CN104763768A - 一种惯容和阻尼一体式充气减振器 - Google Patents

一种惯容和阻尼一体式充气减振器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种惯容和阻尼一体式充气减振器，包括缸筒、活塞、阻尼阀、活塞杆、金属螺旋管、外置氮气罐、浮动活塞，活塞与活塞杆连接并置于缸筒中，将缸筒分为有杆腔和无杆腔，阻尼阀设在活塞上；有杆腔和无杆腔中的至少一个与金属螺旋管连通；浮动活塞置于外置氮气罐中、并将外置氮气罐分为上、下两个腔，外置氮气罐与金属螺旋管并联或串联在一起、且外置氮气罐上、下两个腔中的一个与金属螺旋管连通；缸筒的有杆腔和无杆腔、金属螺旋管、外置氮气罐的与金属螺旋管连通的一个腔内充满油液，外置氮气罐的另一个腔内充满氮气。本发明结构简单、组件较少、加工与装配容易、成本较低、生产效率高,大幅提高了搜索减振器的寿命。

Description

一种惯容和阻尼一体式充气减振器
技术领域
本发明涉及一种充气减振器，特指一种惯容和阻尼一体的充气减振器。
背景技术
充气式减振器是利用封气活塞将工作缸分成油室和气室的减振器。它与一般双筒式减振器相比，具有结构简单、噪音小、散热性较好、舒适性好、轮胎的抓地力强、对安装位置要求不苛刻等优点。中国专利CN96108746.3、CN201110455149.5、CN201320453464.9和CN201320536295.5公开的一类减振器均属于充气减振器，具有上述优点，但充气减振器只是减振器中的一种，本质是一种阻尼元件，也是一种耗能元件，能够将振动能量转化为热能耗散掉。因此，充气减振器仍然是功能单一的阻尼元件。
中国专利CN201210107000.2公开了一种惯容器与阻尼并联的减振器装置，中国专利CN201110360046.0公开了一种惯容器与阻尼同轴并联的一体式减振器装置，这两种装置将惯容器和阻尼元件结合了起来。其中，中国专利CN201210107000.2采用了液压减振器结合液压马达惯容器的技术方案，中国专利申请CN201110360046.0采用了液压减振器结合滚珠丝杠惯容器的技术方案。上述两种装置中的惯容器分别依靠液压马达和滚珠丝杠传动机构驱动金属飞轮进行工作的，其中的液压马达和滚珠丝杠传动机构均属于精密器件，所带来的技术问题在于：第一，惯容器通常要承受较大的冲击力，会使精密器件很快失效，导致一体式减振器寿命较短；第二，精密器件会使得一体式减振器结构复杂、组件较多、加工与装配困难、成本较高、生产效率低下。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种惯容和阻尼一体式充气减振器，解决寿命短、结构复杂、组件较多、加工与装配困难、成本较高、生产效率低下的问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种惯容和阻尼一体式充气减振器，其特征在于，包括缸筒、活塞、阻尼阀、活塞杆、金属螺旋管、外置氮气罐、浮动活塞，所述活塞与活塞杆连接并置于缸筒中，将缸筒分为有杆腔和无杆腔，阻尼阀设在活塞上；所述有杆腔和无杆腔中的至少一个与金属螺旋管连通；所述浮动活塞置于外置氮气罐中、并将外置氮气罐分为上、下两个腔，外置氮气罐与金属螺旋管并联或串联在一起、且外置氮气罐上、下两个腔中的一个与金属螺旋管连通；缸筒的有杆腔和无杆腔、金属螺旋管、外置氮气罐的与金属螺旋管连通的一个腔内充满油液，外置氮气罐的另一个腔内充满氮气。
优选地，所述金属螺旋管与外置氮气罐串联，金属螺旋管的一端与缸筒的无杆腔相连通，另一端与外置氮气罐的下腔相连通。
优选地，所述金属螺旋管与外置氮气罐并联，金属螺旋管的两端分别与缸筒的有杆腔、无杆腔相连通，外置氮气罐的下腔与缸筒的无杆腔相连通。
优选地，所述金属螺旋管的旋转半径远远大于螺距。
优选地，所述金属螺旋管的材质为铜或铝。
本发明所述的惯容和阻尼一体式充气减振器中，缸筒、活塞、活塞杆和金属螺旋管一起构成了一种流体惯容器，活塞驱动油液在金属螺旋管中高速旋转时，各圈紧并的金属管中的油液，相当于一个空心圆柱液体飞轮，产生巨大的惯性。本发明采用液体飞轮的技术设计了一种流体惯容器，并通过油液这一惯容与阻尼共用的工作介质，将惯容与阻尼元件有机地融合在一起，与依靠滚珠丝杠或液压马达机构驱动金属飞轮工作的惯容器技术方案有着原理性的区别。外置氮气罐主要用来补偿因活塞杆进出及油温变化引起的油液体积的变化。与现有技术方案中的易磨损的滚珠丝杠或液压马达等精密器件相比，油液在金属螺旋管中的流动几乎不会产生磨损，而且金属螺旋管成本低廉、易于生产、不宜损坏，因此，本发明提出的一体式减振器寿命大幅增加，而且结构简单、组件较少、加工与装配容易、成本较低、生产效率高。
附图说明
图1为本发明所述惯容和阻尼一体式充气减振器的一种实施例的结构图。
图2为本发明所述惯容和阻尼一体式充气减振器的另一种实施例的结构图。
图中：
1-缸筒，2-活塞，3-阻尼阀，4-活塞杆，5-金属螺旋管，6-外置氮气罐，7-浮动活塞。
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。
根据金属螺旋管5设置位置的不同，下面分两个实施例对本发明加以说明。
实施例一
如图1所示，所述惯容和阻尼一体式充气减振器，包括缸筒1、活塞2、阻尼阀3、活塞杆4、金属螺旋管5、外置氮气罐6、浮动活塞7。所述活塞2与活塞杆4连接并置于缸筒1中，将缸筒1分为有杆腔和无杆腔，阻尼阀3设在活塞2上。所述浮动活塞7置于外置氮气罐6中，并将外置氮气罐6分为上、下两个腔，外置氮气罐6的上腔内充满氮气。金属螺旋管5的一端与缸筒1的无杆腔相连通，另一端与外置氮气罐6的下腔相连通，除外置氮气罐6的下腔、金属螺旋管5、以及缸筒1的有杆腔和无杆腔内均充满油液。
下面结合附图对本发明实施例一的具体实施过程作进一步说明。
缸筒1、活塞2、活塞杆4和金属螺旋管5一起构成了流体惯容器。活塞2的半径为r1，缸筒1的半径为r2，金属螺旋管5的内半径、旋转半径、螺距和圈数分别为r3、r4、p和n，油液的密度为ρ。在r4＞＞p的情况下，所述流体惯容器的惯容为：
b = ρnπr 3 2 ( A 1 / A 2 ) 2 p 2 + ( 2 πr 4 ) 2 - - - ( 1 )
式中，A1＝πr2 2为缸筒1的截面积，A2＝πr3 2为金属螺旋管5的截面积。
式(1)表明，可以通过选取合适的金属螺旋管5的内半径、旋转半径、螺距和圈数，设计出能够满足要求的流体惯容器惯容系数，执行惯容器的功能。
设某一时刻，活塞2相对于缸筒1的速度和加速度分别为v和a，则产生的阻尼力和惯性力分别为f＝cv和F＝bv，其中c为阻尼系数。惯容和阻尼一体式充气减振器执行惯容器和阻尼器的判断条件为：
当f＞F时，惯容和阻尼一体式充气减振器执行惯容器的功能；
当F＞f时，惯容和阻尼一体式充气减振器执行阻尼器的功能。
实施例二
如图2所示，与实施例一的不同之处在于：金属螺旋管5和外置氮气罐6的设置位置不同，在本实施例中，金属螺旋管5的两端分别与缸筒1的有杆腔、无杆腔相连通；外置氮气罐6的下腔直接与缸筒1的无杆腔相连通。
下面结合附图对本发明实施例二的具体实施过程作进一步说明。
缸筒1、活塞2、活塞杆4和金属螺旋管5一起构成了流体惯容器。但实施例二与实施例一的的不同之处在于，流体惯容器的惯容在压缩行程和拉伸行程中是不同的，压缩行程的惯容与式(1)的计算方法相同，对于拉伸行程的惯容，式(1)中的A1为缸筒1截面积减去活塞杆4截面积后的有效截面积，根据式(1)，显然，压缩行程的惯容要大于拉伸行程的惯容。
实施例二中，惯容和阻尼一体式充气减振器执行惯容器和阻尼器的判断条件同实施例一。
实施例二与实施例一有相同的工作原理，即，油液流经阻尼阀3时，产生阻尼力，执行阻尼器的功能；活塞驱动油液在金属螺旋管中高速旋转时，各圈紧并在一起的金属管中的油液，相当于一个空心圆柱液体飞轮，产生巨大的惯性，执行惯容器的功能。
金属螺旋管5具有成本低廉、易于生产、不宜损坏的特点，显然，与现有技术方案中易磨损的滚珠丝杠或液压马达等精密器件相比，油液在金属螺旋管中的流动几乎不会产生磨损，这不仅可以大幅增加一体式减振器的寿命，而且结构简单、组件较少、加工与装配容易、成本较低、生产效率高。
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 (5)

1.一种惯容和阻尼一体式充气减振器，其特征在于，包括缸筒(1)、活塞(2)、阻尼阀(3)、活塞杆(4)、金属螺旋管(5)、外置氮气罐(6)、浮动活塞(7)(2)，所述活塞(2)与活塞杆(4)连接并置于缸筒(1)中，将缸筒(1)分为有杆腔和无杆腔，阻尼阀(3)设在活塞(2)上；所述有杆腔和无杆腔中的至少一个与金属螺旋管(5)连通；所述浮动活塞(7)(2)置于外置氮气罐(6)中、并将外置氮气罐(6)分为上、下两个腔，外置氮气罐(6)与金属螺旋管(5)并联或串联在一起、且外置氮气罐(6)上、下两个腔中的一个与金属螺旋管(5)连通；缸筒(1)的有杆腔和无杆腔、金属螺旋管(5)、外置氮气罐(6)的与金属螺旋管(5)连通的一个腔内充满油液，外置氮气罐(6)的另一个腔内充满氮气。
2.根据权利要求1所述的充气减振器，其特征在于，所述金属螺旋管(5)与外置氮气罐(6)串联，金属螺旋管(5)的一端与缸筒(1)的无杆腔相连通，另一端与外置氮气罐(6)的下腔相连通。
3.根据权利要求1所述的充气减振器，其特征在于，所述金属螺旋管(5)与外置氮气罐(6)并联，金属螺旋管(5)的两端分别与缸筒(1)的有杆腔、无杆腔相连通，外置氮气罐(6)的下腔与缸筒(1)的无杆腔相连通。
4.根据权利要求1所述的充气减振器，其特征在于，所述金属螺旋管(5)的旋转半径远远大于螺距。
5.根据权利要求1所述的充气减振器，其特征在于，所述金属螺旋管(5)的材质为铜或铝。
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