CN204095425U - 控制臂橡胶衬套 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种控制臂橡胶衬套，其包括一空心的芯子、一与该芯子同心的外骨架，该芯子和外骨架通过橡胶体硫化形成一整体，该橡胶体包括一沿Y方向的实心部和一沿X方向的空心部，该实心部还形成有一圈以芯子为中心分布的限位凸肩，其中，该X方向为横向，该Y方向为纵向。在本实用新型中，采用芯子和外骨架的控制臂橡胶衬套可以平衡衬套径向刚度，并优化设计橡胶结构，在满足操纵性和舒适性的要求下，减小衬套受力变形，降低衬套的疲劳失效风险。

Description

控制臂橡胶衬套

技术领域

本实用新型涉及一种控制臂橡胶衬套。

背景技术

悬架***是现在汽车上的最重要组成部分，对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性均有很大的影响。汽车控制臂作为汽车悬架***的导向和传力元件。它的前后套管处压装前后衬套与汽车副车架连接，将作用在车轮的各种力传递给车身，同时保证车轮按照一定的轨迹运动。在此过程当中控制臂橡胶衬套起着关键作用，它不仅缓解冲击而且兼有弹簧和悬架摆臂轴承的作用，在一定的时候还起到万向铰链的作用，可避免一些零件在使用当中承受弯矩和早期磨损现象。

一般情况下，控制臂橡胶衬套主要的疲劳破坏是在拉伸应力集中部分产生龟裂，粘接部位产生剥离，在压缩侧的折叠弯曲部分产生磨耗。目前，在对控制臂橡胶衬套研究过程当中，主要从两个方向进行开展：面向特性和面向结构。而很多理论性成果和研究都是面向特性的。比如，20世纪60年代佩恩发现了橡胶衬套的动态模量随着应变值的增加而不断减小，低频情况下，模量的减小几乎与频率无关；70年代，迈德里亚概况动态模量与振幅之间的关系；80年代，斯蒂文森和一些学者发现对于由于非填充橡胶构成的橡胶元件可以用粘弹性模型来表示，而为填充橡胶时，由于振幅对动态模量的影响比频率和振幅更重要，就不能很好的反应橡胶元件的特性；后来克劳兹提出能反应振幅影响的一维模型，他的模型也被其他的学者诸如乌尔姆尔、维尤埃格等所证明。在这些基础上，学者和专家纷纷提出了不同的橡胶衬套模型来反应橡胶衬套的特性。进入21世纪随着对橡胶衬套模型精度需求，也有提出基于试验的模型。该模型粘性阻尼和摩擦弹簧以及摩擦阻尼组成。这种方法是将力和位移曲线分解成表示衬套的弹性特性的恢复力曲线和表示阻尼特性的阻尼曲线，用部分阻尼曲线来识别耗散力的性质，然后通过回复力的曲线和部分阻尼曲线确定单个部件类型、排列和解析的种类。然而实验表明，该模型只能对橡胶衬套轴向和径向进行描述，对扭转和摆转特性是失效的，而且也没有考虑橡胶衬套的各向耦合。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术的衬套的橡胶体受到扭转、拉伸、压缩时易出现龟裂的缺陷，提供一种能更加延长汽车控制臂橡胶衬套的使用寿命，可以平衡衬套径向刚度，并在满足操纵性和舒适性要求下，减小衬套受力变形，降低衬套的疲劳失效风险的控制臂橡胶衬套。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种控制臂橡胶衬套，其特点在于，其包括一空心的芯子、一与该芯子同心的外骨架，该芯子和外骨架通过橡胶体硫化形成一整体，该橡胶体包括一沿Y方向的实心部和一沿X方向的空心部，该实心部还形成有一圈以芯子为中心分布的限位凸肩，其中，该X方向为横向，该Y方向为纵向。

本技术方案中，控制臂橡胶衬套，为剪切型橡胶衬套，安装在控制臂固定套上，能缓解车轮在转动、制动、转弯时对控制臂的冲击，吸收扭转等方向的振动提高整车的可操控性。

较佳地，该限位凸肩的横剖面形状为对称分布在芯子两侧的梯形。

较佳地，该外骨架的两端形成有向外弯折的卷边。外骨架上下两端可采用压铆工艺使其按照一定的尺寸折弯，控制其高度。这样在硫化时能防止跑胶、飞边等缺陷，使其具有很好的致密性。

较佳地，该橡胶体内沿X方向以芯子为中心对称地开设有阻尼孔，而且一侧的阻尼孔的孔宽距离大于另一侧的阻尼孔的孔宽距离。

也就是说，本方案中，沿+X方向的阻尼孔的孔宽距离大于沿-X方向的阻尼孔的孔宽距离。

较佳地，在所述阻尼孔的两端，沿着Y方向各开设有一与阻尼孔贯通的过渡孔，用于使得阻尼孔呈中间细两端宽的哑铃状。这样以来，可使橡胶体形成实心和空心的两部分，这样可以耦合X与Y方向的刚度，即实心(Y)方向刚度大于空心(X)方向的刚度。这是因为实心方向刚度大多是承压方向，能提高汽车操作稳定性，而空心方向刚度小可以吸收悬架传来的低频大振幅的振动，具有良好的效果，可以提高整车的平稳性和舒适性。

较佳地，该橡胶体的一侧的限位凸肩的宽度要比另一侧的限位凸肩的宽度窄。

也就是说，本方案中，该橡胶体的沿+X方向的限位凸肩的宽度要比沿-X方向的限位凸肩的宽度窄。在阻尼当中还要设计凸肩，即在X方向的两个凸肩的长度不一，+X方向的限位凸肩比-X方向的限位凸肩短一些，所以在+X方向的限位距离比-X方向的距离大一些，这样可使得橡胶衬套在大变形和小变形下的刚度不同(可呈非线性)，以满足隔振降噪的效果。

较佳地，所述阻尼孔与周围的橡胶体的本体为圆滑过渡连接。这样在拉压时避免应力集中。

较佳地，该芯子的脱离橡胶体的部分硫化有一层橡胶层，该橡胶层的厚度范围为1mm～2mm。

较佳地，该芯子的材料为钢管材料。

较佳地，该外骨架的材料为铝管材料。采用这类材料可经过加工处理与橡胶体硫化成型。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实施例。

本实用新型的积极进步效果在于：

1、本实用新型的采用芯子和外骨架的控制臂橡胶衬套可以平衡衬套径向刚度，并优化设计橡胶结构，在满足操纵性和舒适性要求下，减小衬套受力变形，降低衬套的疲劳失效风险。

2、另外，本实用新型内置的阻尼孔与橡胶体的过渡圆滑衔接还能缓解应力集中，使衬套具有合理的刚度，起到了明显的承压、减震降噪作用，能解决汽车舒适性和操控性难以平衡的技术问题，同时还保持衬套良好的耐久性能，保证整车的可操作性和稳定性。

3、此外，本实用新型还能沿X、Y、Z三个方向调配合适的静刚度以及扭转刚度，因此，具有良好的隔振的性能，使车辆行驶更安全，使驾乘人员获得更舒适的驾车体验。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的橡胶衬套的俯视结构示意图。

图2为本实用新型的橡胶衬套沿A-A的剖面结构示意图。

图3为本实用新型的橡胶衬套沿B-B的剖面结构示意图。

图4为本实用新型的橡胶衬套的立体结构图。

附图标记说明：

10芯子  20外骨架  30橡胶体

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例

如图1～4所示，本实用新型提供一种控制臂橡胶衬套，其包括一空心的芯子10、一与该芯子10同心的外骨架20，该芯子10和外骨架20通过若干橡胶体30硫化形成一整体，该橡胶体30包括一沿Y方向的实心部和一沿X方向的空心部，该实心部还形成有一圈以芯子为中心分布的限位凸肩，如图2所示，该限位凸肩的横剖面形状为对称分布在芯子两侧。

其中，该X方向为横向，该Y方向为纵向。

本实用新型的芯子的材料为钢管材料，该外骨架的材料为铝管材料。采用这类材料芯子、外骨架更容易与橡胶体硫化形成一整体。

如图1和图2所示，该橡胶体内沿X方向以芯子为中心对称地开有阻尼孔，而沿+X方向的阻尼孔的孔宽距离大于沿-X方向的阻尼孔的孔宽距离。在所述阻尼孔的两端，沿着Y方向各开设有一与阻尼孔贯通的过渡孔，并使得阻尼孔呈中间细两端宽的哑铃状。这样以来，可使橡胶体形成实心和空心的两部分，这样可以耦合X方向与Y方向的刚度，即实心方向(Y方向)刚度大于空心方向(X方向)的刚度。这是因为实心方向刚度大多是承压方向，能提高汽车操作稳定性，而空心方向刚度小可以吸收悬架传来的低频大振幅的振动，具有良好的效果，可以提高整车的平稳性和舒适性。

进一步地，该橡胶体的沿+X方向的限位凸肩的宽度要比沿-X方向的限位凸肩的宽度窄。即在X方向的两侧限位凸肩的长度不一，+X方向的限位凸肩比-X方向的限位凸肩短一些，所以在+X方向的限位距离比-X方向的距离大一些，这样可使得橡胶衬套在大变形和小变形下的刚度不同(可呈非线性)，以满足隔振降噪的效果。

另外，外骨架上下两端可采用压铆工艺使其按照一定的尺寸向外折弯形成卷边，控制其高度。这样在硫化时能防止跑胶、飞边等缺陷，使其具有很好的致密性。

为了在拉压时避免应力集中，阻尼孔与周围的橡胶体的本体采用圆滑过渡连接。

而该芯子的脱离橡胶体的部分还硫化有一层薄薄的橡胶层，比如，该橡胶层的厚度范围在1mm～2mm之间。

优选地，硫化好的橡胶衬套要进行沿径向方向预压，预压的行程相当于橡胶衬套直径的10％～30％。这样可以消除橡胶衬套在硫化时由于热胀冷缩产生的残余应力，提高衬套的耐久性。

下面以本实用新型装在麦弗逊式独立悬架结构中为例，来描述本实用新型的安装与使用效果：麦弗逊式独立悬架结构主要包括减震器、上控制臂和下控制臂、车轮转向节、转向梯形臂、横向定位杆。该麦弗逊式独立悬架结构本身为现有技术，因此，该麦弗逊式独立悬架的具体结构部分非本实用新型的改进点所在，故该部分在此不作赘述。

安装时，将该将麦弗逊式独立悬架结构减震器上端用螺栓和橡胶垫圈与车身相连，再将减震器下端固定在下支撑臂上。而转向节通过球铰链与上控制臂连接，下端与制动***铰链连接。下控制臂一端与轮毂的主销铰链连接，另两点与车身连接。这时，车轮所受到的侧向力通过转向节和大部分由上下控制臂承受，其余部分由减震器承受。螺旋弹簧套在筒式减震器外面，主销轴线通过上下铰链中心，当车轮上下跳动时，因为减震器的下支点随着控制臂的摆动而摆动，故主销的轴线的角度也是变化的。这说明车轮是沿着摆动的主销轴线而运动。因此这种悬架在变形时，使得主销的定位角和轮距都有些变化。如果适当调整控制臂的结构布置，可以使车轮的定位参数变化降低到很小。

为了进一步说明本实用新型的控制臂橡胶衬套对悬架***性能的明显改善，现以应用于麦弗逊式独立悬架结构的下控制臂总成为例，进行详细的效果分析。

如图4所示，下控制臂的臂体为锻铝件，控制臂橡胶衬套的芯子与臂体装配时为紧配合，因此控制臂橡胶衬套与臂体之间无相对运动，下控制臂的一球铰总成和控制臂橡胶衬套与车身相连，另一球铰总成与轮毂的主销相连。

当汽车转弯时，如下面的表1所示(下表1为本实用新型的橡胶衬套在各个方向的静刚度)Y方向的刚度850N/mm可以提高汽车的抗侧倾能力，也可以保证悬架的前束角和后束角在合理区间变化，这样保证悬架的运动特性良好，在X方向的刚度218N/mm，由于中间的阻尼孔(凹槽)来保证呈斜率递增变化的弹性，缓冲纵向的冲击、吸振，而且在刹车时具有良好的制动性能。在Z向的刚度105N/mm在车轮跳动时承受扭转载荷。

表1为本实用新型的橡胶衬套六个方向的静刚度值(单位:N/mm，N/m(°)胶料邵氏硬度：55度)

当橡胶衬套分别沿图2～3中δ方向、γ方向、θ方向扭转和摆动时，需要合适的刚度要求。这是因为车轮跳动时，控制臂相对于副车架有摆动和扭转，同时也受到剪切作用。

此时，控制臂橡胶衬套γ方向的扭转刚度2.6N/m(°)具有扭转弹簧的作用，可以缓解三角摆臂的受到冲击和吸收扭转方向的振动。所以本实用新型的控制臂橡胶衬套沿六个方向的刚度合适，结构简单、抗疲劳性良好。

本实用新型的控制臂橡胶衬套，可为剪切型橡胶衬套。本实用新型安装在控制臂固定套上，能缓解车轮在转动、制动、转弯时对控制臂的冲击，吸收扭转等方向的振动，提高整车的可操控性。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种控制臂橡胶衬套，其特征在于，其包括一空心的芯子、一与该芯子同心的外骨架，该芯子和外骨架通过橡胶体硫化形成一整体，该橡胶体包括一沿Y方向的实心部和一沿X方向的空心部，该实心部还形成有一圈以芯子为中心分布的限位凸肩，其中，该X方向为横向，该Y方向为纵向。

2.如权利要求1所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，该限位凸肩的横剖面形状为对称分布在芯子两侧的梯形。

3.如权利要求1所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，该外骨架的两端形成有向外弯折的卷边。

4.如权利要求1所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，该橡胶体内沿X方向以芯子为中心对称地开设有阻尼孔，而且一侧的阻尼孔的孔宽距离大于另一侧的阻尼孔的孔宽距离。

5.如权利要求4所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，在所述阻尼孔的两端，沿着Y方向各开设有一与阻尼孔贯通的过渡孔，用于使得阻尼孔呈中间细两端宽的哑铃状。

6.如权利要求1所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，该橡胶体的一侧的限位凸肩的宽度要比另一侧的限位凸肩的宽度窄。

7.如权利要求4所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，所述阻尼孔与周围的橡胶体的本体为圆滑过渡连接。

8.如权利要求1所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，该芯子的脱离橡胶体的部分硫化有一层橡胶层，该橡胶层的厚度范围为1mm～2mm。

9.如权利要求1所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，该芯子的材料为钢管材料。

10.如权利要求1所述的控制臂橡胶衬套，其特征在于，该外骨架的材料为铝管材料。