CN105156554B - 低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器 - Google Patents
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Abstract
本发明汽车减振器技术领域，尤其涉及一种低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，所述活塞(3)上设有两个环形通孔，分别是第一外环形通孔(5)与第一内环形通孔(6)，所述基座(16)上设有两个环形通孔，分别是第二外环形通孔(7)以及第二内环形通孔(8)，所述第一外环形通孔(5)、第一内环形通孔(6)、第二外环形通孔(7)以及第二内环形通孔(8)内均设有螺旋通道(15)，且所述第一外环形通孔(5)以及第二内环形通孔(8)的下端设有防止减震液下流的单向阀(9)，所述第一内环形通孔(6)以及第二外环形通孔(7)的上端设有防止减震液上流的单向阀(9)。这种悬架减震器能适应不同载荷以及路况并且不容易产生汽泡。
Description
技术领域
本发明汽车减振器技术领域，尤其涉及一种低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器。
背景技术
减振器是产生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性，增强车轮和地面的附着力。另外，悬架减振器能够降低车身部分的动载荷，延长汽车的使用寿命。
传统的悬架减振器包括储油缸、设置在储油缸内的工作缸、伸入工作缸的活塞杆以及设置在活塞杆下端的活塞，所述活塞上设有两个环形通孔，所述工作缸底部也设有两个环形通孔，所述四个环形通孔的其中一端均设有预压弹性片，这样在工作时，环形通孔只是供液体流过的过道，而提供阻尼力的是这些预压弹性片。因此该结构极其易产生以下两大方面的缺陷：
1)受压液体其压力必须要达到足够的压强时，才能“冲”开预压弹性片(渗漏不计)，这样减振器很容易出现受载荷、路况不同时阻尼力不一致的情况，如：①载重方面：当预压弹性片的预压力满足汽车重载要求时，空载时就显得太硬；②路况方面：当预压弹性片在满足高速行驶时的要求，则在坏路行驶时车身略有摇晃等多种路况缺陷情形出现不能满足要求；
2)受压液体“冲出”通道时，这样虽然与腔内液体发生高速摩擦，由此产生了大量热量，可以实现将振动能转为热能，而将其散热可将振动能消耗掉，但因与他弹性片高预压力的作用，液体是以喷溅的形式流出，故产生大量的汽泡，但这样该机理又会导致另外两种缺陷形式：①大量汽泡的出现会使液体散热受到阻碍，这样过高的液体温度不仅使油质变坏，也极易损坏其它配件，如：橡胶密封件、塑料结构件等，及所谓的出口“汽蚀”现象；②汽泡具有膨胀性，所以非常容易堵塞通道，同时汽泡又具有压缩性，这两种情况极易出现流动缺液而产生的行业所说的“空程”现象，使减震失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能适应不同载荷以及路况并且不容易产生汽泡的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器。
本发明所采用的技术方案是：一种低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，包括储油缸、设置在储油缸内的工作缸、伸入工作缸的活塞杆以及设置在活塞杆下端的活塞，所述工作缸以及储油缸内设有减震液，所述活塞上设有两个环形通孔，分别是第一外环形通孔与第一内环形通孔，所述工作缸底部设有基座，所述基座上设有两个环形通孔，分别是第二外环形通孔以及第二内环形通孔，所述工作缸与储油缸通过第二外环行通孔以及第二内环形通孔连通，所述第一外环形通孔、第一内环形通孔、第二外环形通孔以及第二内环形通孔内均设有螺旋通道，且所述第一外环形通孔以及第二内环形通孔的下端设有防止减震液下流的单向阀，所述第一内环形通孔以及第二外环形通孔的上端设有防止减震液上流的单向阀。
采用以上结构与现有技术相比，本发明具有以下优点：将之前的直通的流道通孔设置成螺旋环形通道的形式，因为螺旋通道本身因为长度较长，所以产生的摩擦阻尼也较大，这样就不需要在出口处设置预压弹簧片来提供阻尼力，可以有效防止出口处压力过高，即不需要很大的压力才能“冲”开预压弹性片，这样可以适应不同的载荷和路况；并且出口处的压力不大，则减震液是平稳的从出口处流出的，所以不会喷溅出来，即不会形成汽泡，而且通道内设置了单向阀，这样可以很好的防止减震液回流，而且能保证减震液这一工作介质始终处于受压状态，避免振动时，因活塞的来回移动而使减震液发生“受拉”情形，从而引发“空化”现象的发生。
作为优选，所述螺旋通道由多片螺旋叶片组成，且所述螺旋叶片的截面为中间大两端小的腰鼓形。通过多片螺旋叶片组成螺旋通道，这样螺旋通道的入口就有多个，这样减震液进入到螺旋通道内时比较均匀，而且在进入时不容易阻塞，并且将螺旋叶片的截面设置成腰鼓形，这样不但装配起来更加方便，而且可以迫使中心最大的流速分流到两侧边缘，即能使得减震液与环形通孔内壁产生更大的摩擦阻力。
作为优选，所述第一外环形通孔内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距比所述第一内环形通孔内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距大；所述第二内环形通孔内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距比所述第二外环形通孔内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距大。这样设置，在悬架压缩行程内，减振器阻尼较小，在悬架伸张行程内，减振器阻尼较大。
作为优选，所述第一外环形通孔内的螺旋通道与第一内环形通孔内的螺旋通道旋向相反，所述第二外环形通孔内的螺旋通道与第二内环形通孔内的螺旋通道旋向相反。这样设置相邻的两个螺旋通道内的减震液不会产生“对冲”现象，这样可以有效的避免汽泡的产生。
作为优选，所述螺旋通道内均设有用于改变螺旋通道内的有效流通截面积的调节机构。设置一个调节机构，可以实际情况来调节螺旋通道的阻尼值，进而满足不同情况下的主动控制的减振设计需求。
作为优选，所述单向阀包括回压抗冲骨架以及设置在回压抗冲骨架上的内膜片和外膜片，所述回压抗冲骨架上设有一个环形凸起，且所述环形凸起上设有多个供减震液流通的通孔，所述内膜片以及外膜片设置在环形凸起内外圈上且两者紧靠。采用这种结构的单向阀，结构简单，能很好的起到单向流通的功能，且频率响应快，即减震液只能从骨架环形凸起上的通孔通过然后挤开两片膜片，之后再进入螺旋通道，而从另一方向是不能打开膜片的，如图17以及图18分别为单向阀关闭与打开的示意图。
作为优选，所述减震液内设有用于增加粘滞系数的添加剂。这样可以增加减震液的粘滞系数，进而提高减震液与螺旋通道之间的摩擦力。
作为优选，所述第一外环形通孔以及第二内环形通孔的上端设有提供一定预压力的预压弹性片；所述第一内环形通孔以及第二外环形通孔的下端也设有提供一定预压力的预压弹性片，所述预压弹性片为碗形结构，所述预压弹性片的碗底紧贴在环形通孔上。这样设置使得减振器的阻尼效果更好，并且设置成碗形结构，能更好的降低减震液冲出时汽泡的发生。
作为优选，所述活塞上部设有供活塞与基座之间的液压油快速流出的第一冲击卸荷阀。这样设置，当碰到一些特殊情况需要将活塞与基座之间的液压油快速排出时，液压油会冲开第一冲击卸荷阀，然后从第一冲击卸荷阀处流出。
作为优选，所述基座上设有供活塞与基座之间的液压油快速流出的第二冲击卸荷阀。这样设置，当碰到一些特殊情况需要将活塞与基座之间的液压油快速排出时，液压油还可以冲开第二冲击卸荷阀，从第二冲击卸荷阀处流出。
附图说明
图1为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器的剖视图。
图2为图1A处的放大图。
图3为图2B处的放大图。
图4为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器的爆炸图。
图5为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器中螺旋通道的结构示意图。
图6为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器中单向阀的爆炸图。
图7为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器带有第一冲击卸荷阀的剖视图。
图8为图7C处的放大示意图。
图9为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器带有第一冲击卸荷阀的部分爆炸图。
图10为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器中的第一冲击卸荷阀的爆炸图。
图11为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器带有第一冲击卸荷阀中当第一冲击卸荷阀关闭时的液压油流动示意图。
图12为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器带有第一冲击卸荷阀中当第一冲击卸荷阀打开时的液压油流动示意图。
图13为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器带有第一冲击卸荷阀以及第二冲击卸荷阀的剖视图。
图14为图13D处的放大示意图(阀门打开的情形常态为关闭)。
图15为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器带有第一冲击卸荷阀以及第二卸荷阀且当第一冲击卸荷阀以及第二卸荷阀均关闭时的液压油流动示意图。
图16为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器带有第一冲击卸荷阀以及第二卸荷阀且当第一冲击卸荷阀以及第二卸荷阀均打开时的液压油流动示意图。
图17为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器中单向阀关闭的示意图。
图18为本发明低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器中单向阀打开的示意图。
如图所示：1、储油缸；2、工作缸；3、活塞杆；4、活塞；5、第一外环形通孔；6、第一内环形通孔；7、第二外环形通孔；8、第二内环形通孔；9、单向阀；10、螺旋叶片；11、回压抗冲骨架；12、内膜片；13、外膜片；14、环形凸起；15、螺旋通道；16、基座；17、第一冲击卸荷阀；18、第二冲击卸荷阀；19、内缸套；20、钢管外套；21、应变弹性垫片；22、环形启闭阀片；23、保持密封环；24、骨架；25、中心通孔；26、弧形弹性堵片；27、弹性底座。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
如图所示：一种低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，包括储油缸1、设置在储油缸1内的工作缸2、伸入工作缸2的活塞杆3以及设置在活塞杆3下端的活塞4，所述工作缸2以及储油缸1内设有减震液，所述活塞4上设有两个环形通孔，分别是第一外环形通孔5与第一内环形通孔6，所述工作缸2底部设有基座16，所述基座16上设有两个环形通孔，分别是第二外环形通孔7以及第二内环形通孔8，所述工作缸2与储油缸1通过第二外环行通孔7以及第二内环形通8孔连通，所述第一外环形通孔5、第一内环形通孔6、第二外环形通孔7以及第二内环形通孔8内均设有螺旋通道15，且所述第一外环形通孔5以及第二内环形通孔8的下端设有防止减震液下流的单向阀9，所述第一内环形通孔6以及第二外环形通孔7的上端设有防止减震液上流的单向阀9。
所述螺旋通道15由多片螺旋叶片10组成。本实施例中螺旋通道15由五片螺旋叶片10组成，这样就有五个沿圆周均匀分布的入口了。所述螺旋叶片10的截面为中间大两端小的腰鼓形。但是并不排除其他界面形式的螺旋叶片10，如：梯形、三角形、薄板形等。
所述第一外环形通孔5内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距比所述第一内环形通孔6内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距大；所述第二内环形通孔8内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距比所述第二外环形通孔7内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距大。
所述第一外环形通孔5内的螺旋通道与第一内环形通孔6内的螺旋通道旋向相反，所述第二外环形通孔7内的螺旋通道与第二内环形通孔8内的螺旋通道旋向相反。
所述螺旋通道15内均设有用于改变螺旋通道15内的有效流通截面积的调节机构。这个调节机构可以是螺旋叶片10本身，因为螺旋叶片10是与环形通孔螺纹配合的，即螺旋叶片10可以在环形通道内转动，进而可以改变螺旋通道的长度，这样相当于改动了螺旋通道的有效流通截面积。进而改变阻尼大小；另一种是设置两组相同的螺旋叶片10，这样转动其中一组螺旋叶片10就能改变螺旋通道的有效流通截面积，进而改变阻尼大小。
所述单向阀9包括回压抗冲骨架11以及设置在回压抗冲骨架11上的内膜片12和外膜片13，所述回压抗冲骨架11上设有一个环形凸起14，且所述环形凸起14上设有多个供减震液流通的通孔，所述内膜片12以及外膜片13设置在环形凸起14内外圈上且两者紧靠。这样设置就相当于将环形凸起包起来了，只有冲开两个膜片，减震液才能进入到螺旋通道内。
所述减震液内设有用于增加粘滞系数的添加剂。所述添加剂为MoS2、T601等，并且减震液本身也可以采用粘滞系数较高的液体。
所述第一外环形通孔5以及第二内环形通孔8的上端设有提供一定预压力的预压弹性片；所述第一内环形通孔6以及第二外环形通孔7的下端也设有提供一定预压力的预压弹性片。这个预压弹簧的预压力与现有技术的悬架减振器上的预压弹簧的预压力相比要小很多。
所述预压弹性片为碗形结构，所述预压弹性片的碗底紧贴在环形通孔上。
所述所述活塞上部设有供活塞与基座之间的液压油快速流出的第一冲击卸荷阀17。因为活塞4套设有内缸套19，内缸套19外又套设有钢管外套20，所述内缸套19与钢管外套20之间设有一个供液压油流动的通道，且所述内缸套19沿圆周方向设有多个流道槽，这样活塞与基座之间的液压油就可以顺着内缸套19上的流道槽流到通道内，且所述通道下端被基座16的延伸部密封，所述通道的上端被关闭状态的第一冲击卸荷阀17密封，所述第一冲击卸荷阀17包括依次设置的多片应变弹性垫片21、环形启闭阀片22、保持密封环23以及骨架24，所述活塞4圆周上设有一圈凹槽，所述第一冲击卸荷阀17嵌入设置在一圈凹槽内，所述环形启闭阀22片上设有供液压油流出的通孔，所述环形启闭阀片22紧压在保持密封环23上且使通孔密封，当液压油压力过大时，液压油从保持密封环上的通孔流入，然后冲击环形启闭阀片22，使得环形启闭阀片22变形，然后流入活塞4上方的工作缸2，这样就能达到快速卸荷的功能。所述保持密封环23的通孔四周设有一圈环形凸块，这样在第一冲击卸荷阀17关闭时，环形启闭阀片22能更好的将保持密封环23上的通孔密封。
所述基座上设有供活塞与基座之间的液压油快速流出的第二冲击卸荷阀18。所述基座16中心处设有一个连通工作缸2与储油缸1的中心通孔25，所述中心通孔25下端设有第二冲击卸荷阀18，所述第二冲击卸荷阀18包括弧形弹性堵片26以及弹性底座27，所述弧形弹性堵片26与弹性底座27底端相抵，所述弹性底座27上部与中心通孔25延伸部限位，且弹性底座27四周设有通孔，这样当中心通孔25处的液压油压力较大时，弧形弹性堵片26会被冲开变形，这样液压油就可以流到弹性底座27内然后从弹性底座27四周的通孔流出，这样就达到了快速卸荷的功能。
所述第一冲击卸荷阀17以及第二冲击卸荷阀18设定的弹性预压力主要是与汽车种类、液压油的密度、设定的冲击频率以及供液压油流通的通孔面积相关，汽车种类主要是货车、客车等，冲击频率主要跟经常开的公路类型相关，即越野车跟普通车辆所设定的冲击频率是不同，液压油的密度主要是跟液压油的种类相关。即只有当液压油的压力超过了第一冲击卸荷阀或者第二冲击卸荷阀的弹性预压力，才会冲开第一冲击卸荷阀或者第二冲击卸荷阀，进行快速卸荷。
本申请悬架减震器所用卸荷阀预压弹性力的工程参考设计方法：
本申请减震器要运用伯努利方程，其主干道输入端参数以下角标0表示、第一支流输出端参数以下角标1表示、第二支流输出端参数以下角标2表示。若卸荷阀在第一支路，其计算如下：
式中△Wζ为mΣ液体在管道的沿途能量损失；Q为流量，υ为流速，s为截面积，P为压强，液体密度为ρ，可得(其中，设定)：
本申请减振器采用二甲基硅油，其运动粘度(40℃)：100±8(cSt)、ρ＝0.971×103。
查相关资料，常规的道路特性不平度幅值τ＝40～20mm，所以在取定活塞杆0.2m/s时，最大冲击加速度0.75g情况下，取定允许冲击幅值为25mm，此时卸荷阀应立即开启，不仅降低对活塞的冲击压力、降低对活塞杆的冲击绕变带来的破坏，而且最主要的是保证车体的平顺性，避免对乘客带来的不适。
可设定活塞杆0.2m/s移动，而卸荷阀未开启，则液体全从2号流道经过时，由雷诺数Re＝ρυD/μ，得Re0＝61.47，Re2＝(d2s0υ0)/(ηs2)＝697.44；若液体全从1号流道卸荷，则Re1＝311.17。得出所有通道Re值均远远小于2300，故通道0、1、2均为层流状态，也就是液体流动以阻尼力为主，而非惯性力，则沿程损失系数λ＝64/Re。由于卸荷阀开启前υ1＝0，所以s0×υ0＝s2×υ2，且P0＝P1。
对于Re远小于2300的层流状态，(1)式中的ΔWζ值是相当大的不能按常规的将其视为零值，故：ΔWζ＝ΔWζ0+ΔWζ2(注：Hf＝λ×l×υ^2/(d×2×g))。
又由于h0、h1、h2均<<1，则其三个高度值均按“零”值取定，则由(1)式得：
(2)式中压强P与流速υ均是时间的函数，故对上式求导可得：
由于2号通道为大阻尼通道，其阻尼为0号通道的200倍以上，所以活塞有P0′冲击量时，P2几乎无冲击增量，即在不影响计算精度的情况下取P2′＝0，所以：
以本专利减震器作为实例进行数据验证，取冲击加速度υ′0＝0.75g时(g为重力加速度)，并参考《汽车悬架减振系统优化设计》υ0标定为0.2m/s，由于冲击幅值为0.025m，则其冲击作用时间为Δt＝0.1(s)，那么有下列测量数据时：
活塞内缸径截面积s0＝741.88×10-6；活塞卸荷阀面积s11＝15×10-6；底座阀卸荷面积s12＝3.8×10-6，则卸荷总面积s1＝(15+3.8)×10-6＝18.8×10-6；卸荷槽总深度l1＝(21.62+4.9)×10-6＝26.52×10-3；螺旋槽截面积s2＝5.76×10-6；螺旋槽深度l2＝162.46×10-3，得出通道2当量直径d2＝2.71×10-3；同时，上式中l0是与活塞初始位置相关的量，是0号通道沿程损耗的阻尼路程长度，应取其平均值，对于该专利l0≌100mm；作用在外缸的补偿气压为这样可计算出：
活塞所受的冲击力△F0＝s0P′0×Δt＝2598 (N)
所以活塞所受的最大反作用力(即活塞杆最大支撑力)
由于活塞在未受冲击匀速移动时，其卸荷阀正压与背压几乎相等，那么当活塞受冲击时，其通道1的增变压力就等于卸荷阀开启的预压弹性力。
活塞卸荷阀(即第一卸荷阀)最大预压弹性力F11max＝s11×P′0×Δt＝52.4(N)…………(5)
底座卸荷阀(即第二卸荷阀)最大预压弹性力F12max＝s12×P′0×Δt＝13.2(N)…………(6)
上述计算过程为原创，要求一起进行保护。
Claims (9)
1.一种低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，包括储油缸(1)、设置在储油缸(1)内的工作缸(2)、伸入工作缸(2)的活塞杆(3)以及设置在活塞杆(3)下端的活塞(4)，所述工作缸(2)以及储油缸(1)内设有减震液，所述活塞(4)上设有两个环形通孔，分别是第一外环形通孔(5)与第一内环形通孔(6)，所述工作缸(2)底部设有基座(16)，所述基座(16)上设有两个环形通孔，分别是第二外环形通孔(7)以及第二内环形通孔(8)，所述工作缸(2)与储油缸(1)通过第二外环行通孔(7)以及第二内环形通孔(8)连通，其特征在于：所述第一外环形通孔(5)、第一内环形通孔(6)、第二外环形通孔(7)以及第二内环形通孔(8)内均设有螺旋通道(15)，且所述第一外环形通孔(5)以及第二内环形通孔(8)的下端设有防止减震液下流的单向阀(9)，所述第一内环形通孔(6)以及第二外环形通孔(7)的上端设有防止减震液上流的单向阀(9)；
所述单向阀(9)包括回压抗冲骨架(11)以及设置在回压抗冲骨架(11)上的内膜片(12)和外膜片(13)，所述回压抗冲骨架(11)上设有一个环形凸起(14)，且所述环形凸起(14)上设有多个供减震液流通的通孔，所述内膜片(12)以及外膜片(13)设置在环形凸起(14)内外圈上且两者紧靠。
2.根据权利要求1所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述螺旋通道(15)由多片螺旋叶片(10)组成，且所述螺旋叶片(10)的截面为中间大两端小的腰鼓形。
3.根据权利要求2所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述第一外环形通孔(5)内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距比所述第一内环形通孔(6)内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距大；所述第二内环形通孔(8)内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距比所述第二外环形通孔(7)内螺旋通道的螺旋叶片之间的间距大。
4.根据权利要求1所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述第一外环形通孔(5)内的螺旋通道与第一内环形通孔(6)内的螺旋通道旋向相反，所述第二外环形通孔(7)内的螺旋通道与第二内环形通孔(8)内的螺旋通道旋向相反。
5.根据权利要求1所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述螺旋通道(15)内均设有用于改变螺旋通道(15)内的有效流通截面积的调节机构。
6.根据权利要求1所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述减震液内设有用于增加粘滞系数的添加剂。
7.根据权利要求1所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述第一外环形通孔(5)以及第二内环形通孔(8)的上端设有提供一定预压力的预压弹性片；所述第一内环形通孔(6)以及第二外环形通孔(7)的下端也设有提供一定预压力的预压弹性片，所述预压弹性片为碗形结构，所述预压弹性片的碗底紧贴在环形通孔上。
8.根据权利要求1所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述活塞(4)上部设有供活塞与基座之间的液压油快速流出的第一冲击卸荷阀(17)。
9.根据权利要求8所述的低汽泡螺旋流道阻尼式悬架减振器，其特征在于：所述基座(16)上设有供活塞与基座之间的液压油快速流出的第二冲击卸荷阀(18)。
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