CN105840714A - 弹簧加载的液压缓冲支柱 - Google Patents

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Abstract

一种支柱，包括第一端、第二端、缸体和活塞，其中活塞机械地联接到第一端且缸体机械地联接到第二端。流体腔室形成在缸体和活塞之间。第一流体通道流体联接流体腔室和流体贮存器，且第二流体通道流体联接在流体腔室和流体贮存器之间。单向阀包括被偏压打开的可动阀元件，所述可动阀元件联接到平衡弹簧，且阀元件与阀座相互作用以控制流体流动通过第二流体通道。阀元件对平衡弹簧的促动做出响应。

Description

弹簧加载的液压缓冲支柱
技术领域
本发明涉及支柱，包括弹簧加载的液压缓冲支柱。
背景技术
支柱是布置在两个或更多元件之间的装置，其提供在它们之间的结构支撑。支柱可以包括用于振动缓冲的部件，且由此能在两个或更多元件之间提供振动缓冲的结构支撑。振动缓冲支柱可以用于车辆系统，以为用于内燃发动机的蜿蜒传动带组件提供张力，或作为悬架部件。
已知的振动缓冲支柱构造包括在缸体中的可动活塞，跨在第一和第二附接点之间，以提供振动缓冲的结构支撑。活塞和缸体形成流体腔室，其经由常闭或被偏压关闭的单向阀流体连接到贮存器。例如响应于第一和第二附接点朝向彼此运动时的状态，常闭单向阀布置为防止流体从压力腔室流动到贮存器。例如响应于第一和第二附接点彼此运动离开时的状态，常闭单向阀进一步布置为允许流体从贮存器自由流动到压力腔室中。这种支柱构造依靠抽吸来打开单向阀和依靠重力/压力关闭单向阀。在采用常闭单向阀时，通过依靠抽吸，一些支柱运动不会降低足以在下方一些运行状态下打开单向阀的腔室压力。进而，会在第一和第二附接点之间的运动使得流体腔室中的压力抖动并下降到足够低以形成打开常闭单向阀的压力水平时产生令人不悦的声音(例如晃动声)，其还可在压力下降到流体的饱和压力以下时填充流体。
发明内容
描述一种支柱，其包括第一端、第二端、缸体和活塞，其中活塞机械地联接到第一端且缸体机械地联接到第二端。流体腔室形成在缸体和活塞之间。第一流体通道流体联接流体腔室和流体贮存器，且第二流体通道流体联接流体腔室和流体贮存器。单向阀包括被偏压打开的可动阀元件，所述可动阀元件联接到平衡弹簧，且阀元件与阀座相互作用以控制流体流动通过第二流体通道。阀元件对平衡弹簧的促动做出响应。
支柱包括第一端、第二端、缸体和活塞，其中活塞机械地联接到第一端且缸体机械地联接到第二端。流体腔室形成在缸体和活塞之间。第一流体通道流体联接流体腔室和流体贮存器，且第二流体通道流体联接在流体腔室和流体贮存器之间。单向阀包括被偏压打开的可动阀元件，所述可动阀元件联接到平衡弹簧，且阀元件与阀座相互作用以控制流体流动通过第二流体通道。阀元件对平衡弹簧的促动做出响应。
本发明提供一种支柱，包括:第一端、第二端、缸体和活塞，其中活塞机械地联接到第一端且缸体机械地联接到第二端；流体腔室，形成在缸体和活塞之间；第一流体通道，流体联接流体腔室和流体贮存器；第二流体通道，经由单向阀流体联接流体腔室和流体贮存器；和其中单向阀包括被偏压打开的可动阀元件，其联接到平衡弹簧；其中阀元件与阀座相互作用，以控制流体流动通过第二流体通道；和其中阀元件对平衡弹簧的促动做出响应。
所述的支柱中，第一流体通道包括形成在缸体和活塞之间的环形间隙。
所述的支柱进一步包括单向阀，布置为与流动限制板流体并行。
所述的支柱中，包括被偏压打开的弹簧促动阀元件的单向阀包括：单向阀配置为在打开状态时允许经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动；和单向阀配置为在关闭状态时中断经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动。
所述的支柱中，支柱配置为在单向阀处于关闭状态时经由第一流体通道实现流体腔室和流体贮存器之间的流动。
所述的支柱中，平衡弹簧具有允许可动阀元件跟随流体腔室中的流体压力的弹簧常数。
所述的支柱中，平衡弹簧具有允许可动阀元件跟随流体腔室中的流体压力的弹簧常数包括，可动阀元件对单向阀的平衡弹簧的促动做出响应，其中单向阀的平衡弹簧的促动被流体腔室中可动阀元件上的流体压力增加所克服，所述流体压力增加是通过施加到支柱第一端和第二端的挤压力所造成的。
所述的支柱中，可动阀元件对单向阀的平衡弹簧的促动做出响应包括，单向阀的平衡弹簧具有一弹簧常数，所述平衡弹簧被流体腔室中可动阀元件上的流体压力增加所克服，所述流体压力增加是通过施加到支柱第一端和第二端的挤压力造成的。
所述的支柱中，平衡弹簧具有允许可动阀元件跟随流体腔室中压力的弹簧常数进一步包括，单向阀平衡弹簧的弹簧常数足够大以在大于大气压力的腔室压力下将可动阀元件促动到打开位置。
所述的支柱中，流体贮存器、第一流体通道、第二流体通道和流体腔室形成闭合流体回路。
本发明提供一种支柱，包括:第一端、第二端、缸体和活塞，其中活塞机械地联接到第一端且缸体机械地联接到第二端；流体腔室，形成在缸体和活塞之间；第一流体通道，流体联接流体腔室和流体贮存器；第一流体通道，流体联接流体腔室和流体贮存器；和被偏压打开的单向阀，布置在第二流体通道且包括与平衡弹簧相互作用的可动阀元件；其中被偏压打开的单向阀配置为与阀座相互作用，以控制流体流动通过第二流体通道；其中可动阀元件对平衡弹簧的促动做出响应；和其中平衡弹簧的促动被流体腔室中可动阀元件上流体压力的增加克服，所述流体压力的增加是通过施加到支柱的第一端和第二端的挤压力造成的。
所述的支柱中，对平衡弹簧的促动造成响应的可动阀元件包括，具有一弹簧常数的平衡弹簧被流体腔室中可动阀元件上的增加流体压力增加所克服，所述流体压力增加是通过施加到支柱的第一端和第二端的挤压力造成的。
所述的支柱中，平衡弹簧具有的弹簧常数允许阀元件跟随流体腔室中压力进一步包括，平衡弹簧的弹簧常数足够大以在大于大气压力的腔室压力下将可动阀元件促动到打开位置。
本发明提供一种被动弹簧加载液压缓冲支柱，组装在两个元件之间，以提供结构支撑和振动缓冲，包括：机械地联接到两个元件中的第一个的第一端，机械地联接到两个元件中第二个的第二端，缸体，活塞和壳体，其中活塞机械地联接到第一端且缸体机械地联接到第二端；流体腔室，形成在缸体和活塞之间；流体贮存器，形成在缸体和壳体之间；第一流体通道，流体联接缸体和活塞且流体联接流体腔室和流体贮存器；第二流体通道，流体联接流体腔室和流体贮存器，第二流体通道包括布置为与流动限制板流体并行的单向阀；单向阀包括被偏压打开的弹簧促动阀元件，所述阀元件包括平衡弹簧；单向阀布置为在打开状态时允许经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动；单向阀布置为在关闭状态时中断经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动；其中平衡弹簧具有的弹簧常数配置为允许阀元件跟随流体腔室中的压力；和其中流体贮存器、第一流体通道、第二流体通道和流体腔室形成闭合流体回路。
所述的支柱中，包括被偏压打开的弹簧促动阀元件的单向阀包括：单向阀的阀元件配置为在打开状态时允许经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动；和单向阀的阀元件配置为在关闭状态时中断经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动。
所述的支柱中，在单向阀处于关闭状态时，流体腔室和流体贮存器之间的流动经由第一流体通道发生。
所述的支柱中，平衡弹簧具有配置为允许可动阀元件跟随流体腔室中压力的弹簧常数包括，可动阀元件对单向阀的平衡弹簧的促动做出响应，其中单向阀的平衡弹簧的促动被流体腔室中可动阀元件上的流体压力增加所克服，所述流体压力增加是通过施加到支柱第一端和第二端的挤压力所造成的。
所述的支柱中，可动阀元件对单向阀的平衡弹簧的促动做出响应包括，单向阀的平衡弹簧具有一弹簧常数，其配置为被流体腔室中可动阀元件上的流体压力增加被克服，所述流体压力增加是通过施加到支柱第一端和第二端的挤压力造成的。
所述的支柱中，单向阀的弹簧具有允许可动阀元件跟随流体腔室中压力的弹簧常数的平衡弹簧进一步包括单向阀的平衡弹簧的弹簧常数足够大，以在大于大气压力的腔室压力下将可动阀元件促动到打开位置。
在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中:
图1示意性地根据本发明的被动启用的弹簧加载液压缓冲支柱的截面图，其包括新颖的单向阀，该支柱是组装在两个元件之间的结构元件，其能提供振动缓冲；
图2示意性地显示了根据本发明的与单向阀相关的流动限制板的俯视图，其是盘片形圆形元件，具有圆形同中心流动通过孔和多个同中心环形弧形孔；
图3用图显示了根据本发明的与支柱实施例的流体腔室中流体压力相关的数据；
图4用图显示了根据本发明的采用常闭单向阀的已知支柱操作的相关的数据，显示了单次发生流体腔室压力的减少和用于已知支柱的单向阀的流动控制球的相关位移增加；
图5用图显示了根据本发明的与采用常闭单向阀的已知支柱的操作相关的数据，显示了多次发生流体腔室压力的减少、用于已知支柱的单向阀的流动控制球的相关位移增加、和相关的可听见噪声时间；和
图6用图显示了根据本发明的参考图1和2所述支柱的实施例的操作的相关数据，其有利地采用了本文所述的常开状态的单向阀实施例。
具体实施方式
现在参见附图，其中出于仅显示些示例性实施例的目的而不出于限制本发明的目的显示了附图，图1示意性地示出了被动启用的弹簧加载液压缓冲支柱(‘支柱’)10的截面图，其是在两个元件之间组装的结构元件，其能提供振动缓冲。在一个实施例中，支柱10可以用作张紧器，其联接到用作惰轮的带轮，以对蜿蜒传动带(serpentine belt)施加拉伸力，所述蜿蜒传动带配置为在内燃发动机的曲轴和发动机附属部件之间机械地传递扭矩。
在一个实施例中，支柱10包括圆柱形活塞18，所述活塞插入到环形缸体16中，二者都布置在螺旋弹簧(弹簧)20中。替换地，活塞18和缸体16可以具有其他截面形状，例如正方形、矩形、三角形、或其他形状。支柱10包括第一孔眼12和第二孔眼14，其中第一孔眼12附接到加长元件34，所述加长元件34附接到活塞18，且第二孔眼14附接到基部部分51，所述基部部分附接到缸体16。弹簧20促使第一和第二孔眼12、14分离。第一和第二孔眼12、14提供对两个元件的机械附接点，用于提供振动缓冲，机械附接点是U形夹或其他合适附接结构的形式。如此，第一孔眼12可以机械地联接到两个元件中的第一个且第二孔眼14可以机械地联接到两个元件中的第二个，以在它们之间提供结构支撑和振动缓冲。
活塞18和缸体16形成在缸体16的第二端27和活塞18的第二端19之间的流体腔室26。活塞18的第一端17机械地附接到加长元件34，所述加长元件34附接到第一附接点，例如第一孔眼12。弹簧环28组装在活塞18的第二端19上且用于停止活塞18在缸体16中的行进。通过与第一内向突出的肩部15的干涉，弹簧环28在活塞18在缸体16中的最大膨胀行程点处停止。通过与在缸体16的第二端27附近的第二内向突出肩部33的干涉，弹簧环28在活塞18在缸体16中的最大压缩行程处停止。
第一壳体元件30是管状形状元件(其用钢或其他刚性材料制造)，其被置于活塞18和缸体16的周围，且在第一孔眼12附近可密封地联接到加长元件34。第二壳体元件24是管状形状元件(其用钢或其他刚性材料制造)，其被置于活塞18和缸体16的周围，且在第二孔眼14附近可密封地联接到基部部分51。弹性材料管状密封件32在第一端上可密封地附接到第一壳体元件30且在第二端上可密封地附接到第二壳体元件24。关闭的流体贮存器22由此形成，且填充有流体23，流体优选是不可压缩流体。
缸体16的第二端27机械地附接到基部部分51，所述基部部分附接到第二孔眼14。缸体16的第二端27包括横向孔眼48、通过第一板44的纵向孔眼49、和单向阀40，该单向阀40在流体腔室26附近且在单向阀40处于打开状态时流体联接流体腔室26。阀座43在纵向孔眼49的端部处形成在第一板44中，所述纵向孔眼49在缸体16的第二端27处打开到流体腔室26中。
单向阀40包括流动限制板45、可动阀元件42和阀弹簧41，且构造为常开阀，以允许流体腔室26和纵向孔眼49之间的流体流动。图2示意性地显示流动限制板45的俯视图，其是盘片形圆形元件，其具有圆形同中心流动通过孔46和多个同中心环状弧形孔47。在处于与单向阀40的常开状态相关的打开位置时，流动通过孔46用作用于可动阀元件42的第一阀座。由此，在可动阀元件42处于打开位置的情况下，单向阀40在打开状态下被偏压。
阀弹簧41是平衡弹簧，其优选配置为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧布置在可动阀元件42和纵向孔眼49的末端之间。阀弹簧41具有弹簧常数，其允许可动阀元件42跟随流体腔室26的压力。平衡弹簧是弹性装置，其用钢或其他合适弹性材料制造，其提供与距静态平衡点的直线位移成比例的回复力。平衡弹簧的已知应用包括将弹簧附接到平衡轮，所述平衡轮以例如钟表元件(例如机械手表)的共振频率震荡。阀弹簧41的弹簧常数允许可动阀元件42跟随流体腔室26中的压力，所述弹簧常数足够低以能被流体腔室26中的可动阀元件42上的增加流体压力(所述增加的流体压力是通过支柱10的挤压造成的)所克服但是仍足够大以促使可动阀元件42在大于大气压力的腔室压力下达到打开位置。由此，在支柱10经历延伸时，阀弹簧41促使单向阀40打开，即响应于流体腔室26中压力的减少而促使可动阀元件42达到打开位置，而不需要负压力，即不需要流体腔室26中的真空。同样，在支柱10经历压缩时，流体压力的任何增加克服阀弹簧41且促使单向阀40达到关闭位置，即促使可动阀元件42达到关闭位置。
可动阀元件42被偏压打开，即常开以允许流体23在静态压力下和在压力减小时(例如在拉伸力施加在第一和第二孔眼12、14上时)通过弧形孔47而在流体腔室26和纵向孔眼49之间流动。在流体腔室26中的压力增加到静态压力以上时，可动阀元件42响应地运动到抵靠阀座43的关闭位置，以中断流体腔室26和纵向孔眼49之间的流体流动。在打开位置和关闭位置之间运动时，阀元件42的直线运动可以为大约小于1mm的量，且在一个实施例中可以是0.1mm。弧形孔47大小设置为具有适当截面面积且在这些情况下允许流体流动而不与可动阀元件42上压力改变的影响相干扰，包括在压力条件下不防止可动阀元件42在压力状态下响应地运动抵靠阀座43。
闭合的流体回路包括流体贮存器22、第一流体通道36、流体腔室26和包括单向阀40的第二流体通道38。第一流体通道36形成在活塞18和缸体16之间的环形间隙25中。第二流体通道38通过布置为与流动限制板45流体并行的单向阀40而形成在流体腔室26和流体贮存器22之间。在单向阀40处于打开状态时，其允许流体腔室26和流体贮存器22之间经由第二流体通道38的流体流动。在单向阀40处于关闭状态时，其中断流体腔室26和流体贮存器22之间经由第二流体通道38的流体流动。由此，流体腔室26和流体贮存器22之间的所有流体流动通过第一流体通道38发生。
在单向阀40为常开且在打开位置中被弹簧加载时，其在支柱10延伸期间允许从低压流体贮存器22到流动流体腔室26的流动。在支柱10压缩期间，流体腔室26中的流体压力可以在可动阀元件42上形成力，该力足以克服阀弹簧41的弹簧力且由此促动可动阀元件42抵靠阀座43关闭。
本文所述的支柱10有利地依赖于与用于关闭单向阀40的挤压力相关的一致高压，而不是依赖于与用于打开单向阀40的拉伸力相关的不一致的低压。这种配置可以由此实现系统噪声减少、支柱响应时间改善、由于负压力造成的充油减少、和在需要时实现通过闭合流体回路进行双向缓冲的能力。
图3用图示出了与流体压力相关的数据，例如支柱10的实施例的流体腔室26中的流体压力。流体压力的量显示在垂直轴线上且时间显示在水平轴线上。流体压力最初显示为液体压力312，其大于饱和压力310。随流体压力减小(313)且变为小于饱和压力310，溶解在流体中的空气具体表现为气泡314的形式。因为空气是可压缩的，所以空气的存在极大地降低流体的体积模量(bulk modulus)或刚度。流体压力(315)的随后增加使得气泡部分或全部重新溶解到流体316中。空气重新溶解到流体中使得流体的刚度突然增加，这会造成突然的位移改变和支柱10中相应的可听见敲击声。流体压力进一步减少(317)到小于蒸汽压力320的压力18会造成流体向蒸汽的状态改变，带有相关的气蚀(cavitation)。由于流体腔室26的设计特点和其他因素，在支柱10的构造中不会发生汽化。
图4用图显示了操作与采用配置为常闭状态的单向阀的已知支柱相关的数据。上部的图显示了在30ms的逝去时间段405内的拉伸器支柱位移420的比较，包括代表已知支柱装置的端部的纵向位移422的测量数据和可以输入系统到系统模拟器的分析数据424。下部图显示了包含在流体腔室中的不可压缩流体的压力410，所述流体腔室类似于之前所述的流体腔室26，且显示了球的相应运动412(其与单向阀的球、盘片或其他插塞元件相关)，其中在该构造中这种位移造成流体流动通过已知单向阀。还显示了用于流体的饱和压力415。结果显示了与位移的增加412(即已知支柱端部延伸)相关的腔室压力减少414的单次发生418，腔室压力小于-0.5bar，该腔室压力小于用于流体的饱和压力。球的相关运动(即已知单向阀从常闭状态打开)被延迟(因为其克服施加在其上的力)，且在腔室压力小于用于流体的饱和压力之后发生。结果是产生能听得见的敲击声。
图5用图显示了操作与采用配置为常闭状态的单向阀的已知支柱相关的数据。上部的图显示了在水平轴线505上所示的逝去时间内的拉伸器支柱位移520的比较，包括代表已知支柱装置的端部的纵向位移522的测量数据和可以输入到系统模拟器的分析数据524。下部的图显示了在流体腔室514中测量的压力510，所述流体腔室类似于之前所述的流体腔室26，且显示了球的相应运动512(其与单向阀的球、盘片或其他插塞元件相关)，其中在该构造中这种位移造成流体流动通过已知单向阀。还显示了包括用于流体的饱和压力515。结果显示了与位移增加(即已知支柱端部延伸)相关的腔室压力减少的多次发生518，腔室压力小于-0.5bar，该腔室压力小于用于流体的饱和压力。球的相关运动(即已知单向阀从常闭状态打开)被延迟(因为其克服施加在其上的力)，且在腔室压力小于用于流体的饱和压力之后发生。腔室压力下降到低于饱和压力的每次所示发生518造成敲击声，其以示意符号示出。
图6用图显示了与参考图1和2所述支柱10的实施例的操作相关的数据，其采用配置为常开状态的单向阀40。上部的图显示了在逝去时间605内的张紧器支柱位移620的比较，包括代表支柱10的端部的纵向位移622的测量数据和可以输入到系统模拟器的分析数据624。下部的图显示了流体腔室中的压力610，所述流体腔室类似于之前所述的流体腔室26，且显示了可动阀元件42的相应运动614，其与单向阀40的阀元件42的位移相关，其中在该构造下这种位移阻挡流体流动通过单向阀40。还显示了用于流体的饱和压力615。结果表明完全没有发生任何与位移增加(即已知支柱端部的延伸)相关的腔室压力减少。还显示了阀元件42的相关运动(即单向阀40从常开状态关闭)。显示出没有发生能听见的敲击声。
由本文所述的新颖被动弹簧加载液压缓冲支柱10带来的潜在改善包括系统噪声减少、支柱响应时间改善、由于负压力造成的充油减少。进一步能通过闭合流体回路提供双向缓冲。
附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年1月29日提交的美国临时申请No.62/109,306的权益，通过引用将其全部内容合并于此。

Claims (10)

1.一种支柱，包括:
第一端、第二端、缸体和活塞，其中活塞机械地联接到第一端且缸体机械地联接到第二端；
流体腔室，形成在缸体和活塞之间；
第一流体通道，流体联接流体腔室和流体贮存器；
第二流体通道，经由单向阀流体联接流体腔室和流体贮存器；和
其中单向阀包括被偏压打开的可动阀元件，其联接到平衡弹簧；
其中阀元件与阀座相互作用，以控制流体流动通过第二流体通道；和
其中阀元件对平衡弹簧的促动做出响应。
2.如权利要求1所述的支柱，其中第一流体通道包括形成在缸体和活塞之间的环形间隙。
3.如权利要求1所述的支柱，进一步包括单向阀，布置为与流动限制板流体并行。
4.如权利要求1所述的支柱，其中包括被偏压打开的弹簧促动阀元件的单向阀包括：
单向阀配置为在打开状态时允许经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动；和
单向阀配置为在关闭状态时中断经由第二流体通道在流体腔室和流体贮存器之间的流动。
5.如权利要求4所述的支柱，其中支柱配置为在单向阀处于关闭状态时经由第一流体通道实现流体腔室和流体贮存器之间的流动。
6.如权利要求1所述的支柱，其中平衡弹簧具有允许可动阀元件跟随流体腔室中的流体压力的弹簧常数。
7.如权利要求6所述的支柱，其中平衡弹簧具有允许可动阀元件跟随流体腔室中的流体压力的弹簧常数包括，可动阀元件对单向阀的平衡弹簧的促动做出响应，其中单向阀的平衡弹簧的促动被流体腔室中可动阀元件上的流体压力增加所克服，所述流体压力增加是通过施加到支柱第一端和第二端的挤压力所造成的。
8.如权利要求7所述的支柱，其中可动阀元件对单向阀的平衡弹簧的促动做出响应包括，单向阀的平衡弹簧具有一弹簧常数，所述平衡弹簧被流体腔室中可动阀元件上的流体压力增加所克服，所述流体压力增加是通过施加到支柱第一端和第二端的挤压力造成的。
9.如权利要求6所述的支柱，其中平衡弹簧具有允许可动阀元件跟随流体腔室中压力的弹簧常数进一步包括，单向阀平衡弹簧的弹簧常数足够大以在大于大气压力的腔室压力下将可动阀元件促动到打开位置。
10.如权利要求1所述的支柱，其中流体贮存器、第一流体通道、第二流体通道和流体腔室形成闭合流体回路。
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