриковым валом может быть выполнен по следующей формуле:

sin α = QRI³/ 0,6Ed⁴e²,

где α — наибольший угол упругого проворота эксцентрикового вала, град.; Q — сила, действующая на колесо, кг; R — плечо этой силы (длина рычага), см; I — расчетная длина вала, см; Е — модуль продольной упругости, кг/см2; d — диаметр изгибающейся части вала, см; е -эксцентриситет вала, см.

Эта формула свидетельствует о синусоидальной зависимости угла проворота вала от действующего усилия Q.

Расчет на прочность вала можно выполнить по формуле:

σu=(6edE sin α/2)/I² ≤[σu] ,

где σu — изгибные напряжения вала, кг/см²; [σu] — допускаемые напряжения изгиба, кг/см².

Выбрав необходимые геометрические параметры вала и величины допустимых упругих деформаций, следует конструктивно обеспечить работу торсиона в расчетных пределах, например, установив для рычага предельные упоры из резины или пластмассы.

Александр ЕГИШЯНЦ, г. Обнинск (Калужская обл.)