CN101165362A - 一种带有轴向导向装置的阻尼器 - Google Patents

一种带有轴向导向装置的阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明是申请号为200410075501.2的分案申请,涉及阻尼器。其包括缸体和动体,动体至少部分地位于缸体内,缸体内设有至少一个沿轴向延伸的腔室,该腔室内充有粘滞阻尼液体,形成阻尼腔室,其特征在于动体由对应设置在阻尼腔室内的动叶片组成,动叶片与阻尼腔室壁构成剪切腔,剪切腔的厚度尺寸远小于其轴向尺寸,在缸体与动体之间设有轴向导向装置。本发明带有轴向导向装置的阻尼器结构简单、无精密部件,因此造价低,性能稳定、工作可靠;无磨损部件,因此基本无需维修、寿命长,检修后可以继续使用,具有可再生特性,环保。

Description

一种带有轴向导向装置的阻尼器
技术领域
本发明是申请号为200410075501.2的分案申请,涉及阻尼器,尤其是车辆悬挂系统的减震器和建筑结构的减振耗能阻尼器。
背景技术
阻尼器是一种应用广泛的振动控制基本元件,用于机械、交通工具、桥梁、建筑结构的减振、缓冲、耗能。
常见的阻尼器为液压油缸式,活塞相对于油缸仅在轴向相互运动,称之为单轴阻尼器,其由动体、动体杆、缸体和密封组成,动体一般为圆柱形,动体设有若干小孔或与缸体之间留有适当径向间隙,动体将油缸分为两动体腔,动体腔内充有液压油或粘度稍高的粘滞液体,如硅油,当动体相对于油缸运动时,密闭于受压一侧动体腔内的液体受挤压,压力升高,从动体间隙或小孔流到另一动体腔,两动体腔压力差形成对动体的运动阻力,做功,将机械能转化为热能,从而达到吸收外界能量的目的,因此可广泛应用于减震、缓冲、耗能的场合,如车辆悬挂系统和建筑消能减震。
这种阻尼器经过几十年的不断改进,已很完善。但由于构造方面的原因,具有天生的缺陷:1)由于密封与活塞杆以及和活塞和阻尼缸的静摩擦和滑动摩擦,启动阻力较大,在小振幅作用时,阻尼力与速度相关性较差,致使理论计算复杂,误差较大;2)必须采用严密的密封,但密封件容易磨损或老化,一旦密封失效,压力差无法建立,阻尼性能就会迅速丧失;3)零件结构复杂、数量多、加工精度要求高,因此造价高;4)阻尼性能对加工精度、零件的可靠性比较敏感,一旦重要零件如阀门失效,阻尼性能迅速下降或失效;5)阻尼液体通过小孔节流时局部受高压剪切,瞬时发热升温较高,长期作用下容易老化,导致阻尼器失效;6)阻尼液体中沉淀物和磨损颗粒物影响阻尼参数,并加速阻尼器破坏;由于以上原因,这种形式的减震器,除了高质量的名牌产品外,普遍寿命较低,低档的汽车减震器甚至每半年就更换一次,造成大量的资源浪费,污染环境。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述缺陷,提供一种采用新型原理和新型结构的带有轴向导向装置的阻尼器,使其具有阻尼特性柔和、结构简单、造价低、性能稳定、寿命长等优点,容易再生,环保的特点。
本发明是如下实现的:
一种带有轴向导向装置的阻尼器,其包括缸体和动体,动体至少部分地位于缸体内,缸体内设有至少一个沿轴向延伸的腔室,该腔室内充有粘滞阻尼液体,形成阻尼腔室,其特征在于动体由对应设置在阻尼腔室内的动叶片组成,动叶片与阻尼腔室壁构成剪切腔,剪切腔的厚度尺寸远小于其轴向尺寸,在缸体与动体之间设有轴向导向装置。
为了使叶片之间的间距在运动时保持不变,以及动体相对于缸体仅做轴向相对运动,在动体与缸体之间设有轴向导向装置,轴向导向装置为滑动导向或弹性导向。轴向导向装置由设置在动叶片或缸体上的导向块组成,导向块沿动叶片外侧或缸体内侧周边间隔设置或者连续设置,导向块间留有轴向贯通的间隙或导向块上设有轴向贯通的缺口或通孔。
动体运动时阻尼腔室的净体积随之变化,因此在阻尼器至少一处设有体积补偿装置。体积补偿装置为设置在阻尼腔室内的至少一个弹性补偿体;体积补偿装置包括一与阻尼腔室连通的体积补偿腔室,体积补偿腔室内设有一个或若干弹性补偿体;弹性补偿体为一充气气囊,或一外表面设有气密弹性层的弹性发泡体;在于体积补偿装置为一弹性气囊,其一侧与阻尼腔室连通,另一侧充有压缩气体,或设有弹性发泡体,或设有压缩弹簧。
为了在同样的外形尺寸下获得更大的阻尼力,缸体的阻尼腔室内设置至少一个沿轴向延伸的静叶片,将阻尼腔室分为若干相互连通或互不连通的子阻尼腔室,动叶片对应地设置在子阻尼腔室内,动叶片与子阻尼腔室壁或静叶片构成剪切腔,剪切腔的厚度尺寸远小于其轴向尺寸。阻尼腔室或剪切腔有多个,相互之间平行排列,或同心排列,或者多个腔室同心排列然后平行排列;此外还可以在动叶片上设置凹凸、通孔、楞条、或环片,用于调节阻尼液体流动扰力。为顺利实现动体相对于缸体仅做轴向相对运动,也可以在动叶片与静叶片之间设置轴向导向。
动叶片的形状为管状、或柱状、或板状,其外表面横截面的形状可以是圆、椭圆、或多边形,其中以同心的圆管或方管最为优先。
本发明带有轴向导向装置的阻尼器并非一定需要密封,如果阻尼器基本在铅垂向工作,阻尼腔室开口向上,或倾斜角度不大,可以不用密封,或仅作防尘密封。如果阻尼腔室开口向下,或倾斜角度较大时,在动体与缸体之间应设置密封装置;密封装置可以是滑动密封,如采用弹性密封圈,O型密封圈,也可以是柔性密封,如橡胶密封、金属波纹管密封。
为了使阻尼器的阻尼大小可以调节,阻尼器上设置阻尼液液位调节装置,即在缸体上设置调整阻尼液液面的灌装孔和排液孔,并设有丝堵。
为了进一步增大阻尼器的阻尼,粘滞剪切阻尼器中还可以集成一个液压式阻尼器,即在一个动叶片上设有活塞,活塞与其相邻的动叶片之间设有滑动密封,构成两个活塞腔室;活塞与其相邻的动叶片之间设有适当间隙,或设有若干节流小孔。
阻尼器的两端设置法兰联接、销孔联接,或在缸体和动体的外表面设置锚固连接筋。
粘滞阻尼液体为磁控流变液体,或电压控流变液体,或粘度较高的阻尼液体,如硅油,或甲级硅油,或聚异丁烯,或常温下为液态的改性沥青。
阻尼器工作时,动体在外部载荷作用下相对于缸体沿轴向运动,动叶片相对于缸体相对运动,剪切动叶片两侧剪切腔室内的粘滞液体,由于粘滞液体的粘性,产生一阻碍动叶片运动的粘滞阻力,该粘滞阻力总是与运动方向相反,而且运动速度越大,阻力越大,从而消耗外力做功,将机械能转化为热能。
与液压阻尼器相比,本发明所述带有轴向导向装置的阻尼器不靠小孔或间隙节流形成的压力差产生运动阻力,而是剪切腔内高粘度的阻尼液体在对动叶片产生的粘滞力形成运动阻力,因此阻尼腔室内的压力较低,对于阻尼腔室开口高于阻尼液体最高位置的工况,阻尼器无需密封,只有阻尼腔室开口低于阻尼液最高位置时,或阻尼器有防尘要求时才需密封;导向装置也无须特别精密,因此活塞杆与缸体的摩擦力很小,启动阻力较小,阻尼力与速度是一连续光滑的指数函数,设计时可以计算精确,与实际误差较小;本发明所述带有轴向导向装置的阻尼器结构简单、无精密部件,因此造价低,性能稳定、工作可靠;无磨损部件,因此基本无需维修、寿命长,检修后可以继续使用,具有可再生特性,环保。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图;
图2为图1的A-A截面图;
图3为本发明实施例2的结构示意图;
图4为图3的A-A截面图之一;
图5为图3的A-A截面图之二;
图6为图3的A-A截面图之三;
图7为本发明实施例3的结构示意图;
图8为图7的A-A截面图之一;
图9为图7的A-A截面图之二;
图10为本发明实施例4的结构示意图;
图11为图10的A-A截面图之一;
图12为图10的A-A截面图之二;
图13为本发明实施例5的结构示意图;
图14为本发明实施例6的结构示意图;
图15为本发明实施例7的结构示意图;
图16为图15的A-A截面图。
具体实施方式
实施例1
参见图1、2,其包括动体1和缸体2,动体1部分地位于圆筒形缸体2内,可以相对缸体2作轴向运动,缸体内设有一个沿轴向延伸的阻尼腔室,阻尼腔室内充满粘滞阻尼液体3,此处为常温下为粘稠液态的改性乳化沥青,动体1由一圆柱形的动叶片组成,动叶片位于阻尼腔室之中,与阻尼腔室壁构成剪切腔,剪切腔的径向尺寸远小于其轴向尺寸。缸体的端部设置缸盖2d,缸盖与动叶片滑动导向配合,缸盖内嵌有滑动密封圈5a,动叶片的端部固定滑动导向块4b,其呈十字状,允许阻尼液体流过,阻尼腔室内设有一体积补偿体6a,其为一充气气囊,动叶片向外运动时,阻尼腔室净体积增大,形成负压,小于气囊内部压力,因此气囊膨胀,补偿动体退出阻尼腔室腾出的体积,防止阻尼液体内部出现真空,动叶片向内运动时,情况相反,气囊压缩。
阻尼器工作时,动叶片1相对于缸体2轴向运动,剪切动叶片1周围剪切腔室内的粘滞液体,由于粘滞液体的粘性,产生一阻碍动叶片运动的粘滞阻力,该粘滞阻力总是与运动方向相反,而且运动速度越大,阻力越大,从而消耗外力做功,将机械能转化为热能。
与液压阻尼器相比,本发明所述阻尼器不靠小孔或间隙节流形成的压力差形成运动阻力,而是依靠剪切腔内高粘度的阻尼液体对动叶片产生的粘滞力形成运动阻力,因此阻尼腔室内的压力较低,因此动体与缸体的摩擦力很小,启动阻力较小,阻尼力与速度是一连续光滑的指数函数,设计时可以计算精确,与实际误差较小;本发明所述阻尼器结构简单、无精密部件、鲁棒性强,因此造价低,性能稳定、工作可靠;磨损部件少,因此维修少、寿命长,检修后可以继续使用,具有可再生特性,环保。
对于轴向导向装置,除在动叶片上设置导向块外,如果将导向块设置在缸体上也可以实现同样的效果。
实施例2
参见附图3、4,与实施例1相比,在缸体2中心设有一圆柱形静叶片2a,将阻尼腔室变为一环形阻尼腔,与此对应,动体1的动叶片为管状,动叶片位于阻尼腔室之中,与阻尼腔室壁和静叶片2a构成剪切腔,阻尼腔室和剪切腔室内充满甲基硅油,剪切腔的横向尺寸远小于其轴向尺寸,阻尼腔室的下部设有一环状弹性补偿体6b,动体顶部阻尼腔室设置弹性补偿体6b,弹性补偿体6b为一外部设有气密弹性层的弹性发泡聚氨酯。
与实施例1相比,本实施例的动叶片有内外两个粘滞剪切腔室,叶片运动时有两个粘滞剪切面,增大了粘滞阻力;动叶片的上下设有两个相同的导向块4b,其横截面形状为花键状,花键齿用于导向,齿间空隙允许阻尼液体流过,齿间的环片还可适当液体流过的阻力,从而增大阻尼。
与前述实施例相比,缸盖上不设滑动密封,而是设柔性气密密封,柔性密封为硫化在缸盖上的橡胶环,其内侧硫化有金属环,金属环与动体焊接,缸盖与缸体螺栓联接,联接面之间设有密封垫片,保证阻尼液体不泄漏。由于橡胶有很好的剪切弹性,可以在允许动体作轴向运动同时又能很好地将阻尼液体密封,因此没有密封摩擦阻力,也不会磨损;导向装置因为不再需要兼顾密封要求,也无须特别精密,允许留有适当径向间隙,因此也不会因磨损失效,动体与缸体的摩擦很小,阻尼器启动阻力也很小。本发明所述阻尼器结构简单、无精密部件,鲁棒性强,因此造价低,性能稳定、工作可靠;无磨损部件,因此基本无需维修、寿命长,检修后可以继续使用,具有可再生特性,环保。
本密封结构适合振幅和行程较小的工况,如果行程较大或振幅较大,可用金属波纹管替代橡胶环。
上述缸体和动叶片的截面为同心圆,静叶片截面为圆;实际中,参见图5、6,截面形状也可以是缸体和动叶片的截面采用同心六楞管,静叶片截面为一平板;或者,缸体和动叶片的截面采用横截面为同心跑道形的钢管,静叶片截面为一平板,这种结构可以使阻尼器的宽度大于厚度,便于隐藏于墙体内。因此本阻尼器特别适合于建筑消能能阻尼器,因为夹墙的厚度有限。
当缸体上固定设置静叶片时,将导向块设置在静叶片与动叶片之间也可以很好的实现轴向导向作用。
实施例3
参见附图7、8,与实施例2相比,缸体2内的阻尼腔室内的静叶片为园管状2c,动体1由2个圆管状动叶片组成,形成3个同心相套的剪切腔,阻尼腔室的下部设有一环状弹性补偿体6b,弹性补偿体为一外部设有气密弹性层的弹性发泡聚氨酯。动体顶部设有一补偿腔室,补偿腔室内设有气密弹性膜6c,其一侧充有压缩空气,一侧充满阻尼液体,并与阻尼腔室连通,用以补偿阻尼腔室的体积变化;为了增大粘滞阻力,内层动叶片的端部也设置了翻边式扰流环片。动叶片1的端部设置导向块4b,可以实现良好的轴向导向功能。
本实施例共有3个粘滞剪切腔,可以产生更大的阻尼力。
上述缸体、动叶片和静叶片的截面为同心圆;实际中,参见图9,截面形状也可以是同心的矩形。
与前述实施例相比,阻尼器设柔性气密密封,柔性密封为一橡胶波纹套5c,其两端硫化有法兰盘,法兰盘分别与动体和缸盖2d螺栓联接,联接面之间设有密封垫片,保证阻尼液体不泄漏;导向装置无须特别精密,允许留有适当径向间隙,因此动体与缸体的摩擦也很小,阻尼器启动阻力也很小。
实施例4
参见图10、11,与实施例2相比,缸体2内的阻尼腔室由截面为十字形静叶片2e分割为四个子阻尼腔室,四个截面为矩形的动叶片分别位于子阻尼腔室内,四个板状的静叶片2b又分别分布在动叶片内。这样形成8个粘滞剪切腔,可以产生更大的阻尼力;缸体上设有调整阻尼液体液面的灌装孔和排液孔,并设有丝堵。动叶片1的端部设置导向块4b,可以实现良好的轴向导向功能。
参见图12,截面为矩形管的动叶片内交错设置静叶片和动叶片,构成若干平行的剪切腔室,结构简单,容易制作。
本实施例适合组装成为大型阻尼器,只要增加并排的阻尼腔室的组数,就可获得相应倍数的阻尼力;本实施例阻尼腔室开口向上,阻尼液体的液面位于缸体的上沿之下,没有密封也不会泄漏,照常工作,所示密封主要用于防尘目的。
实施例5
参见附图13,相对实施例1,阻尼腔室内阻尼液体为磁控流变液体,缸体和动叶片由导磁材料制成,缸体外壁上设有电磁线圈8。调节磁场的强度,可以调节磁流变液体的粘度,从而调节阻尼力的大小,本实施例适用于需要根据路况调节阻尼的应用场合,尤其是汽车悬挂系统的阻尼器。
实施例6
参见附图14,与实施例5相比,阻尼腔室内阻尼液体为电压控流变液体,缸体中心静叶片上设有正电极9,缸体内壁设有负电极10,正负电极均与阻尼器外露部分绝缘。调节电场的强度,可以调节电压控流变液体的粘度,从而调节阻尼力的大小,本实施例适用于需要根据路况调节阻尼的应用场合,尤其是汽车悬挂系统的阻尼器。
实施例7
参见附图15和图16,与实施例2相比,在静叶片2a上设有活塞11,静叶片与其相邻的动叶片1之间设有滑动密封导向环4c,构成两个活塞腔室,由于阻尼液体的粘度比普通液压式阻尼器高得多,所以该密封导向配合不必像普通液压式阻尼器的密封那样精密,可以留有间隙,活塞与动叶片之间也可以留有适当间隙和若干节流小孔,动叶片作轴向运动时,两活塞腔室的压力差形成一阻尼力,动叶片剪切其外侧剪切腔室的阻尼液体也产生一粘滞运动阻尼力,静叶片与阻尼腔室内的粘滞液体的粘滞剪切力还产生一阻尼力,因此本阻尼器在相同体积内可产生更大的阻尼力。
在动体和缸体之间也设有柔性气密密封5b,由于橡胶环的长度较大,本身具有导向作用,故可省去一个导向块4b。
在缸体2和动体1的外表面,分别焊有锚固钢筋12。
由于本阻尼器无精密部件,鲁棒性很强,抗破坏和抗过载能力非常强,又采用了柔性气密密封和锚固钢筋,所以本阻尼器可以预埋于钢筋混凝土结构之中,例如将其预埋于水库大坝分段坝体之间的结构缝之处,地震时可以充分消耗地震能量,减少坝体的振幅和结构缝的开裂度,保证大坝安全。

Claims (11)

1.一种带有轴向导向装置的阻尼器,其包括缸体和动体,动体至少部分地位于缸体内,缸体内设有至少一个沿轴向延伸的腔室,该腔室内充有粘滞阻尼液体,形成阻尼腔室,其特征在于动体由对应设置在阻尼腔室内的动叶片组成,动叶片与阻尼腔室壁构成剪切腔,剪切腔的厚度尺寸远小于其轴向尺寸,在缸体与动体之间设有轴向导向装置。
2.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于轴向导向装置由设置在动叶片与缸体之间的导向块组成,导向块沿动叶片外侧或缸体内侧周边间隔设置或者连续设置,导向块间留有轴向贯通的间隙或导向块上设有轴向贯通的缺口或通孔。
3.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于在缸体的阻尼腔室内设置至少一个沿轴向延伸的静叶片,将阻尼腔室分为若干相互连通或互不连通的子阻尼腔室,动叶片对应地设置在子阻尼腔室内,动叶片与子阻尼腔室壁或静叶片构成剪切腔,剪切腔的厚度尺寸远小于其轴向尺寸。
4.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于动叶片与静叶片之间设置轴向导向。
5.根据权利要求1和2所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于阻尼腔室或剪切腔有多组,并列平行排列,或有多组同心分布,或由多组同心腔室平行排列。
6.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于动叶片、静叶片至少之一为管状、或柱状、或板状,且上设有的凹凸、通孔、楞条、或环片。
7.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于,粘滞阻尼液体为磁控流变液体,或电压控流变液体,或粘度较高的阻尼液体。
8.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于阻尼腔室内或与阻尼腔室连通的补偿腔室内设置弹性补偿体,弹性补偿体为由气密弹性材料制成的气囊或金属波纹结构,其内充有压缩空气、或设有弹性发泡体或弹簧。
9.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于在缸体与动体之间采用弹性气密密封联结,其由气密的弹性材料或金属波纹管组成,两端分别与缸体和动体气密连接。
10.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于阻尼器上设置阻尼液液位调节装置,即在缸体上设置调整阻尼液液面的灌装孔和排液孔,并设有丝堵。
11.根据权利要求1所述的带有轴向导向装置的阻尼器,其特征在于在动静叶片的至少一个叶片上设有活塞,活塞与其相邻的叶片之间设有滑动密封,以及适当间隙或若干节流小孔,构成两个活塞腔室。
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