CN108725124B - 轮式车辆悬挂机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮式车辆悬挂机构，两个结构相同的悬挂装置的一级平衡梁分别通过一级平衡梁基端部销轴铰接在车架两侧纵梁上，一级平衡梁一端通过球铰连接连杆上端或通过销轴铰接二级平衡梁基端部，另一端通过销轴铰接另一个二级平衡梁基端部，每个二级平衡梁两端通过球铰分别与各自连杆的上端连接，每个连杆的下端通过球铰分别与各对应的车轴一端连接；另一侧的各连杆的下端通过球铰分别与各车轴的另一端铰接；每个车轴设有纵向限制装置和横向限制装置，纵向限制装置上的倒U字型的槽卡在车轴上，各车轴中间位置上的摇摆轴卡在横向限制装置的长条状的槽中，与同一个车轴的两侧铰接的两个连杆下端的球铰中心A1、A2、摇摆轴的中心B大致在同一条水平线上。

Description

轮式车辆悬挂机构

技术领域

本发明涉及一种半挂式运输车辆，尤其是一种运输车辆的轮式车辆悬挂机构。

背景技术

现有的半挂车式运输车辆的悬挂，主要有以下几种形式：①钢板弹簧串联独立悬挂（大三桥）：其特点是，每个车桥的两侧在车桥与车架之间都安装有减振弹簧，但对于山地叶片运输车来说，由于车辆过重或由于抗倾覆性的要求，其弹簧的刚度极大，以至于到了可视作是刚性的、没有缓冲和减振效果的程度。由于没有缓冲减振的功能，所以，在路面不平时前后车桥所承受的载荷极不均匀，在运输中车体左右摇摆幅度较大。②三线六桥（轴）刚性悬挂：其特点是，虽然每个车桥都具有前后、左右摆动功能，且左右摆动幅度较大，但其前后两车轴之间是相互关联的，也就是说是非独立的，而且上下摆动的幅度太小，大约只有55mm，所以在前后方向路面不平度超过55mm时，车辆悬挂装置失去缓冲减振功能，在运输过程中前后桥载荷分配不均匀，车体左右摇摆幅度较大。③液压悬挂架（液压板）：液压悬挂架具有前后方向的大致水平布置的摇摆轴，车桥可以左右摆动，每一侧的液压悬挂架是可以单独升降的，且油路是相通的，所以理论上在前后桥所承受的载荷出现偏差时，各桥之间的液压油可以自动流向工作压力低的液压悬挂架，但由于液压管路和阀门的阻力、以及车速相对较快的原因，液压油的流动缓慢，也就是说实际上在前后方向路面不平时，液压悬挂架的形式并没有缓冲减振的功能，除了各桥可以转向、可以左右摆动、具有车板调平功能之外并没有其它优点，在路面前后不平时，每个液压悬挂架所承受的载荷很不均匀， 同样车体左右摇摆幅度较大。

发明内容

为了提高车辆的稳定性，并具备减振缓冲功能，本发明提出一种轮式车辆悬挂机构，采用该悬挂机构的轮式车辆即使在路面不平时各车轴也能自如地上下移动且所承受的载荷是相等的，不会出现单独某个车轮承受较大载荷的情况。另外，车轮能根据路面的情况自如地上下跳动，且车体上下跳动的高度小于其车轮上下跳动高度的1/3，提高了车辆的稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种轮式车辆悬挂机构，包括左右两个结构相同的悬挂装置、车架和多个车轴，所述两个悬挂装置的一级平衡梁分别通过一级平衡梁基端部销轴铰接在车架左右两侧的纵梁上，所述一级平衡梁一端通过球铰连接连杆的上端或通过销轴铰接二级平衡梁基端部，另一端通过销轴铰接另一个二级平衡梁基端部，每个二级平衡梁两端通过球铰分别与各自连杆的上端连接，每个连杆的下端通过球铰分别与各自对应的车轴一端连接；另一侧的各连杆的下端通过球铰分别与各车轴的另一端铰接；每个车轴还设置有纵向限制装置和横向限制装置，所述纵向限制装置具有上下开口的倒U字型的槽，倒U字型的槽卡在车轴上，限制车轴纵向移动，所述横向限制装置具有上下方向的长条状的槽，固定在各车轴中间位置上的摇摆轴卡在所述槽中，限制车轴横向移动，与同一个车轴的两侧铰接的两个连杆下端的球铰中心A1、球铰中心A2、以及设置在车轴中间位置上的所述摇摆轴的中心B大致在同一条水平线上。

当后桥为三个车轴时，所述一级平衡梁的一端通过球铰连接连杆一的上端，连杆一的下端通过球铰与车轴一的一端铰接；两个悬挂装置的二级平衡梁通过二级平衡梁基端部销轴铰接在一级平衡梁的另一端上；二级平衡梁的两端分别通过球铰与连杆二、连杆三的上端连接，所述连杆二、连杆三的下端通过球铰分别与车轴二、车轴三的一端铰接。

当后桥为四个车轴时，两个所述二级平衡梁通过二级平衡梁基端部销轴铰接在所述一级平衡梁的两端部上；所述二级平衡梁的两端通过球铰分别与连杆一、连杆二、连杆三、连杆四的上端连接，所述连杆一、连杆二、连杆三、连杆四的下端通过球铰分别与车轴一、车轴二、车轴三、车轴四的一端铰接。

在悬挂装置平衡时，所述一级平衡梁两端部受力相等，各二级平衡梁两端部所受力也相等，使各车轴所受力相等，所述一级平衡梁可以绕销轴摆动，所述二级平衡梁随一级平衡梁的摆动而上下移动，且绕销轴摆动，使悬挂装置的各个与连杆连接的各端部可以自如地上下移动。

所述车轴可沿纵向限制装置和横向限制装置上下移动，并且可绕固定在各车轴中间位置上、卡在所述横向限制装置的槽中的摇摆轴中心B左右摆动。

本发明的有益效果是：

本发明的轮式车辆悬挂机构属于刚性悬挂机构，一级平衡梁的基端部直接铰接在车架的纵梁上，其一端通过球铰连接连杆的上端，另一端铰接有二级平衡梁。由于二级平衡梁的基端部铰接在一级平衡梁上，所以二级平衡梁可以绕铰接的销轴上下摆动。这样一来与一级平衡梁直接连接的连杆上端和通过二级平衡梁连接的连杆上端都可以上下移动，所以与各连杆下端连接的车轴也就是车轮可以上下移动。由于一级平衡梁和二级平衡梁各端部到其基端部的长度的比例是按照使各车轴所受的力相等而设计的，所以即使路面不平各车轴也能自如地上下移动且所承受的载荷是相等的，不会出现单独某个车轮承受较大载荷的情况。另外，车轮能根据路面的情况自如地上下跳动，且车体上下跳动的高度小于其车轮上下跳动高度的1/3。车体某侧上下跳动的高度小，则车体左右摇摆的幅度就小，车辆的稳定性高。

附图说明

图1为半挂车简要总体结构图；

其中：（a）为主视图，（b）为俯视图；

图2为本发明的轮式车辆悬挂机构示意图；

图3为图2中沿A-A的剖视图；

图4为一级平衡梁的结构图；

其中：（a）为纵向剖视图，（b）为俯视图；

图5为二级平衡梁的结构图；

其中：（a）为纵向剖视图，（b）为俯视图；

图6为图2中沿B-B的剖视图；

图7为表示车轴左右摆动时的悬挂装置各部件状态的横向剖视图；

图8为表示各车轮在不平路面上上下跳动时悬挂装置各部件状态的示意图；

图9为在不平路面上车轴升高或下降距离与车体升高或下降距离的关系示意图；

图10为本发明实施例的轮式车辆悬挂机构平衡梁、连杆与车轴的机构运动简图；

图11为本发明实施例的轮式车辆悬挂机构车轴、连杆与摇摆轴的机构运动简图；

图12为本发明的四个车轴方案的轮式车辆悬挂机构平衡梁、连杆与车轴的机构运动简图。

图1至图11中：1－悬挂装置，2－车架，8－横向拉杆，91－车轴一，92－车轴二，93－车轴三，121－连杆一，122、－连杆二， 123－连杆三，13－一级平衡梁，14－一级平衡梁基端部销轴，15－二级平衡梁，16－二级平衡梁基端部销轴，17－纵梁，19－摇摆轴，20－横向限制装置，21－纵向限制装置，A1、A2－连杆与车轴连接的球铰中心，B－摇摆轴中心。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图6所示，本发明的轮式车辆悬挂机构，包括左右两个悬挂装置1、车架2和多个车轴。本发明的悬挂装置1与现有的半挂车悬挂装置有所不同，采用全新的多级平衡梁结构形式。两个悬挂装置1的一级平衡梁13分别通过一级平衡梁基端部销轴14铰接在车架2两侧的纵梁17上（内部），一级平衡梁13的一端通过球铰与连杆一121的上端连接，连杆一121的下端通过球铰与车轴一91的一端连接；二级平衡梁15通过二级平衡梁基端部销轴16铰接在一级平衡梁13的另一端上（内部）；二级平衡梁15的两端分别通过球铰与连杆二122、连杆三123的上端连接，连杆二122、连杆三123的下端通过球铰分别与车轴二92、车轴三93的一端连接。

另一侧的悬挂装置具有相同的结构形式，各连杆的下端通过球铰分别与各车轴的另一端铰接。

如图4（a），（b）所示，一级平衡梁13的基端部到其一端部的距离2S是其到另一端部距离S的2倍，一级平衡梁13的一端部直接铰接连杆一121的上端，而其另一端部铰接二级平衡梁15的基端部，所以，在一级平衡梁13平衡时，铰接二级平衡梁15的二级平衡梁基端部销轴16所受的力是直接铰接连杆一121上端的销轴所受力的二倍。

如图5（a），（b）所示，二级平衡梁15的基端部到其两端部的距离L相等，所以二级平衡梁15两端部受力相等，二级平衡梁15的基端部所受的力是其两端部受力的和。因此，在本发明的悬挂装置1平衡时，其一级平衡梁13一端部和二级平衡梁15两端部所受力相等，由于它们分别通过球铰与连杆一121、连杆二122和连杆三123的上端铰接，而连杆一121、连杆二122和连杆三123的下端又分别通过球铰与车轴一91、车轴二92和车轴三93的一端铰接，所以各车轴所受力相等。如图2所示，在本实施例中，由于三个车轴的轴距相等，所以 S＝L。

由于一级平衡梁13的基端部铰接在纵梁17上，所以一级平衡梁13可以绕一级平衡梁基端部销轴14摆动，而二级平衡梁15的基端部铰接在一级平衡梁13的另一端部，二级平衡梁15不仅能随一级平衡梁13的摆动而上下移动，还能绕二级平衡梁基端部销轴16摆动，所以本发明的悬挂装置1的、与连杆一121、连杆二122和连杆三123的上端部连接的一级平衡梁13的一端部和二级平衡梁15的两端部可以自如地上下移动。

由于每个车轴的横向限制装置20和纵向限制装置21都是相同的，连杆一121、连杆二122和连杆三123的下端通过球铰分别与车轴一91、车轴二92和车轴三93的一端连接，其上下移动的状态也是类似的，所以，在研究车轴上下移动和/或左右摆动的规律时，可以仅以一个车轴——车轴二92为例进行分析。

如图1（a），（b）和图2所示，纵向限制装置21是上下开口的倒U字型的槽，卡在车轴92上，限制车轴二92纵向移动，而并不限制其上下移动和横向移动。另外，如图6所示，横向限制装置20是上下方向的长条状的槽，固定在车轴92中间位置上的摇摆轴19卡在槽中，车轴92不仅能绕摇摆轴19的中心B左右摆动，而且还能沿横向限制装置20的长条状槽以及纵向限制装置21的倒U字型槽上下移动，但不能左右移动。

如图2所示，二级平衡梁15的基端部铰接在一级平衡梁13的另一端部，所以其运动规律不仅与二级平衡梁15的摆动角度有关，而且还与一级平衡梁13的摆动角度有关。连杆二122的上端与二级平衡梁15的一端连接，但不管一级平衡梁13和二级平衡梁15的摆动角度如何，二级平衡梁15的端部是在通过车架2的纵梁17的中心线且垂直于地面的纵向平面内运动，也就是说，连杆二122上端的球铰中心是在通过纵梁17的中心线且垂直于地面的纵向平面内运动。

另外，如图6所示，由于横向限制装置20和纵向限制装置21的作用，车轴92只能在通过车轴92的中心线且垂直于地面的横向平面内上下移动或绕摇摆轴19的中心B左右摆动，也就是说，连杆二122、122′（本发明的轮式车辆悬挂机构包括左右两个完全相同的悬挂装置，在本说明书中另一侧的部件或部位用带撇的标号表示）下端的球铰中心A1、A2是在通过车轴92的中心线且垂直于地面的横向平面内运动。因此本发明的轮式车辆悬挂机构是由两个正交的平面机构构成的空间机构，连杆二122、122′的上端和下端并不在同一个平面内运动，所以，两个平面机构的连接处——连杆122、122′的上下两端为球铰。

由于连杆二122、122′的下端分别通过球铰与车轴92的两端连接，车轴二92受到横向限制装置20和纵向限制装置21的限制，所以，不仅能通过两侧的连杆二122、122′随一级平衡梁13和二级平衡梁15的摆动而上下移动，而且还能绕摇摆轴19的中心B左右摆动。如图7和图8所示，在路面不平时，各车轮可以上下自如地跳动。

如图6所示，与同一个车轴92的两侧铰接的两个连杆二122、122′下端的球铰中心A1、A2、以及设置在车轴92中间位置上的摇摆轴19的中心B大致在同一条水平线上。因此，如图7所示，在车轴二92左右摆动的角度比较小时，连杆二122、122′的下端的球铰中心A1、A2向内侧移动的距离较小，连杆二122、122′上下两端的球铰偏转角度较小。

如图6和图7所示，如果轮距为C1，某侧车轮中心到另一侧悬挂装置的球铰中心A1的水平距离是C2，在路面不平时，如果某侧的车轮升高或下降的距离为H，则该侧悬挂装置的球铰中心A1升高或下降的距离为H×C2／C1。

如图8和图9所示，通过一级平衡梁13和二级平衡梁15的几何关系可知，如果与车轴一91铰接的球铰的中心A1升高或下降的距离是h，则车体侧（一级平衡梁基端部销轴14）升高或下降的距离是h/3。也就是说，如果某侧的车轮升高或下降的距离是H，则车体侧升高或下降的距离是H×C2／C1/3。由于C2／C1＜1，也可以说，如果某侧车轮升高或下降H，则车体侧升高或下降的距离小于H/3。即，虽然车轮上下跳动的距离较大，但车体一侧上下跳动的距离较小，这说明本发明的悬挂装置具备减振缓冲功能。

因此，本发明的轮式车辆悬挂机构，包括左右两个悬挂装置1、车架2和三个车轴，两个悬挂装置1的一级平衡梁13分别通过一级平衡梁基端部销轴14铰接在车架2两侧的纵梁17上（内部），一级平衡梁13的一端通过球铰与连杆一121的上端连接，连杆一121的下端通过球铰与车轴一91的一端铰接；二级平衡梁15通过二级平衡梁基端部销轴16铰接在一级平衡梁13的另一端上（内部）；二级平衡梁15的两端分别通过球铰与连杆二122、连杆三123的上端连接，连杆二122、连杆三123的下端通过球铰分别与车轴二92、车轴三93的一端连接；另一侧的悬挂装置具有相同的结构形式，各连杆的下端通过球铰分别与各车轴的另一端铰接；每个车轴还设置有纵向限制装置21和横向限制装置20，纵向限制装置21是上下开口的倒U字型的槽，卡在车轴92上，限制车轴二92纵向移动，横向限制装置20是上下方向的长条状的槽，固定在车轴92中间位置上的摇摆轴19安装在槽中，与同一个车轴92的两侧铰接的两个连杆二122、122′下端的球铰中心A1、A2、以及设置在车轴92中间位置上的摇摆轴19的中心B大致在同一条水平线上。

由于一级平衡梁13和二级平衡梁15的各端部可以各自独立地自如上下跳动，而各连杆设置在一级平衡梁13和二级平衡梁15的各端部与各车轴之间，且所受的力相等，由于横向限制装置20和纵向限制装置21的限制，各车轴的两端仅可以上下跳动。因此，即使路面不平各车轮也能自如地上下跳动且所承受的载荷相等的，不会出现单独某个车轮承受较大载荷的情况。另外，车轮能根据路面的情况自如地上下跳动，且车体上下跳动的高度小于其车轮上下跳动高度的1/3。

另外，以上对后桥为三个车轴的实施例进行了说明，其机构运动简图如图10和图11所示。图中所有标号均与实施例中的标号相同。13′是另一侧的一级平衡梁，121′是另一侧的连杆。实际上本发明的轮式车辆悬挂机构并不限于三个车轴的车辆，可以应用于任意多个车轴的车辆。

图12所示是本发明的后桥为四个车轴的轮式车辆悬挂机构的机构运动简图。图中222是车架，两个悬挂装置102的一级平衡梁200的基端部铰接在车架222的纵梁上，二级平衡梁201和二级平衡梁202的基端部分别铰接在一级平衡梁200的两端部，一级平衡梁200的基端部到两端部的距离相等，而二级平衡梁201和二级平衡梁202的基端部到其两端部的距离相等，二级平衡梁201的两端部分别通过球铰与连杆一203和连杆二204的上端部铰接，连杆一203和连杆二204的下端部分别通过球铰与车轴一211和车轴二212的一端铰接，二级平衡梁202的两端部分别通过球铰与连杆三205和连杆四206的上端部铰接，连杆三205和连杆四206的下端部分别通过球铰与车轴三213和车轴四214的一端铰接。

另一侧的悬挂装置具有相同的结构形式，各连杆的下端通过球铰分别与各车轴的另一端铰接。各车轴211、212、213和214的机构运动简图与图11相同，其运动规律和形式也与实施例相同。

由于一级平衡梁200的基端部到其两部的距离相等，所以二级平衡梁201和二级平衡梁202的基端部所受力相等，而二级平衡梁201和二级平衡梁202的基端部到其两端部的距离相等，所以与二级平衡梁201和二级平衡梁201的各端部连接的连杆203、204、205、206所受的力相等。由于如以上实施例所述的原因，各车轴的两端仅可以上下跳动和绕车轴中间位置上的摇摆轴19的中心B左右摆动。因此，即使路面不平各车轮也能自如地上下跳动且所承受的载荷相等，不会出现单独某个车轮承受较大载荷的情况。另外，车轮能根据路面的情况自如地上下跳动，且车体上下跳动的高度小于其车轮上下跳动高度的1/4。

即，四车轴的本发明的轮式车辆悬挂机构，包括左右两个悬挂装置102，车架222和四个车轴，两个悬挂装置102的一级平衡梁200分别通过一级平衡梁基端部销轴铰接在车架222两侧的纵梁上，两个二级平衡梁201、202通过二级平衡梁基端部销轴铰接在一级平衡梁200的两端部上；二级平衡梁201、202的两端分别通过球铰与连杆一203、连杆二204、连杆三205、连杆四206的上端铰接，连杆一203、连杆二204、连杆三205、连杆四206的下端通过球铰分别与车轴一211、车轴二212、车轴三213、车轴四214的一端铰接，另一侧的悬挂装置具有相同的结构形式，各连杆的下端通过球铰分别与各车轴的另一端铰接；每个车轴还设置有纵向限制装置和横向限制装置，纵向限制装置是上下开口的倒U字型的槽，卡在各车轴上，限制各车轴纵向移动，横向限制装置是上下方向的长条状的槽，固定在各车轴中间位置上的摇摆轴安装在槽中，与同一个车轴的两侧铰接的两个连杆下端的球铰中心A1、A2、以及设置在各车轴中间位置上的摇摆轴的中心B大致在同一条水平线上。

根据本发明的思路以及主要结构形式，还可以设计五轴、六轴甚至更多轴数的轮式车辆悬挂机构，这也在本发明的权利保护范围之内。

以上所述实施例都是按各车轮所受的力相同而设计的，但如果各车轮受力不相等，则可以通过改变一级平衡梁和二级平衡梁的基端部到其两端部的距离的比例进行调整。

Claims (5)

1.一种轮式车辆悬挂机构，包括左右两个结构相同的悬挂装置、车架和多个车轴，其特征在于：所述两个悬挂装置的一级平衡梁分别通过一级平衡梁基端部销轴铰接在车架左右两侧的纵梁上，所述一级平衡梁一端通过球铰连接连杆的上端或通过销轴铰接二级平衡梁基端部，另一端通过销轴铰接另一个二级平衡梁基端部，每个二级平衡梁两端通过球铰分别与各自连杆的上端连接，每个连杆的下端通过球铰分别与各自对应的车轴一端连接；另一侧的各连杆的下端通过球铰分别与各车轴的另一端铰接；每个车轴还设置有纵向限制装置和横向限制装置，所述纵向限制装置具有上下开口的倒U字型的槽，倒U字型的槽卡在车轴上，限制车轴纵向移动，所述横向限制装置具有上下方向的长条状的槽，固定在各车轴中间位置上的摇摆轴卡在所述槽中，限制车轴横向移动；与同一个车轴的两侧铰接的两个连杆下端的球铰中心A1、球铰中心A2、以及设置在车轴中间位置上的所述摇摆轴的中心B大致在同一条水平线上。

2.根据权利要求1所述的轮式车辆悬挂机构，其特征在于：当后桥为三个车轴时，所述一级平衡梁的一端通过球铰与连杆一的上端连接，连杆一的下端通过球铰与车轴一的一端铰接；两个悬挂装置的二级平衡梁通过二级平衡梁基端部销轴铰接在一级平衡梁的另一端上；二级平衡梁的两端分别通过球铰与连杆二、连杆三的上端连接，所述连杆二、连杆三的下端通过球铰分别与车轴二、车轴三的一端铰接。

3.根据权利要求1所述的轮式车辆悬挂机构，其特征在于：当后桥为四个车轴时，两个所述二级平衡梁通过二级平衡梁基端部销轴铰接在所述一级平衡梁的两端部上；所述二级平衡梁的两端通过球铰分别与连杆一、连杆二、连杆三、连杆四的上端连接，所述连杆一、连杆二、连杆三、连杆四的下端通过球铰分别与车轴一、车轴二、车轴三、车轴四的一端铰接。

4.根据权利要求1所述的轮式车辆悬挂机构，其特征在于：在悬挂装置平衡时，所述一级平衡梁一端部和二级平衡梁两端部所受力相等，使各车轴所受力相等，所述一级平衡梁可以绕销轴摆动，所述二级平衡梁随一级平衡梁的摆动而上下移动，且绕销轴摆动，使悬挂装置的各个与连杆连接的各端部可以自如地上下移动。

5.根据权利要求1所述的轮式车辆悬挂机构，其特征在于：所述车轴可沿纵向限制装置和横向限制装置上下移动，并且可绕固定在各车轴中间位置上、卡在所述横向限制装置的槽中的摇摆轴中心B左右摆动。

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