Моментная пружина (эксцентриковый вал) в роли упругого элемента торсионной подвески колеса

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.

Моментная пружина (эксцентриковый вал) в роли упругого элемента торсионной подвески колеса
Моментная пружина (эксцентриковый вал) в роли упругого элемента торсионной подвески колеса:
1 — колесо; 2 — ось; 3 — рычаг; 4 — вал эксцентрик

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.

Жесткостная характеристика эксцентрикового вала
Жесткостная характеристика эксцентрикового вала

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)/I≤[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.)

Рекомендуем почитать

  • ПРОВОД НА КРЮЧКЕПРОВОД НА КРЮЧКЕ
    Приклейте на тонком двухстороннем скотче к корпусу мультиварки, к подставке электрочайника или тостеру небольшие пластиковые крючочки. Когда оборудование не используется, они позволят...
  • Mitsubishi Eclipse Cross: чим здивує найдоступніший кросовер на українському ринку?Mitsubishi Eclipse Cross: чим здивує найдоступніший кросовер на українському ринку?
    Давні шанувальники компанії Mitsubishi добре знають спортивне купе Eclipse, що існувало до 2012 року. Цей спорткар обожнювала молодь усього світу, особливо після того, як він з'явився у...
Тут можете оценить работу автора: