CN101117145A

CN101117145A - 一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架

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Publication number: CN101117145A
Application number: CNA2007101752585A
Authority: CN
Inventors: 丁占鳌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: CN100497077C

Abstract

一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架，涉及一种车用的液压叉管式悬架。本发明的技术特点是在现有叉管的芯管底部设置吸油阀，在下活塞内设置逆止阀，在上活塞内设置压力调节阀；采用该方案，可将液压阻尼力调节为与活塞速度成正比的线性阻尼，使车辆在各种行驶条件下处于最佳阻尼状态。在此基础上，使位于叉管下端的前轮轴由叉管轴线后移L，再上移，使前轮轴更靠近上下衬套，使得本发明较双伸缩叉管悬架省去了一个叉管，在减摩效果不变的情况下使结构更为简单，运动更灵活，同时在上叉管壁上开有联通孔，可有效减少前叉管的漏油率。本发明还将原下叉管材质由铸铝改为精拔钢管，使下叉管的成本大为下降，产品的性价比得以提高。

Description

一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架

技术领域

本发明涉及一种车用液压叉管式悬架，尤其涉及一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架，属于汽车悬架技术领域。

背景技术

目前市售小型三轮汽车前悬架多采用如图1所示的液压叉管式悬架，主要由上叉管2、下叉管18、芯管19、上活塞8、下活塞16、油封3、衬套5、承载弹簧7等部件组成。悬架减振所需的压缩和展开行程阻尼力主要靠芯管上的上节流孔9和下节流孔20及下活塞与芯管19之间的缝隙产生的。这种悬架结构的优点是结构简单，但性能上有三点不足：阻尼非线性、易漏油、叉管伸缩不灵活。

下面分别予以说明：1)、由于该悬架的阻尼主要靠油液通过小孔节流产生的，其阻尼力将随速度平方而变化，这种阻尼称为非线性阻尼，而车身减振所需的理想阻尼是线性阻尼，即阻尼力与速度一次方成正比。该悬架的第二种阻尼是靠油液通过缝隙产生的液体内摩擦阻尼，这种阻尼与油液的粘度系数成正比，而粘度系数随油温而变化，冬夏温差可能有近百度，故这种阻尼力是不稳定的阻尼力。另外该悬架还有一种存在于叉管与衬套之间的摩擦阻尼力，这是一种在车辆减振中力求避免的阻尼力，而该悬架中这种阻尼力在以上三种阻尼中确占了主要部分。2)、该悬架在压缩行程中下活塞16以下均为高压区，主要是通过上下叉管之间的缝隙来降低对衬套和油封的压力，随着磨损量的增加油封下侧的压力也随之增加，油封封油效率也随之下降，易出现漏油现象。3)、由于悬架叉管存在α＝20°～26°的倾角，前轮轴中心A处地面反力P在垂直前叉管方向将会出现侧面力Px＝P sinα，若α＝26°，则Px＝0.44P，又由于Px作用于上下活塞之外，它将在上下活塞处引出更大的侧向力N₁和N₂。一般情况下(N₁+N₂)≈3Px，由于出现侧向力N₁和N₂，衬套与叉管之间将产生摩擦力。设摩擦系数f＝0.2，则欲使上下叉管伸缩，其摩擦力F＝f(N₁+N₂)＝0.2(3Px)＝0.6Px＝0.26P。设前轮负荷为P＝250kg则摩擦力F＝66kg。由于此摩擦力的存在，除了能引起活塞及叉管早期磨损之外，最大的危害还是影响前叉管的减振效果：在外来冲击力小于66kg时，上下叉管处于锁紧(卡滞)状态，不起减振作用，故车辆的舒适性大为下降。

发明内容

本发明的目的是针对现有小型三轮汽车前悬架存在的不足，提供一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架，将液压阻尼力调节为与活塞速度成正比的线性阻尼，以保持车辆在各种行驶条件下处于最佳阻尼状态；本发明的另一目的是减少上下叉管之间的摩擦，增加上下叉管之间相对运动的灵活性，提高使用寿命；同时防止漏油，提高其密封性。

本发明的技术方案如下：

一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架，含有上叉管，下叉管，设置在上、下叉管内的芯管，设置在上叉管内的上活塞、下活塞、承载弹簧，设置在上叉管和下叉管之间的油封和上、下衬套，以及设置在下叉管下端的前轮轴，其特征在于：在所述的芯管底部设置吸油阀，在所述的下活塞内设置逆止阀，在所述的上活塞内设置压力调节阀。阻尼液由所述的吸油阀吸入，从所述的压力调节阀排出，上、下叉管的压缩和展开行程共用同一个压力调节阀。

本发明所述的吸油阀有小螺旋弹簧和阀片组成；所述的逆止阀由钢球、小螺旋弹簧和锥孔组成；所述的压力调节阀由钢球、小螺旋弹簧、锥孔、常通孔和节流孔组成。

本发明的技术特征还在于：在位于上、下衬套之间的上叉管壁上开有联通孔。所述的芯管下端采用浮动球面支承。

本发明的另一技术特征是：将位于前叉管下端的前轮轴24的轴心A相对叉管中心线后移距离L，再上移，移动后前轮轴的轴心A距上衬套的距离为L₁，距下衬套的距离为L₂，且满足关系：

L₂tgα≤L≤L₁tgα，式中α为前叉管后倾角。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①由于增设了吸油阀、逆止阀和压力调节阀，本发明能使悬架在各种速度下均可给出符合汽车减震理论所需要的最佳阻尼数值，因而可使三轮汽车的舒适性大为提高。②由于将三轮汽车前轮轴由叉管轴线后移L，并使下轮轴更靠近上下衬套，使得本发明较双伸缩叉管悬架省去了一个叉管，在减摩效果不变的情况下使结构更为简单。③由于将原下叉管材质由铸铝改为精拔钢管，使下叉管的成本大为下降，将节约的成本转为阻尼结构的改进，使产品的性价比得以提高。④由于将原芯管根部由插入端结构改为在一定范围内自由活动的球铰结构，这样可使悬架叉管上下活动自如，免于出现卡滞现象。⑤由于在叉管空腔与上、下衬套空腔之间加开了联通孔，本发明将使油封前区的压力变化幅度小于0.2大气压，故该悬架的漏油问题将大为缓解。

附图说明

图1为目前市售小型三轮汽车前悬架结构示意图。

图2为本发明提供的一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架实施例的结构示意图。

图3为压力调节阀的结构示意图。

图4为本发明符合减振理论的阻力特性曲线。

图中：2-上叉管；3-油封；4-油封罩；5-上衬套；6-联通孔；7-承载弹簧；8-上活塞；9-上节流孔；10-小螺旋弹簧；11-钢球；12-常通孔；13-锥孔；14-节流孔；15-下衬套；16-下活塞；17-下联板；18-下叉管；19-芯管；20-下节流孔；21-阀片；22-过渡板；23-浮动球面支撑(支承)；24-前轮轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理、具体结构和实施作进一步的说明。

本发明提供的一种小型三轮汽车或摩托车用高性能前悬架如图2所示，包括上叉管2；下叉管18；设置在上、下叉管内的芯管19；设置在上叉管2内的上活塞8、下活塞16、承载弹簧7；设置在上叉管和下叉管之间的油封3、上衬套5和下衬套15，设置在下叉管下端的前轮轴24，与下叉管18相连的下联板17。本发明的主要技术特征是：在芯管19的底部设置吸油阀，该吸油阀由小螺旋弹簧和阀片21组成；在下活塞16内增设了逆止阀，该逆止阀是由小螺旋弹簧、钢珠和锥孔组成，锥度孔锥度较大(α＞＞11°)小螺旋弹簧刚度较小，阀下油压略有增加钢珠即可开启，阀上油压略有增加即可关闭；在上活塞阀8内增设了压力调节阀(详见图3)，它是由小螺旋弹簧10、钢珠11、锥孔13、锥孔下段的节流孔14和设置在锥孔旁边的常通孔12组成。压力调节阀外形很像逆止阀，但压力调节阀的小螺旋弹簧刚度远大于逆止阀，锥孔的锥度角α≈11.3°，远小于逆止阀，另外锥孔下段的节流孔14直径小于逆止阀，有节流作用，锥孔旁开有常通孔12，而逆止阀上无常通孔。

下面分析该方案在压缩和展开行程中阻尼形成机理：

1)、压缩行程时上叉管下移，下工作缸压力增加，吸油阀被关闭，油液从逆止阀16进入上工作缸。由于逆止阀小弹簧刚度较小，此时上下工作缸油压相近，当上下工作缸油压都不太高时，由于压力调节阀(见图3)的小螺旋弹簧10存在预压，钢珠11尚未打开，油液只能通过锥孔边上的常通孔12进入贮油缸，此时的阻尼特性处于常通孔节流状态(参阅图4)；阻尼特性曲线第1段成抛物线状。当油压进一步上升，压力调节阀钢珠将被油液微微顶起，钢珠与锥孔将出现环隙，部分油液将从环隙进入贮油缸，此时活塞速度V₀叫“开阀速度”。阻尼力的增加将趋于平缓，特性曲线第2段即线性段。随着活塞运动速度进一步增加，油压也进一步提高，小螺旋弹簧10(见图3)进一步被压缩，环隙面积也进一步增大，当V＝V₁时环隙面积等于锥孔下段节流孔14的截面积时，阻尼特性进入第二个节流状态，如曲线第3段，也呈抛物线状。此后随活塞速度的增加阻尼力也将急剧增加，这正是汽车高速行驶或恶劣路面情况下汽车减振所需要的(图4)。在V₀到V₁之间接近直线，此时车辆处于在常规路面常速行驶状态，也称线性阻尼状态，符合图4所示的阻尼特性曲线(也称“三段式”特性曲线)才是符合减振理论所需要的理想阻尼，按照本发明所设计的方案通过调整压力调节阀中的诸参数：如小螺旋弹簧刚度与簧的预压力，常通孔、节流孔的大小，钢珠的直径及锥孔的锥度等，总可调节出适合某型号三轮汽车或摩托车前悬架减振所需要的阻尼，而现有结构无论如何进行参数变化也不可能产生如图4所示的三段式特性曲线。

2)、展开行程：上叉管上移，上工作缸压力增加，逆止阀被关闭，下工作缸压力下降吸油阀被打开，油液从贮油缸吸入下工作缸，上工作缸的油液只能被迫从常通孔12及压力调节阀的环隙流进贮油缸。由于展开行程和压缩行程共用同一个压力调节阀，故两个行程的阻尼曲线是相似的，但压缩和展开行程中同一速度V下所需要的阻尼力却是不同的，这可以通过调节上下行程的承压面之比予以调整。

本发明的第二个技术特征在于：将位于前叉管下端的前轮轴24的轴心A相对叉管中心线后移距离L，再上移，移动后前轮轴的轴心A距上衬套的距离为L₁，距下衬套的距离为L₂，且满足关系：

L₂tgα≤L≤L₁tgα，式中α为前叉管后倾角。

图中Pz为地面压力P在A点沿叉管轴的轴向分力，Px是侧向分力，L₁、L₂是轮轴A到上下衬套5、15的距离。本发明通过减小L₁、L₂的方法即通过将上下衬套布置的更靠近轮轴A的办法或下联板17上移的办法来缩短承载弹簧到轮轴A的移距L，这样可使上下联板更短。使前悬结构更紧凑。

本发明的第三个技术特征在于：在上叉管壁位于上下衬套之间增开连通孔6，使上下衬套之间缝隙内的油压始终与贮油缸内的气压相近。在上下叉管伸缩行程中上叉管内空气容腔压力变化小于0.2大气压，这样，油封只要能封住0.2大气压，即不会漏油，这是一般油封很容易做到的，故开连通孔之后将使漏油率大为下降。

本发明的第四个特征在于：下叉管由铸铝又改为钢管，但工艺上有所进步，钢管采用精拔管，上衬套5、下衬套15及油封罩4均采用过盈压入工艺(见图2)，可保证相关部件的同轴度。以增加叉管运动的灵活性。下叉管改用精拔钢管可使前叉管更轻巧、坚固，使下叉管的成本大为下降，将节约的成本转为阻尼结构的改进，使产品的性价比得以提高。

本发明的第五个特征在于：芯管19下端的连接采用图2所示的浮动支承。芯管19外径与过渡板22孔之间预设一定间隙，使芯管在横向有一定自由度。在芯管下端增设了球面下堵23，允许芯杆绕叉管轴线在横向有一定幅度的摆动。这些措施的采用避免了叉管在伸缩行程中与上下衬套及上下活塞之间引起卡滞，使悬架上下运动更灵活，使用寿命更长久。

Claims

1.一种小型三轮汽车及摩托车用前悬架，含有上叉管(2)，下叉管(18)，设置在上、下叉管内的芯管(19)，设置在上叉管内的上活塞(8)、下活塞(16)、承载弹簧(7)，设置在上、下叉管之间的油封(3)和上、下衬套(5，15)，以及设置在下叉管下端的前轮轴(24)，其特征在于：在所述的芯管(19)的底部设置吸油阀，在所述的下活塞(16)内设置逆止阀，在所述的上活塞(8)内设置压力调节阀；阻尼液由所述的吸油阀吸入，从所述的压力调节阀排出，上、下叉管的压缩和展开行程共用同一个压力调节阀。

2.按照权利要求1所述的小型三轮汽车及摩托车用前悬架，其特征在于：所述的吸油阀由小螺旋弹簧和阀片(21)组成；所述的逆止阀由钢球、小螺旋弹簧和锥孔组成；所述的压力调节阀由钢球(11)、小螺旋弹簧(10)、锥孔(13)、设置在锥孔上的常通孔(12)和节流孔(14)组成。

3.按照权利要求1所述的小型三轮汽车及摩托车用前悬架，其特征在于：所述的芯管(19)下端采用浮动球面支承(23)。

4.按照权利要求1、2或3所述的小型三轮汽车及摩托车用前悬架，其特征在于：所述的前轮轴(24)由前叉管下端相对叉管轴线后移距离为L，之后再上移，移动后前轮轴的轴心A距上衬套的距离为L₁，距下衬套的距离为L₂，且满足关系：

L₂tgα≤L≤L₁tgα，式中α为前叉管后倾角。

5.按照权利要求4所述的小型三轮汽车及摩托车用前悬架，其特征在于：在位于上、下衬套之间的上叉管壁上开有联通孔(6)。

6.按照权利要求1所述的小型三轮汽车及摩托车用前悬架，其特征在于：所述的下叉管采用精拔钢管。