CN104401195A - 机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器，包括上吊耳、下吊耳、飞轮、飞轮室、变导程丝杠、丝杠螺母、丝杠行程室，所述飞轮固定在变导程丝杠的一端、且位于飞轮室内，所述丝杠螺母装在变导程丝杠延伸出飞轮室的部位、且与丝杠行程室的上端面固定连接，所述变导程丝杠的另一端延伸进入丝杠行程室，所述上吊耳、下吊耳分别与飞轮室的上端、丝杠行程室的下端铰接。本发明采用变导程丝杠，通过改变滚珠丝杠的导程来改变惯容系数。在不增加额外装置且不利用额外能量，同时也无需复杂昂贵的控制器，就可以实现改变滚珠丝杠式惯容器的惯容系数，减缓路面瞬时冲击和防止惯容器过载，进而有效提升悬架的性能。

Description

机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器

技术领域

本发明涉及一种惯容器，特指一种机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器。

背景技术

悬架是汽车在行驶过程中缓冲和衰减路面输入冲击的重要组成部分，其在很大程度上决定了汽车的行驶安全性，乘坐舒适性和操纵性。悬架从最初的传统被动悬架，发展到现在的主动和半主动悬架。然而主动和半主动悬架的应用，由于结构复杂，由包含了电子控制其等原因，造成成本昂贵，又由于时滞因素受到限制。因此，对于传统被动悬架的研究和改造仍有很大的潜力。

中国专利申请201110295740.9公开了一种利用磁性套圈改变惯容系数的齿轮齿条式惯容器，中国专利申请201220667965.2公开了一种结合电磁阀来调节惯容系数的液力式惯容器，以上两种惯容器，均需要额外能量(电能)来主动调节惯容系数，这样虽然可控性好，但由于设计结构复杂，且装置的时滞性限制，使得在汽车悬架等隔振系统中广泛运用较难。如何设计一种无需控制且简单可行、制造方便的可变惯容系数的惯容器装置，来缓解在大载荷瞬间作用时由于惯容系数不可变而导致的瞬时冲击，成为了亟待解决的难题。

发明内容

为了克服一般滚珠丝杠式惯容器装置惯容系数不可变，难以承受瞬时大载荷缺点，以及现有可变惯容系数的惯容器在装置复杂程度和能量消耗的局限，本发明提供了一种机械式变惯容系数的惯容器装置。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器，其特征在于，包括上吊耳、下吊耳、飞轮、飞轮室、变导程丝杠、丝杠螺母、丝杠行程室，所述飞轮固定在变导程丝杠的一端、且位于飞轮室内，所述丝杠螺母装在变导程丝杠延伸出飞轮室的部位、且与丝杠行程室的上端面固定连接，所述变导程丝杠的另一端延伸进入丝杠行程室，所述上吊耳、下吊耳分别与飞轮室的上端、丝杠行程室的下端铰接。

进一步地，所述飞轮室的下部设有装配在所述变导程丝杠上的限位轴承。

进一步地，飞轮与变导程丝杠之间通过铰接或键连接。

机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器，其特征在于，包括上吊耳、下吊耳、飞轮、飞轮室、变导程丝杠、丝杠螺母、丝杠行程室，丝杠行程室位于飞轮室的上方，飞轮室的上端面、下端面均设置有通孔；所述丝杠螺母设置在飞轮的轴心位置、且与飞轮固定连接，所述丝杠螺母装配在变导程丝杠上；飞轮位于飞轮室内，变导程丝杠的一端穿过飞轮室的上端面的通孔、延伸至丝杠行程室内，所述丝杠行程室上端与上吊耳铰接，变导程丝杠的另一端穿过飞轮室的下端面的通孔、延伸至飞轮室外部与下吊耳铰接。

进一步地，所述丝杠螺母与变导程丝杠构成的螺旋副内设有滚珠。

进一步地，所述变导程丝杠的导程从中间位置先由大变小。

进一步地，所述变导程丝杠的导程从中间位置先由大变小，再由小变大。

本发明所述的惯容器，以螺杆式滚珠丝杠惯容器为基础，将飞轮置于飞轮室内，滚珠丝杠副将丝杠螺母的上下往复运动转换为变导程丝杠杆与飞轮的旋转运动，使得飞轮只能在飞轮室做旋转运动，进而完成对飞轮质量的“封装”，实现惯容器的效果。本发明采用变导程丝杠，通过改变滚珠丝杠的导程来改变惯容系数。在汽车行驶在平坦的路面时，丝杠螺母运行在变导程丝杠大导程附近，当路面有瞬时冲击时，由于初始导程大，则惯容系数小，因此起到可以减缓冲击的作用。由此设计思路，可以制造符合相应载荷的车辆惯容器变导程丝杠，即有一段大导程区域，两边导程依次减小到一定值不变，根据实际需要也可以再增加到一定值不变。综上，变导程丝杠导程的变化系数可以根据实际需要改变，都是为了减缓瞬时冲击和避免过载击穿惯容器。

本发明的有益效果是：

1、不增加额外装置且不利用额外能量，同时也无需复杂昂贵的控制器，就可以实现改变滚珠丝杠式惯容器的惯容系数，减缓路面瞬时冲击和防止惯容器过载，进而有效提升悬架的性能。

2、可以适用于各类滚珠丝杠式惯容器，无论是飞轮与变导程丝杠固连，还是飞轮与丝杠螺母固连。

3、变导程丝杠制造容易实现，且可以更具不同汽车载荷与设计的悬架动行程选择合适的制造参数，如导程大小和导程变换系数。

4、飞轮室下置有限位轴承，起到减少摩擦和限制位移的作用。

5、丝杠螺母与变导程丝杠构成的螺旋副内含滚珠，能减少摩擦。

附图说明

图1为本发明所述机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器一种实施例的结构图。

图2为所述变导程丝杠另一实施例的示意图。

图3为本发明所述机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器一种实施例的结构图。

图4所述变导程丝杠另一实施例的示意图。。

图中：

1-上吊耳，2-飞轮，3-限位轴承，4-变导程丝杠，5-丝杠螺母，6-下吊耳，7-丝杠行程室，8-飞轮室。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

如图1所示，所述机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器，包括上吊耳1、下吊耳6、飞轮2、飞轮室8、变导程丝杠4、丝杠螺母5、丝杠行程室7。所述飞轮2通过铰接或键连接固定在变导程丝杠4的一端、且位于飞轮室8内。所述丝杠螺母5装在变导程丝杠4延伸出飞轮室8的部位、且与丝杠行程室7的上端面固定连接。所述变导程丝杠4的另一端延伸进入丝杠行程室7。所述飞轮室8的下部设有装配在所述变导程丝杠4上的限位轴承3，以限制位移和减少摩擦。所述上吊耳1、下吊耳6分别与飞轮室8的上端、丝杠行程室7的下端铰接。

随着丝杠螺母5上下往复运动，变导程丝杠4相对于丝杠螺母5在丝杠行程室7内做上下往复并旋转的运动。滚珠丝杠副将丝杠螺母5的上下往复运动转换为变导程丝杠4杆与飞轮2的旋转运动，使得飞轮2只能在飞轮室8做旋转运动，进而完成对飞轮2质量的“封装”，实现惯容器的效果。为了减少工作过程中的间隙和摩擦对惯容器性能输出产生的不利影响，在丝杠螺母5与变导程丝杠4构成的螺旋副内设置滚珠。根据悬架机构设置，飞轮室8与行程室7之间可安装防尘罩。

如图2所示，所述变导程丝杠4的导程设置为四个部分，从下到上分别为B、A、B、C，其中：A段为最大导程区，汽车在额定载荷下，行驶在平顺路面时，相应的丝杠螺母5基本在此区域运行。B段位于A段的两侧，向两边延伸，导程依次减小，直至减小到一定值不变。C段位于B段与飞轮2之间，导程又逐渐增加到一定值。

由惯容器的运动学方程：

$F=b({\stackrel{\·}{v}}_2-{\stackrel{\·}{v}}_1)---\left(1\right)$

其中，F为贯容器两端所受到的一对大小相等、方向相反的力；b为惯容系数；v₂和v₁为两端点对应的速度。

由(1)式可知，若惯容系数b不变，则当有瞬时冲击时，即相对加速度很大，惯容器两端的力F会很大，这样会对汽车有瞬时的大冲击，影响汽车行驶稳定性，而当冲击过大时，还可以由于过载而“击穿”惯容器。若使b可变，即在瞬时大载荷冲击下，b减小，而在惯容器起作用的过程中b又恢复为一定值，相应的，在同样的加速度下，冲击力就会减少很多，减缓或消除了瞬时冲击给汽车带来的负面影响。

对于滚珠丝杠式惯容器，其惯容系数可用如下方程表达：

$b=I{\left(\frac{2\mathrm{\π}}{P}\right)}^2---\left(2\right)$

其中b为惯容系数，P为丝杠螺距，I飞轮2转动惯量。

由滚珠丝杠惯容器的惯容系数公式(2)可知，滚珠丝杠式惯容器的惯容系数b与丝杠螺距P有关。本发明采用变导程丝杠4，即变导程丝杠4不同段的螺距不同，从而能够实现惯容系数b的变化。

具体到本实施例中所述的变导程丝杠4，在A段，当有瞬时路面冲击或是瞬时大载荷时，导程P为最大，即惯容系数b为最小，这样可以缓解冲击带来不利影响；在B段，导程P依次减小，惯容系数b依次增大，所述惯容器的作用更加明显的体现出来；在C段，惯容器此时处在从压缩到拉伸的转折点，减小惯容系数b有易于缓冲瞬时变化所带来的不稳定等负面影响。

根据不同汽车的载荷和所设定的不同悬架动行程，可以改变变导程丝杠4的导程P的大小和变化系数λ，其中变化系数λ在B段和C段的表达式为：

λ＝P_i-P_i-1

其中P_i和P_i-1是相邻的两个导程。根据不同种类汽车，λ可以设计成定值，也可以遵循一定的变化方式而改变。

本发明在不增加额外装置且不利用额外能量，同时也无需复杂昂贵的控制器，就可以实现改变滚珠丝杠式惯容器的惯容系数，减缓路面瞬时冲击和防止惯容器过载，进而有效提升悬架的性能。可以适用于各类滚珠丝杠式惯容器，无论是飞轮2与变导程丝杠4固连，还是飞轮2与丝杠螺母5固连。

实施例二：

如图3所示，机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器，包括上吊耳1、下吊耳6、飞轮2、飞轮室8、变导程丝杠4、丝杠螺母5、丝杠行程室7，丝杠行程室7位于飞轮室8的上方，飞轮室8的上端面、下端面均设置有通孔；所述丝杠螺母5设置在飞轮2的轴心位置、且与飞轮2固定连接，所述丝杠螺母5装配在变导程丝杠4上；飞轮2位于飞轮室8内，变导程丝杠4的一端穿过飞轮室8的上端面的通孔、延伸至丝杠行程室7内，所述丝杠行程室7上端与上吊耳1铰接，变导程丝杠4的另一端穿过飞轮室8的下端面的通孔、延伸至飞轮室8外部与下吊耳6铰接。如图4所示，所述变导程丝杠4的导程设置为四个部分，从下到上分别为C、B、A、B，其中：A段为最大导程区，汽车在额定载荷下，行驶在平顺路面时，相应的丝杠螺母5基本在此区域运行。B段位于A段的两侧，向两边延伸，导程依次减小，直至减小到一定值不变。C段最下端，导程又逐渐增加到一定值。

本实施例二与实施例一的原理相同。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器，其特征在于，包括上吊耳(1)、下吊耳(6)、飞轮(2)、飞轮室(8)、变导程丝杠(4)、丝杠螺母(5)、丝杠行程室(7)，所述飞轮(2)固定在变导程丝杠(4)的一端、且位于飞轮室(8)内，所述丝杠螺母(5)装在变导程丝杠(4)延伸出飞轮室(8)的部位、且与丝杠行程室(7)的上端面固定连接，所述变导程丝杠(4)的另一端延伸进入丝杠行程室(7)，所述上吊耳(1)、下吊耳(6)分别与飞轮室(8)的上端、丝杠行程室(7)的下端铰接。

2.根据权利要求1所述的惯容器，其特征在于，所述飞轮室(8)的下部设有装配在所述变导程丝杠(4)上的限位轴承(3)。

3.根据权利要求1所述的惯容器，其特征在于，飞轮(2)与变导程丝杠(4)之间通过铰接或键连接。

4.机械可变惯容系数的滚珠丝杠式惯容器，其特征在于，包括上吊耳(1)、下吊耳(6)、飞轮(2)、飞轮室(8)、变导程丝杠(4)、丝杠螺母(5)、丝杠行程室(7)，丝杠行程室(7)位于飞轮室(8)的上方，飞轮室(8)的上端面、下端面均设置有通孔；所述丝杠螺母(5)设置在飞轮(2)的轴心位置、且与飞轮(2)固定连接，所述丝杠螺母(5)装配在变导程丝杠(4)上；飞轮(2)位于飞轮室(8)内，变导程丝杠(4)的一端穿过飞轮室(8)的上端面的通孔、延伸至丝杠行程室(7)内，所述丝杠行程室(7)上端与上吊耳(1)铰接，变导程丝杠(4)的另一端穿过飞轮室(8)的下端面的通孔、延伸至飞轮室(8)外部与下吊耳(6)铰接。

5.根据权利要求1或4所述的惯容器，其特征在于，所述丝杠螺母(5)与变导程丝杠(4)构成的螺旋副内设有滚珠。

6.根据权利要求1或4所述的惯容器，其特征在于，所述变导程丝杠(4)的导程从中间位置先由大变小。

7.根据权利要求1或4所述的惯容器，其特征在于，所述变导程丝杠(4)的导程从中间位置先由大变小，再由小变大。