Листовая рессора Corvette - Corvette leaf spring

Листовая рессора Corvette обычно относится к типу независимая подвеска который использует армированный волокном пластик (FRP) однолистовая рессора вместо более обычных винтовых пружин. Он назван в честь Chevrolet Corvette,[1] американский спортивный автомобиль, для которого он был первоначально разработан и впервые использован.[2][3][4][5][6] Примечательной особенностью этой конфигурации подвески является установка однолистовой рессоры, которая может служить как ходовой, так и стабилизирующей пружиной. В отличие от многих приложений рессоры в конструкции автомобильной подвески этот тип не использует пружину в качестве фиксирующего звена. Хотя этот тип подвески наиболее заметно ассоциируется с несколькими поколениями Chevrolet Corvette дизайн был использован в другом производстве Дженерал Моторс автомобили, а также автомобили из Volvo автомобили и Мерседес Бенц. Fiat производили автомобили с аналогичной конфигурацией, используя многолистовую стальную рессору вместо однопружинной FRP.

Дизайн

Задняя подвеска C5 Corvette

Конфигурация рессорной подвески независимый, потому что движение одного колеса не определяется положением другого.[6] Контрольные рычаги используются для определения движения колеса при сжатии подвески. Обычные винтовые пружины заменены одной пружиной FRP, охватывающей всю ширину автомобиля. Как в системах независимой подвески с использованием винтовых пружин, так и в отличие от обычных рессорных систем. Задний мост Hotchkiss, подвеска кинематика определяются только контрольными рычагами.

Как и в конструкции подвески с винтовой пружиной, однолистовая рессора FRP выдерживает вес автомобиля. Однако листовые пружины из стеклопластика отличаются от стальных витков и традиционных стальных многолистовых пружин по ряду существенных отличий. Пластмассовые пружины FRP имеют в 4,3–5,5 раза больше энергия деформации хранение на вес, по сравнению со сталью.[7] Это приводит к более легкой пружине для данного приложения. Однолистовая передняя рессора из стеклопластика, используемая на Corvette четвертого поколения, весит 33 процента от веса эквивалентного набора винтовых пружин.[8] Сравнивая FRP с обычными стальными листовыми рессорами в аналогичных применениях, экономия веса даже больше. Corvette третьего поколения предлагал опциональную одностворчатую рессору из стеклопластика в качестве альтернативы стандартной многолистовой стальной рессоре, при этом стальная пружина массой 22 кг (48 фунтов) была заменена на пружину из стеклопластика весом 3 кг (7 фунтов).[9] Volvo заявляет о снижении веса на 5 кг (10 фунтов) за счет использования пружины FRP в задней подвеске своего второго поколения. XC90 по сравнению с конструкциями, использующими винтовые пружины.[10] Помимо уменьшения веса автомобиля, вес пружины частично уменьшен. неподрессоренная масса.[4]

Относительное скользящее движение пластин многолистовой стальной пружины приводит к гистерезису на основе трения по отношению к сжатию пружины. Это заедание снижает податливость подвески и может ухудшить качество езды и управляемость.[11] Однолистовая рессора, не имеющая отдельных листьев, предотвращает заедание.[8]

Пружины из стеклопластика рекламируются как имеющие исключительный срок службы и коррозионную стойкость.[8] Тест GM, сравнивающий пружины Corvette третьего поколения, показал, что отказ многолистовых стальных рессор был вероятен после 200 000 циклов полного хода. Замена листовой рессоры FRP не показала потери производительности после двух миллионов полных циклов.[9]

Упаковка упоминается как преимущество и недостаток поперечной листовой пружины из стеклопластика по сравнению со спиральными пружинами, в зависимости от области применения. Пружина FRP обычно устанавливается низко в подвеске, что приводит к низкому центру тяжести. Это также позволяет производителям избегать высоких опор рессор, что приводит к более плоскому полу груза относительно подвески.[10] Джеймс Шефтер сообщает, что, как и на C5 и более поздних Corvettes, использование амортизаторных пружин OEM-производителей заставило инженеров шасси либо вертикально поднять стойки амортизаторов, либо сдвинуть их внутрь. В задней части это уменьшило бы пространство багажника. Спереди это могло помешать комплектации двигателя. Использование листовой пружины позволило разместить пружину под шасси, в стороне, при этом диаметр амортизатора в сборе оставался равным диаметру демпфера, а не демпфера и пружины.[12] Однако в других приложениях, таких как конструкции гоночных автомобилей, необходимость увеличения ширины транспортного средства привела к значительным конструктивным ограничениям. Винтовые и торсионные пружины представляют собой лучшие варианты упаковки для гоночных автомобилей. Пружины FRP также имеют ограниченный выбор и доступность по сравнению со спиральными пружинами.[13] Более высокая стоимость также была названа недостатком при сравнении пружин из стеклопластика и винтовых пружин на серийных дорожных автомобилях.[14]

Характеристики

FEA модель листовой рессоры под нагрузкой. Исходная, разогнутая форма пружины показана в виде прямоугольника силуэта. Отклонение вверх на правой стороне пружины приводит к меньшему перемещению вверх на левой стороне.

Заметным преимуществом поперечных листовых рессор из стеклопластика - когда они поддерживаются широко разнесенными поворотными опорами - является возможность дополнить или заменить стабилизатор поперечной устойчивости. Обычно пружины, обеспечивающие достаточную скорость езды нужна дополнительная пружина ( анти-ролл-бар ) для увеличения подвески скорость вращения. Соединение двух сторон поперечной листовой рессоры поперек транспортного средства приводит к поведению стабилизатора поперечной устойчивости. Инженеры Corvette указали, что это свойство позволяет использовать более легкий стабилизатор поперечной устойчивости,[9] и даже устранение заднего стабилизатора поперечной устойчивости на некоторых версиях Corvette седьмого поколения.[15]

Когда любое колесо отклоняется вверх, центральный диапазон пружины (часть между поворотными опорами) отклоняется вниз. Если оба колеса одновременно отклоняются вверх (например, при наезде на неровность дороги), центральная секция изгибается равномерно между шарнирными опорами. В рулоне только одно колесо отклоняется вверх, что имеет тенденцию формировать центр пружины в виде S-образной кривой. В результате скорость колеса одной стороны подвески зависит от смещения другой стороны.[8][9][13] Степень, в которой пружина действует как стабилизатор поперечной устойчивости, зависит от расстояния между шарнирными опорами и их жесткости.[8]

Поперечная листовая рессора с центральной жесткой опорой. Две половинки пружины эффективно изолированы. Движение одной половины пружины не влияет на вторую половину.

Упрощенная плоская прямоугольная пружина иллюстрирует этот принцип. Отклонение правой стороны пружины приводит к поднятию левой стороны. Для сравнения: жесткое центральное крепление (корветы 2-го и 3-го поколения и другие автомобили) не движется с одной стороны, когда другая отклоняется.[6]

Приложения

Ряд производителей выпустили автомобили или концепты, в которых используются независимые передние или задние подвески, поддерживаемые поперечными листовыми рессорами, которые обладают эффектом стабилизации.

  • Chevrolet Corvette: C4 1984–1996 гг. (Только спереди, центральная задняя пружина не имела эффекта стабилизатора поперечной устойчивости), C5 – C7, 1997–2019 гг. (Спереди и сзади).
  • Платформа GM W автомобили: первое поколение (Lumina, Grand Prix, Regal, Cutlass Supreme).
  • Платформа GM E автомобили: (Эльдорадо, Торонадо, Ривьера, Реатта, Алланте).[16]
  • Volvo 960 (с 1995 модельного года) переименован в S90 (седан) / V90 (универсал) с 1997 по 1998 модельный год.[17]
  • Volvo XC90 (второе поколение).[18][19]
  • Мерседес-Бенц Спринтер фургоны (только спереди, Hotchkiss сзади).[20]
  • Опель ГТ: 1969–1973 (только спереди), продольный рычаг с винтовыми пружинами, штанга Панара (сзади).
  • Smart ForTwo Mk1-Mk3 (используется со стойками MacPherson).[21]
  • Фольксваген 1-литровый автомобиль, прототип.[22]
  • Индиго 3000, малолитражный родстер шведского производства. Благодаря свойствам стабилизатора поперечной устойчивости поперечной листовой рессоры в автомобиле не используется отдельный передний стабилизатор поперечной устойчивости.[23]
  • В Fiat 128 использовали аналогичную систему с более традиционной многолистовой стальной пружиной, но с двумя шарнирами, обеспечивающими эффект стабилизации.[24]
  • Некоторые более поздние модели Триумф Спитфайр и Триумф GT6 используются задние поперечные стальные листовые рессоры со стабилизаторами поперечной устойчивости.
  • Передняя подвеска с поперечной листовой рессорой и цельным мостом ранних автомобилей Ford.

Последние патенты и связанные исследования

Несколько автомобильных компаний подали патенты на конструкции подвески с использованием поперечной композитной листовой рессоры, поддерживаемой аналогично Corvette.

  • Ford Global Technologies, 2006 г., патент №7029017, г. Подвеска колес автомобиля на поперечно-листовой рессоре.[25]
  • Porsche AG, 2000 г., патент №6029987, Передний мост для автомобиля. Описывает систему подвески стойки, поддерживаемую системой поперечных листовых рессор, в основном такой же, как на Corvette. В патенте Porsche упоминается положительный стабилизирующий эффект такой конструкции.[26]
  • Хонда, 1992, Подвеска с поперечной листовой рессорой патент №5141209.[27]
  • DaimlerChrysler, 2004 г., патент №6811169, г. Конструкция из композитных пружин, которая также выполняет функцию нижнего рычага управления для обычной или активной системы подвески.[28]
  • ZF в октябре 2009 года представила концептуальную конструкцию задней подвески с использованием композитной задней подвески на пружинной основе. В подвеске на основе стойки используется поперечная пластинчатая рессора, выполняющая функции как ходовой, так и стабилизирующей пружины. Концепция ZF отличается от системы, используемой на Corvette, тем, что в качестве одного из звеньев подвески используется листовая рессора.[29][30]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Corvette - Великий американский спортивный автомобиль - Еженедельник Staff of Old Cars. 1975-10-02. п. 81. ISBN  9781440217647. Получено 2016-11-14.[мертвая ссылка ]
  2. ^ «5 главных технологических достижений в истории корветов». Корвет Интернет. 2015-05-16. Получено 2016-11-14.
  3. ^ "История Chevrolet Corvette". Edmunds.com. Получено 2016-11-14.
  4. ^ а б «Композитные листовые рессоры: снижение веса в производственных системах подвески». CompositesWorld. 2014-02-03. Получено 2016-11-14.
  5. ^ «ACMA: Альянс автомобильных композитов - Автокомпозиты 101: история автомобильных композитов». Autocomposites.org. Архивировано из оригинал на 2017-01-17. Получено 2016-11-14.
  6. ^ а б c Крис Лонгхерст (26.10.2016). "Библия подвешивания". Автомобильные Библии. Получено 2016-11-14.
  7. ^ Yu, W.J .; Ким, Х.С. (1988). «Двойная коническая балка из стеклопластика для листовой рессоры автомобильной подвески». Композитные конструкции. 9 (4): 279–300. Дои:10.1016/0263-8223(88)90049-9.
  8. ^ а б c d е Ламм, Майкл (1983). Новейший корвет. Корвет от А до Я-15 (1-е изд.). Lamm-Morada Publishing. п. 44. ISBN  978-0932128041. Архивировано из оригинал 19 февраля 2012 г.
  9. ^ а б c d Маклеллан, Дэйв (2002). Корвет изнутри. Кембридж, Массачусетс: Bentley Publishers. С. 86–87. ISBN  0-8376-0859-7.
  10. ^ а б «Benteler-SGL массово производит композитные листовые рессоры для нового Volvo XC90 с использованием смолы Loctite Matrix от Henkel». Новости индустрии композитов. FRP сегодня. Получено 2015-07-30.[мертвая ссылка ]
  11. ^ Ноулз, Дон (2010). Сегодняшний техник: автомобильная подвеска и рулевое управление. Cengage Learning. п. 115.
  12. ^ Шефтер, Джеймс (1998). Все корветы красные. Галерея книг. ISBN  978-0671685010.
  13. ^ а б Смит, Кэрролл (1984). Инженер на победу. Мотоциклы. п. 207. ISBN  9780879381868. Однако, если бы я был вовлечен в разработку нового легкового автомобиля, я бы серьезно подумал об использовании поперечной композитной одностворчатой ​​пружины из однонаправленного стекла или углеродной нити в эпоксидной матрице. Это будет самая легкая практическая конфигурация пружины, и, хотя ограниченное пространство, казалось бы, ограничивает ее использование в гонках, она должна быть вполне осуществима на дорожных транспортных средствах, от больших грузовиков до небольших пригородных автомобилей. (С тех пор, как я написал этот абзац, Corvette нового поколения выпустил именно такую ​​пружину для управления его независимыми системами подвески - на обоих концах автомобиля.)
  14. ^ Эдмундс, Дэн. «Подвеска Chevrolet Corvette Stingray Z51 2014 года выпуска». Эдмундс. Получено 2015-07-30.
  15. ^ Noordeloos, Марк. «Технический менеджер Vette объясняет шасси C7». Автомобильный журнал. Получено 2015-08-01.
  16. ^ МакКош, Дэн (апрель 1998 г.). «Роскошные купе: 24 000 долларов за место». Популярная наука. Получено 2015-07-30.
  17. ^ Шуон, маршал (23 октября 1994 г.). "За рулем / 1995 Volvo 960; хорошо закругленная коробка". Нью-Йорк Таймс. Получено 2015-07-30.
  18. ^ Стоклоса, Александр. «10 фактов, которые нужно знать о Volvo XC90 2016». Автомобиль и водитель. Получено 2015-08-01.
  19. ^ Аманда Джейкоб (15 октября 2014 г.). «Volvo XC90 оснащен листовой рессорой из полиуретанового композита». Получено 2018-02-02.
  20. ^ Вуд, Карен. «Композитные листовые рессоры: снижение веса в производственных системах подвески». Мир композитов. Получено 2015-08-01.
  21. ^ «Умный Fortwo Evolution». Получено 2015-08-01.
  22. ^ "Volkswagen: автомобиль объемом 1 литр". Новости автомобильной разведки. Получено 2015-07-30.
  23. ^ «Преемник: Индиго 3000» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-12-16.
  24. ^ «Как это работает: подвеска». Уникальные автомобили и запчасти. Получено 2015-08-01.
  25. ^ «Патент US7029017 - Подвеска колес автомобиля с поперечной листовой рессорой». Получено 2015-08-03.
  26. ^ «Патент US6029987 - Передний мост для автомобиля». 1997-05-26. Получено 2015-08-03.
  27. ^ «Патент US5141209 - Подвеска с поперечной листовой рессорой». 1988-11-30. Получено 2015-08-03.
  28. ^ «Патент US6811169 - конструкция композитной пружины, которая также выполняет функцию нижнего рычага управления для обычной или активной системы подвески». Получено 2015-08-03.
  29. ^ Бухгольц, Ками (31 марта 2010 г.). «Композитные материалы занимают в ZF главные роли в шасси». Общество Автомобильных Инженеров. Получено 22 декабря, 2016.
  30. ^ «Легкая конструкция: борьба с фантастикой». Корпоративный сайт компании ZF. Компания ZF. Получено 22 декабря, 2016.