CN107606030A - 一种液气混合式变参数阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明属于阻尼器领域，并公开了一种液气混合式变参数阻尼器。该阻尼器包括缸筒、活塞、阻尼液和储气箱，缸筒呈中空结构，其中装有阻尼液，活塞包括活塞杆和活塞本体，活塞本体设置在所述缸筒中，活塞杆与活塞本体连接穿过缸筒的一侧并延伸至该缸筒外，其中，活塞本体的宽度小于缸筒内壁的宽度，从而使得活塞本体与缸筒内壁之间形成缝隙；储气箱呈中空立方体结构，储气箱内部设置有气囊，且储气箱内部与缸筒的内部连通，使得阻尼液能在二者之间流动。通过本发明，实现了在不同振动频率下，阻尼器阻尼系数的自动调节，保证在低频和中高频段均获得较佳的减振效果。

Description

一种液气混合式变参数阻尼器

技术领域

本发明属于阻尼器领域，更具体地，涉及一种液气混合式变参数阻尼器。

背景技术

振动广泛存在于制造装备、测量设备、建筑结构、交通工具、家用电器等众多领域。在上述绝大多数场合中，振动都会产生负面影响，如降低作业精度、威胁结构安全、缩短使用寿命、恶化工作环境等。振动控制即是利用弹性元件和阻尼元件分别缓冲和衰减振动能量，从而达到减小振动负面影响的效果。其中，阻尼器是一种耗能元件，它可提供大小与相对振动速度成比例、方向与相对振动速度方向相反的阻尼力。

振动传递率常用来描述减振系统对振动的隔离和衰减效果。振动传递率越低(即数值越小)，则表面减振系统的减振效果越好。假定减振系统中的质量和弹性元件的刚度配置不变，若阻尼系数选取较小则中高频振动的传递率低，而低频共振峰附近的传递率大；若阻尼系数选取较大则低频共振峰附近的传递率小，而中高频振动的振动传递率相对较大。

对于常规的阻尼器，特别是小孔或狭缝节流的活塞式粘性阻尼器，因粘性阻尼液的可压缩性很小，活塞与缸筒相对振动形成的活塞一侧腔体体积的变化量与流过小孔或狭缝的阻尼液体积相等，也即相对振动速度与小孔或狭缝内流体的流速基本成正比，阻尼器的阻尼系数一般为定值，不随振动频率的变化而变化或变化极小；采用传统的固定阻尼系数的阻尼器，则很难兼顾低频段(特别是减振系统谐振峰附近频段)的高衰减率和中高频段的高衰减率；一些新型的主动式阻尼器是增加传感和主动作动单元，利用传感反馈和主动控制来实现低频大阻尼系数和中高频段小阻尼系数。这类阻尼器一般结构复杂，成本高昂，且对运行环境的要求比较严格，这限制了其在很多领域的推广应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种液气混合式变参数阻尼器，通过储气箱和活塞本体的设置，由此解决不同振动频率下阻尼器的阻尼系数固定不变的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种液气混合式变参数阻尼器，该阻尼器包括缸筒、活塞、阻尼液和储气箱，其特征在于，

所述缸筒呈中空结构，其中装有阻尼液，所述活塞包括活塞杆和活塞本体，该活塞本体设置在所述缸筒中，活塞杆与活塞本体连接并穿过所述缸筒的一侧延伸至该缸筒外，其中，所述活塞本体的宽度小于所述缸筒内壁的宽度，从而使得该活塞本体与所述缸筒内壁之间形成缝隙；

所述储气箱呈中空立方体结构，该储气箱内部设置有气囊，且该储气箱内部与所述缸筒的内部连通，使得所述阻尼液能在二者之间流动。

进一步优选地，所述储气箱设置在所述缸筒的内部、外部或者所述活塞本体的内部。

进一步优选地，所述阻尼液采用硅油。

进一步优选地，所述气囊中的气体采用氮气、二氧化碳或惰性气体。

进一步优选地，所述活塞杆与所述缸筒接触处设置有密封和导向块。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明所提供的液气混合式变参数阻尼器，与传统活塞式粘性阻尼器相比，增加了由气体构成的、与粘性阻尼液连通的弹性储能元件储气箱，从而改变了不同振动频率下阻尼器的整体阻尼系数，其中，对于低频振动，阻尼器的阻尼特性与无弹性储气箱时的阻尼器基本相同，阻尼系数大，可以较好地衰减低频大幅度振动，但是，对于高频振动，有储气箱阻尼器的阻尼系数小，可以有效避免因相对阻尼导致弹性元件振动隔离能力劣化的弊端；

2、本发明所提供的液气混合式变参数阻尼器，通过改变节流孔隙的结构以及气体体积的配比，可以很方便地调节阻尼器在不同频段的阻尼系数大小；

3、本发明通过在储气箱中设置气囊，避免阻尼器以任意倾斜角度集成安装时气体溢流出储气箱，同时还避免阻尼液与气体直接混合以致劣化阻尼器的性能；

4、本发明所提供的液气混合式变参数阻尼器结构简单，不需要额外的传感反馈和驱动控制单元，结构不同于现有的油气弹簧，对活塞杆与密封和导向块之间的密封要求低，加工和后续维修简单。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的储气箱设置在缸筒内部的阻尼器结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的储气箱设置在活塞本体内部的阻尼器结构示意图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的储气箱设置在缸筒外部的阻尼器结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-缸筒 2-活塞 3-阻尼液 4-气体 5-储气箱 6-密封和导向块 21-活塞本体 22-活塞杆 52-带孔端盖 53-气囊 54-带孔端盖 56-孔道

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出的液气混合式变参数阻尼结构，其与传统活塞式粘性阻尼器的主要区别是增加了主要由气体构成的、与粘性阻尼液连通的弹性储能元件储气箱。其中，用于储存气体的储气箱，具体实施方式可以为设置在缸筒内、缸筒外或活塞本体上。

图1是按照本发明的优选实施例所构建的储气箱设置在缸筒内部的阻尼器结构示意图，如图1所示，该阻尼器主要包括缸筒1、活塞2、阻尼液3、气体4、储气箱5、密封和导向块6。活塞2由活塞本体21和活塞杆22固定连接构成。活塞本体21与缸筒1之间留有合适的间隙，以供活塞本体两侧阻尼液在压差作用下从一侧流向另一侧，形成阻尼力。二者间间隙的大小及狭缝长度均需按照所需阻尼系数的大小来设计，活塞杆22穿在密封和导向块6中间，保证活塞本体21在缸筒1内做直线运动；阻尼液3优先选用稳定性好的硅油，具体的粘度可根据阻尼系数大小需求来匹配；气体4优先选用稳定性好且成本较低的氮气，此外还可以选择二氧化碳气体或者惰性气体。

储气箱5设置在缸筒1内，具体包括带孔端盖52、气囊53。封有气体4的气囊53置于储气箱5内，并由固定连接在储气箱5上的带孔端盖52挡住，带孔端盖52的外端面上设有凸台，以保证缸筒1内的阻尼液3可自由进入储气箱5内、气囊53外的剩余腔体空间中。采用气囊53的主要优点是可避免阻尼器以任意倾斜角度集成安装气体4溢流出储气箱，并可避免阻尼液3与气体4直接混合以致劣化阻尼器的性能。对于阻尼器竖直安装或与水平面夹角较大时，可以直接在储气箱5内充填一部分气体4和一部分阻尼液3，而不需要气囊53，甚至在保证储气箱5的腔体与缸筒1的腔体连通的前提下可不需要带孔端盖52。

图2是按照本发明的优选实施例所构建的储气箱设置在活塞本体内部的阻尼器结构示意图，如图2中所示，此实施方式与实施方式一相比的主要区别是，储气箱5与活塞2设计成一体。活塞本体21中加工有空腔结构，并与带孔端盖54固定连接，以使气囊53保持在活塞本体21中的空腔结构内。由于此实施方式中，带孔端盖54在振动状态下不与缸筒1内侧端面接触，故其与实施方式一所述带孔端盖52不必完全相同，带孔端盖54的外端面上可不设凸台结构。

图3是按照本发明的优选实施例所构建的储气箱设置在缸筒外部的阻尼器结构示意图，如图3中所示，储气箱5设置在缸筒外，具体地，储气箱5为一空腔结构，它可以为刚性的金属或非金属材料，也可以是弹性的囊式结构，储气箱5通过孔道56与缸筒内侧在底部密封连通。此实施方式与实施方式一和实施方式二相比的主要有点是可以减小整个阻尼器的长度，这在对阻尼器长度限制严格的场合有优势。

本发明中的液气混合式变参数阻尼器的主要工作原理如下：

在传统活塞式粘性阻尼器的基础上，增加至少一个主要由气体构成的、与粘性阻尼液连通的弹性储能元件，利用气体的可压缩性改变振动状态下粘性阻尼液通过孔隙流向活塞另一侧的流动特性，从而改变整个阻尼器的阻尼特性，具体地，当活塞相对于缸筒做低频振动时，气体体积的动态变化频率低，有足够的时间使阻尼液在活塞的挤压下通过活塞上或活塞与缸筒之间的孔隙流向活塞的另一侧，流过小孔或狭缝的阻尼液体积与活塞单侧腔室体积的变化量基本相等，阻尼器的阻尼特性与无气体的传统活塞式粘性阻尼器基本相同，当活塞相对于缸筒做高频振动时，活塞单侧腔室体积变化的频率高、幅度小，相应体积的阻尼液在活塞的驱动下，大部分储存于被挤压而缩小的气体空间，极少一部分通过孔隙流向活塞的另一侧，也即流过小孔或狭缝的阻尼液体积远小于活塞单侧腔室体积的变化量，阻尼器的阻尼系数远小于无气体的传统活塞式粘性阻尼器。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种液气混合式变参数阻尼器，该阻尼器包括缸筒(1)、活塞(2)、阻尼液(3)和储气箱(5)，其特征在于，

所述缸筒(1)呈中空结构，其中装有阻尼液(3)，所述活塞包括活塞杆(22)和活塞本体(21)，该活塞本体设置在所述缸筒(1)中，活塞杆与活塞本体连接并穿过所述缸筒的一侧延伸至该缸筒外，其中，所述活塞本体(21)的宽度小于所述缸筒(1)内壁的宽度，从而使得该活塞本体与所述缸筒内壁之间形成节流孔隙；

所述储气箱(5)呈中空立方体结构，该储气箱内部设置有气囊(53)，且该储气箱内部与所述缸筒的内部连通，使得所述阻尼液能在二者之间流动。

2.如权利要求1所述的一种液气混合式变参数阻尼器，其特征在于，所述储气箱(5)设置在所述缸筒的内部、外部或者所述活塞本体的内部。

3.如权利要求1或2所述的一种液气混合式变参数阻尼器，其特征在于，所述阻尼液采用硅油。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种液气混合式变参数阻尼器，其特征在于，所述气囊中的气体采用氮气、二氧化碳或惰性气体。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种液气混合式变参数阻尼器，其特征在于，所述活塞杆(22)与所述缸筒(1)接触处设置有密封和导向块(6)。