CN101193766B - 用于机动车辆的减震器 - Google Patents

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Abstract

一种减震器(1，201)，包括具有第一和第二弹簧元件(17，18)的弹簧组合(17，18)，该第一和第二弹簧元件(17，18)具有存储来自车辆振动的能量的能力，并可操作地设置以分担由于道路引起的振动而产生的负荷，并且在车辆(100)的运动过程中，由于弹簧元件的压缩和延伸而产生的剪应力在允许的极限值以内。弹簧元件(17，18)可设置在形成减震器的另一部件的液压缸(4)上方。当该减震器(1，201)应用于诸如摩托车的车辆时，该减震器(1，201)具有成本低、舒适度高和可靠性好的优势。

Description

用于机动车辆的减震器
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的减震器，以及使用这种减震器的机动车辆。
背景技术
减震器用在机动车辆中以吸收或减弱由于路面不平而引起的振动，因此在摩托车或小型摩托车的情况下为驾驶者和旅客或骑手提供了舒适和安全。减震器还承受车辆负载。
典型的减震器包括可操作地相对于螺旋压缩弹簧设置的液压缸，其中弹簧被预压缩到预定负荷值并且被设置在液压缸的上方。弹簧可以在减震器的下弹簧座和上弹簧座之间设置在液压缸的上方。有时候液压缸自身被称为“减震器”，这是因为正是液压缸和包含在其中的流体吸收车辆振动产生的能量。
考虑到诸如车辆重量和作用于车辆上的负荷以及减震器期望的减震能力的因素，弹簧被压缩到预定负荷值。在车辆运动过程中，由于道路引起的振动，弹簧频繁地经受压缩和延伸。这在弹簧中造成了剪应力，引起弹簧疲劳并且可能引起永久性的弹簧失灵，因此减少减震器的寿命。车辆运动过程中的弹簧失灵还可能导致严重的事故。
减震器吸收或减弱道路引起的振动和承受车辆负荷的能力取决于多种因素，包括弹簧直径、弹簧长度和弹簧特性。这对于乘坐的舒适性也是必需的。对于给定的弹簧丝直径和平均线圈直径以及给定的弹簧冲程，减小弹簧长度会使得圈数减少，并且因此使悬架变硬并降低乘坐舒适性。减震器的整体长度取决于弹簧的预压缩长度。通过调节下弹簧座的位置，能够轻微调节弹簧的长度。然而，在通常情况下，减震器位于靠近摩托车车体的位置，链盒在车辆的一侧而消音器或静音器在车辆的另一侧，并且通常要求链盒和消音器或静音器具有凹陷(depression)来为减震器下弹簧座的适当定位提供足够的空隙(clearance)。这种凹陷的制造引起了额外的制造成本，因为需要额外的制造。此外，静音器定向中必然的限制(consequential limitation)、增加的刺激性噪音(由于摩托车链条对链盒中凹陷的磨损而产生)、和车辆美观的降低都是与这些设置有关的问题。
取代这种设置的方式是远离车辆主体安装减震器。这种设置要求额外的加固，这会增加车辆的成本。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种减震器，其具有提高的可靠性和寿命。
本发明的另一个目的在于提供一种减震器，其包括长度减少的预压缩弹簧。
本发明的又一个目的在于提供一种减震器，其使得乘坐舒适性增加；并且优选具有这样的设置：减震器可便利地安装到摩托车上而不会产生额外的制造操作成本。
考虑到这些目的，本发明提供了一种减震器，其包括弹簧组合，弹簧组合包括第一弹簧元件和第二弹簧元件，所述第一和第二弹簧元件具有存储来自车辆振动的能量的能力，并被可操作地设置以分担由于道路引起的振动而产生的负荷。以这种方式，在车辆运动过程中，由弹簧元件的压缩和延伸导致的剪应力在允许的极限值以内，并且可能在低于允许的极限值。弹簧的可操作性设置可包括将弹簧连接到一起。
每个弹簧元件(可能多于两个)可以具有不同的弹性系数(spring rate)，选择组合中弹簧的弹性系数以获得期望的乘坐舒适度。弹簧元件可以是可变刚性弹簧(dual rate spring)或多变刚性弹簧(plural rate spring)。可以选择弹性系数以使弹簧组合的刚度与单个弹簧的刚度一样，但是比单个弹簧设置的弹簧长度短。此外，弹簧长度的减少允许与摩托车链盒之间具有更大的间隙(clearance)，并且能够制造凹陷(depression)，从而减少或是避免随之产生的磨损和噪音。
这样的减震器可以包括液压缸或是阻尼器主体(damper body)，具有采用一对被预压缩到预定负荷值的螺旋弹簧形式的弹簧组合。弹簧可以包括设置在液压缸上方的内部弹簧和设置在内部弹簧上方的外部弹簧。每个弹簧的每个端部均位于弹簧座中。两个弹簧的预压缩量可以通过调节弹簧座的位置而进行调整，优选地调节弹簧的下弹簧座。
外部弹簧的一端(例如下端)可以位于外部定位器(locator)上，在优选的情况下定位器位于下弹簧座上。类似地，内部弹簧的一端(较方便地还是下端)顶住位于下弹簧座上的内部定位器。
该减震器可以包括设置在弹簧之间的垫片(spacer)，用于防止弹簧相对运动中的摩擦和磨损。垫片可以位于其中一个弹簧座中，例如上弹簧座。该减震器对于任何车辆都适用，但是特别适用于两轮车辆，比如摩托车和小型摩托车或是三轮车辆。该减震器可以便利地包含在这种车辆的后轮悬架中。
可以根据降低车辆制造成本的目的来选择组成减震器的弹簧组合的弹簧的特性。因为对于给定的乘坐舒适度和可接受的最大剪应力组装的弹簧长度较小，所以可以利用更多的空间来安排(routing)摩托车静音器。链盒和减震器之间的空隙还可以使得制造操作简化，因为不再需要制造其他摩托车部件来容纳减震器，例如通过在链盒中制造凹陷等。
附图说明
从以下参照附图对本发明的优选实施例进行的描述中将更加全面地理解本发明的减震器，附图中：
图1是根据本发明一个实施例的减震器的侧面截面图；
图2是根据本发明第二实施例的减震器的侧面截面图；
图3a至图3d提供了车轮对于四种类型((z1)到(z4))的后轮悬架负荷特性的变形(deflection)；
即：(z1)具有传统的单个弹簧的减震器，其中弹簧的刚度为1.91kg/mm；
(z2)将其弹簧组合与本发明结合的减震器，其中弹簧组合设置有与(z1)相同的乘坐舒适度和负荷能力；
(z3)具有传统的单个弹簧的减震器，其中弹簧具有较低的刚度：1.48kg/mm(所谓的“舒适度”设置)；以及
(z4)将其弹簧组合与本发明结合的减震器，其中弹簧组合设置有与(z3)相同的乘坐舒适度和负荷能力。
图4a和图4b显示了减震器(z1)的单个弹簧和减震器(z3)的单个弹簧的弹性系数曲线；
图5a至图5c显示了外部和内部弹簧元件的弹性系数曲线，和本发明的减震器(z2)的弹簧组合的弹性系数曲线，其中对于本发明的减震器(z2)的弹簧组合的弹性系数曲线，车轮对于负荷特性的变形在图3b中示出；
图6a至图6c显示了外部和内部弹簧元件的弹性系数曲线，和本发明的减震器(z4)的弹簧组合的弹性系数曲线，其中对于本发明的减震器(z4)的弹簧组合的弹性系数曲线，车轮对于负荷特性的变形在图3d中示出；
图7是结合了根据本发明一个实施例的减震器的摩托车的视图；以及
图8是具有传统单个弹簧减震器的摩托车的视图。
具体实施方式
参照图1和图7，显示了减震器1的位置和设计，其被用作摩托车100的后轮悬架的一部分。用于后轮102的减震器1包括阻尼器主体2，阻尼器主体2包括液压缸4，液压缸4吸收由于沿着不平的道路驱动摩托车而引起的振动。液压缸4包括活塞8和活塞杆9，活塞8随着摩托车100沿着道路运动而在液压缸4中运动。活塞杆9被锁紧螺帽14锁定在适当位置中。液压流体是具有所需密度和粘度的油，其用于悬挂应用，并且液压缸4的工作部分4a被油密封垫圈(washer)10密封。灰尘盖13也密封液压缸4以防止灰尘和泥垢的进入。减震器1还包括弹簧组合，弹簧组合包括一对弹簧17和18。弹簧17和18是螺旋压缩弹簧，它们被预压缩到预定负荷值，其中此预定负荷值已经考虑了以下这些参数：如车辆重量、车辆上的负荷、以及所期望的减震器1的减震能力。
弹性元件是弹簧。弹簧17是设置在液压缸4上方的内部弹簧。弹簧18是设置在液压缸4和内部弹簧17上方的外部弹簧。弹簧17和18相对彼此可操作地设置并相互连接，以在使用中，在摩托车沿着道路前进时分担作用在摩托车100上的负荷。
外部弹簧18顶住位于下弹簧座5上的外部定位器19。内部弹簧17顶住也位于下弹簧座5上的内部定位器20。通过紧固贯穿上部和下部孔眼15和16而固定的装置，减震器1被安装到车辆主体(未示出)。
液压缸4具有可调节的下弹簧座5，下弹簧座5容纳弹簧17和18的下端17a和18a。下弹簧座5具有多个凸轮轮廓6，它们位于不同的高度处，可实现对于下弹簧座5的不同设置。以此方式，可以调节预压缩量，以达到所期望的乘坐舒适水平。液压缸4还具有一对突出部(lug)，一个突出部7在图1中示出。
对下弹簧座5的高度的调节(弹簧预压缩量和所期望的乘坐舒适度)可通过旋转或是转动形成为调节装置(用于弹簧17和18的弹簧刚度)一部分的液压缸4上的下弹簧座5来实现。下弹簧座5在液压缸4上对着突出部7滑上或滑下，并且与凸轮轮廓6接合，以根据需要升高或是降低液压缸4上的下弹簧座5的高度。
弹簧17和18的上端位于与活塞杆9相配合的上弹簧座11中。缓冲止挡件12与活塞杆9相配合，它吸收来自活塞8的任何急促运动的振动。
图2的减震器与图1的减震器的不同之处在于，在弹簧17和18之间提供有垫片21。垫片21位于减震器201的上弹簧座211中。垫片21利用弹簧17和18相互之间的摩擦作用防止接触和磨损。垫片21因此理想地由低摩擦聚合物制成，诸如尼龙或是聚丙烯。垫片还可以设置在液压缸4和内部弹簧17之间，以利用弹簧和液压缸之间的摩擦作用防止接触和磨损。
在配备有本发明的减震器1或201的车辆的运行状态中，内部和外部弹簧17和18都承受车辆负荷，并且经受由于路面引起的振动而产生的频繁的压缩和延伸。由于路面引起的振动而产生的负荷和随之产生的剪应力被弹簧分担，其中剪应力是由在摩托车100的运动过程中弹簧17和18的压缩和延伸而产生的。因此，弹簧的疲劳和弹簧永久性失灵的机会就降低了。即使在车辆运动过程中弹簧17和18中的一个失灵，那么至少在一段时间减震器1或201仍然可以以一个弹簧继续工作。因为针对期望的运行状态来选择弹簧17和18，所以两个弹簧17和18同时失灵的风险非常低以致可以忽略。因此，减震器1或201的寿命和可靠性就提高了。
分担剪应力和车辆负荷的程度可以通过适当地选择参数来达到，比如弹簧直径和长度，以及弹簧特性。与此同时，可减小预压缩弹簧的有效长度，而不会降低减震器1和201的特性以及乘坐舒适性。
现在参照图3至图6，通过与现有技术的单个弹簧减震器的比较，本发明的减震器1和201的特性和优点可被展现出来。图3a至图3d提供了如上所述的车轮对于负荷特性的变形(“车轮比率”)。车轮比率在刚度值相同的单个弹簧和双弹簧减震器的情况下重叠。
图4a和图4b显示了初始刚度设置为1.91kg/mm(z1)和1.48kg/mm(z3)的弹簧的弹性系数曲线，是在两轮车辆上针对单个骑手的情况设置“舒适度”。
根据本发明，设置为两个刚度值1.48kg/mm和1.91kg/mm的弹簧17和18的设计特征，以及对于单个弹簧减震器的设计特征如下面表1所示：
                                              表1
弹簧组合(z2) 弹簧组合(舒适)(z4) 单个弹簧(z1)     单个弹簧(舒适)(z3)
    外部   内部     外部     内部
 A   金属丝直径(mm)     6.5   5     6.5     5     7.5     7.5
B   平均线圈直径(mm) 55 36.5 55 36.5 48 48
 C   活动线圈     10.75   15.25     14     19     15.5     20
 D   全部线圈     12.25   16.25     15.5     20.5     17     21.5
 E   预加负荷(mm)     8.5   12     14     7     10     12
材料     比如每IS4454-GR-3
图5a至图5c分别显示了外部弹簧18(图5a)和内部弹簧17(图5b)的弹性系数曲线，其中弹簧组合(z2)具有与上述传统单个弹簧(z1)相同的刚度，即刚度为1.91kg/mm。弹簧17和18是可变刚性弹簧。内部弹簧17的弹性系数大于外部弹簧18的弹性系数。
图6a至图6c分别显示了外部弹簧18(图6a)和内部弹簧17(图6b)的弹性系数曲线，其中弹簧组合(z4)在如上所述的“舒适度”设置情况下具有与传统单个弹簧(z3)相同的1.48kg/mm的刚度。
当设定两个刚度值为1.48kg/mm和1.91kg/mm时，具有弹簧组合的减震器(弹簧组合由内部和外部弹簧17和18组成)随后在性能上与单个弹簧减震器进行比较。结果提供在表2中：
                                         表2
单个弹簧(z1) 弹簧组合(z2)   单个弹簧(舒适)(z3)   弹簧组合(舒适)(z4)
  弹簧刚度(kg/mm)     1.91   1.91     1.48     1.48
  乘客舒适度     100％   100％     122％     122％
  A     217mm   174.8mm     251mm     193.8mm
  B     77.5mm   120.5mm     43.5mm     101.5mm
  C     328mm   328mm     328mm     328mm
  弹簧重量     100％   95％     138％     119％
  最大应力     65.12％   60.9％     65.12％     62.53％
  最大负荷(kg)     265   265     265     265
  A是弹簧的组装长度。B是下弹簧座5和底部眼孔15之间的距离。C是减震器的顶部和底部眼孔之间的距离。弹簧刚度是弹簧的第一系数，其在乘坐舒适度中起到重要的作用。最大应力值是可靠性的度量，较低的最大应力百分数等同于较好的可靠性。
对于弹簧刚度为1.91kg/mm时的相同乘坐舒适度和负荷能力，弹簧组合(z2)优于传统弹簧(z1)的优点可以从减少了20％的弹簧组装长度(A)来看出(即，从217mm减小到174.8mm)。下弹簧座5和底部眼孔15之间的距离B增加了55％，其具有避免在链盒中制造凹陷以容纳弹簧座的好处。换言之，链盒可以制造为具有不依赖减震器1和201的设计参数的结构，其中减震器1和201紧邻制造成本因而降低的部件安装。这从图7可以得到证实，其显示了配备有结合了本发明的后减震器的摩托车。图8显示了配备有传统单个弹簧减震器的摩托车，在其中凹陷50(如图所示)设置在链盒上。这个凹陷在具有本发明的摩托车中的链盒上是没有的。
与现有技术的减震器相比，还可得到增大的空间以安排静音器，使用本发明的弹簧组合减震器1和201使得能够将摩托车设计成可将静音器容纳在增大的空间中。弹簧材料的重量也减少了5％，并且最大应力降低了4.3％，这在降低弹簧材料成本和用量方面可以带来进一步的优点。
即使在舒适度设置为1.48kg/mm时将单个弹簧(z3)与弹簧组合(z4)进行比较，组装弹簧的长度仍然会减小，减震器距离链盒的空隙更大，并且最大应力也会降低，因此益处仍然很明显。在舒适刚度设置为1.48kg/mm时，从弹簧组合与单个弹簧的对比中也可以产生显著的益处。
此外，如果构造单个弹簧以提供更好的乘坐舒适性(z3)，则弹性系数将增大38％。对于相同的乘坐舒适度(z4)弹簧组合仅会导致弹簧重量增加19％。因此，弹簧组合在材料用量较少的时候更加有效。因此，在比单个弹簧减震器的制造成本低的情况下，提供显著增大的乘坐舒适度的减震器1和201是可实现的。
本发明的两种结构(即，z2和z4)的尺寸、材料特性和性能特点都是实例。弹簧刚度的设置(1.91kg/mm和1.48kg/mm)是针对已知摩托车的两个实例。针对适用于不同机动车辆的不同的刚度设置能够达到类似的结果。
对本发明的减震器和车辆的修改和变化对于本公开的技术读者而言是显而易见的。这些修改和变化被认为是在本发明的范围中。

Claims (13)

1.一种减震器(1)，用于车辆(100)，其中，所述减震器(1)包括阻尼器主体(2)和具有两个弹簧元件(17，18)的弹簧组合，所述两个弹簧元件(17，18)具有存储来自车辆振动的能量的能力，所述两个弹簧元件(17，18)包括第一弹簧元件(17)和第二弹簧元件(18)，所述第一弹簧元件(17)为设置在所述阻尼器主体(2)外部的内部弹簧，所述第二弹簧元件(18)为设置在所述内部弹簧外部的外部弹簧，并且所述内部弹簧和所述外部弹簧平行地且操作性地设置，以分担所述车辆(100)运动过程中由于道路引起的振动而产生的负荷。
2.根据权利要求1所述的减震器(1)，其中在所述车辆(100)的运动过程中，由于所述弹簧元件的压缩和延伸而产生的剪应力在允许的极限值以内。
3.根据权利要求1或2所述的减震器(1)，其中所述弹簧元件(17，18)连接在一起。
4.根据权利要求1所述的减震器(1)，其中所述弹簧元件(17，18)具有不同的弹性系数。
5.根据权利要求4所述的减震器(1)，其中所述弹簧元件(17，18)具有多变弹性系数。
6.根据权利要求5所述的减震器(1)，其中所述弹簧元件(17，18)具有可变弹性系数。 
7.根据权利要求1所述的减震器(1)，其中所述弹簧元件设置在形成所述减震器(1)的另一部件的液压缸(4)的附近。
8.根据前述权利要求1所述的减震器(201)，其中所述弹簧元件(17，18)被用于避免所述弹簧元件(17，18)的摩擦性接触的垫片(21)隔开。
9.根据前述权利要求1所述的减震器(1，201)，其中，将所述弹簧组合(17，18)的弹簧刚度选择为与单个弹簧减震器的弹簧刚度相同。
10.根据权利要求1所述的减震器(1，201)，在使用中，所述减震器与摩托车的链盒之间具有空隙。
11.根据权利要求1所述减震器(1，201)，包括用于调节所述弹簧元件(17，18)的预压缩量的调节装置(6，7)。
12.根据权利要求1所述的减震器(1，201)，包括：
阻尼器主体(2)，其具有液压缸(4)；以及
一对螺旋压缩弹簧(17，18)，被预压缩到预定负荷值，一个弹簧(17)是内部弹簧，设置在所述液压缸(4)的外部，而另一个弹簧(18)是外部弹簧，设置在所述内部弹簧外部，所述内部弹簧和外部弹簧用于在车辆运行过程中分担由于道路引起的振动而产生的负荷。
13.一种车辆，包括根据前述权利要求中任一项所述的减震器(1，201)。 
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