CN108050197B - 分子弹簧车辆悬架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分子弹簧车辆悬架，包括可压缩液压缸、活塞和分子弹簧混合介质；所述可压缩液压缸包括相互连接的端盖和缸体，端盖和缸体之间设置有膜片，膜片和缸体之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质；所述活塞包括相互连接的导向活塞和阻尼活塞，导向活塞一端位于端盖内部，另一端延伸至端盖外；阻尼活塞位于膜片和缸体之间形成的空腔内；阻尼活塞与导向活塞连接的一端为带螺纹的阶梯轴，阶梯轴通过螺纹将阻尼活塞与导向活塞、膜片固定在一起，并形成密封；阻尼活塞的另一端为导向端，导向端的外缘与缸体的内壁间隙配合，导向端上开设有阻尼孔。本发明具有高静低动的刚度特性，可大幅改善车辆行驶的平顺性和操纵性，同时节省了安装空间。

Description

分子弹簧车辆悬架

技术领域

本发明涉及一种既能提供弹性支撑、又能提供阻尼效果的新型车辆悬架，属于车辆工程技术领域。

背景技术

随着消费者对车辆乘坐舒适性和操控性的要求标准越来越高，提高车辆行驶平顺性并使车辆兼有优良操控性一直是汽车设计人员追求的目标。车辆悬架核心减振单元包括弹性元件和阻尼元件两个部分。目前市场上常见车辆的悬架系统所采用的弹性元件主要包括纵置板簧、横置板簧、螺旋弹簧、扭杆、空气弹簧等，采用上述元件的车辆悬架或多或少有不尽如人意的地方，如纵置板簧、横置板簧刚度过大舒适性较差；为保证承载能力和稳定性，螺旋弹簧需要较高的刚度并牺牲了隔振性能；扭杆结构复杂、体积较大，且存在和螺旋弹簧类似的问题；空气弹簧性能较好但体积大、价格高昂。此外，上述弹性元件需要同时配备液压阻尼器作为阻尼元件形成车辆悬架。

发明内容

本发明的目的是提供一种分子弹簧车辆悬架，提供弹性支撑和阻尼减振的功能，以简化车辆悬架结构，减小车辆悬架的体积同时降低重量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种分子弹簧车辆悬架，包括可压缩液压缸、活塞和分子弹簧混合介质；其中：

所述可压缩液压缸包括相互连接的端盖和缸体，端盖和缸体之间设置有膜片，膜片的中心开设有通孔，膜片和缸体之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质；

所述活塞包括相互连接的导向活塞和阻尼活塞，导向活塞一端位于端盖内部，并与阻尼活塞连接，另一端延伸至端盖外，且与端盖之间滑动配合；阻尼活塞位于膜片和缸体之间形成的空腔内；阻尼活塞与导向活塞连接的一端为带螺纹的阶梯轴，阶梯轴与膜片中心的通孔相适配，阶梯轴通过螺纹将阻尼活塞与导向活塞、膜片固定在一起，并形成密封；阻尼活塞的另一端为导向端，导向端的外缘与缸体的内壁间隙配合，导向端上开设有阻尼孔。

所述缸体远离端盖的一端开设有螺纹孔，并通过堵头和组合密封垫将该螺纹孔密封。

所述导向端的端面设置有缓冲橡胶垫。

所述分子弹簧混合介质由液体和多孔疏液材料组成，所述液体为水或以水为溶剂的溶液或水银，所述疏液的多微孔材料为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物。

所述膜片设置在端盖和缸体的连接处之间，并通过紧固螺钉固定。

所述膜片为夹布膜片，由高强度帘线层和橡胶层硫化而成。

所述膜片受压时形成帽式褶皱，所述导向活塞近阻尼活塞一端被包裹在帽式褶皱内。

所述膜片的边缘有凸起橡胶环形成密封圈，缸体对应位置有凹槽，凸起橡胶环嵌入该凹槽内。

所述端盖穿过导向活塞的内壁上开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有限位螺钉；导向活塞轴向设置有限位槽，限位螺钉从端盖内伸出到限位槽内。

有益效果：本发明提供了一种具有高静低动刚度特性的分子弹簧车辆悬架，利用一个工作元件同时提供弹性支撑和阻尼减振的功能。传统的车辆悬架弹性支撑和阻尼减振分别由弹簧和阻尼器两个元件提供，本发明将这两个元件简化为一个元件，有效简化了车辆悬架结构，减小了车辆悬架的体积同时降低了重量。此外，本发明的分子弹簧车辆悬架还可提供高静低动的刚度，具有承载能力高、固有频率低、隔振性能好且具有自限位特性等优势。具体表现为：

由于分子弹簧混合介质具有高静低动的刚度特性，分子弹簧车辆悬架具有高承载能力和低固有频率，承载能力和隔振性能均优于采用传统弹性元件的车辆悬架。

由于疏液多孔材料具有高比表面积和极高孔隙率，少量的分子弹簧混合介质即可满足车辆悬架的储能需求和位移需求，因此分子弹簧车辆悬架具有体积小的优势。

传统车辆悬架需要独立的阻尼元件和弹性元件，而分子弹簧车辆悬架仅需一个元件即可实现弹性支撑和阻尼耗能，显著简化了车辆悬架的结构，进一步减小了车辆悬架的体积，降低了车辆悬架重量，节省了大量的安装空间。

分子弹簧车辆悬架具有高刚度-低刚度-高刚度的三段分段刚度，正常工作状态下分子弹簧车辆悬架处于低刚度段，车辆急刹或者受到来自地面的强烈冲击时，高刚度段可有效限制车身的最大位移，使车辆具有极好的操纵性。

通过在缸体上开孔可方便的向分子弹簧车辆悬架腔室内增、减疏液多孔材料，因此可灵活调节分子弹簧车辆悬架性能。

采用膜片密封避免了传统动密封引起的高摩擦力，还具有结构简单、使用寿命长等优势。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖面图；

图中，101-端盖，1011-限位螺钉，102-缸体，103-膜片，1031-凸起橡胶环，104-紧固螺钉，105-堵头，106-组合密封垫，107-垫片；201-导向活塞，2011-限位槽，202-阻尼活塞，2021-阶梯轴，2022-导向端，2023-缓冲橡胶垫，2024-阻尼孔；301-液体，302-多孔疏液材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示为本发明的一种分子弹簧车辆悬架，包括可压缩液压缸、活塞和分子弹簧混合介质；可压缩液压缸内部充满分子弹簧混合介质。通过活塞压缩可压缩液压缸密封腔室的体积，对可压缩液压缸内分子弹簧混合介质加压，同时使液体流过阻尼孔，从而提供弹性和阻尼。

可压缩液压缸包括相互连接的端盖101和缸体102，端盖101和缸体102之间设置有膜片103，膜片103的中心开设有通孔，膜片103和缸体102之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质；

活塞包括相互连接的导向活塞201和阻尼活塞202，导向活塞201一端位于端盖101内部，并与阻尼活塞202连接，另一端延伸至端盖101外，且与端盖101之间滑动配合，导向活塞201能够沿着其轴向滑动，进而出入端盖101；阻尼活塞202位于膜片103和缸体102之间形成的空腔内；阻尼活塞202与导向活塞201连接的一端为带螺纹的阶梯轴2021，阶梯轴2021与膜片103中心的通孔相适配，阶梯轴2021伸入导向活塞201中，并通过螺纹将阻尼活塞202与导向活塞201、膜片103及垫片107固定在一起，并形成密封，将膜片103和缸体102之间形成一个密封的空腔；阻尼活塞202的另一端为导向端2022，导向端2022的外缘与缸体102的内壁间隙配合，起导向作用，导向端2022上开设有阻尼孔2024，导向端2022的端面设置有缓冲橡胶垫2023，当行程过大时可提供缓冲效果。

当外界激励作用于导向活塞201时，导向活塞201和阻尼活塞202带动膜片103左右移动，实现对膜片103和缸体102之间形成的密封腔室的压缩和卸载，该密封腔室内的液压也随着压缩而增大，或随着卸载而减小。阻尼活塞202的导向端2022开阻尼孔2024，当阻尼活塞202左右运动时，可压缩液压缸内的液体会流过阻尼孔2024，消耗能量并产生阻尼效果。

分子弹簧混合介质由液体301和多孔疏液材料302组成，液体301为水或以水为溶剂的溶液或水银，疏液的多微孔材料302为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物。

膜片103设置在端盖101和缸体102的连接处之间，并通过紧固螺钉104固定。

膜片103为夹布膜片，由高强度帘线层和橡胶层硫化而成，高强度帘线层的理论耐压值为140MPA。

膜片103受压时形成帽式褶皱，导向活塞201近阻尼活塞202一端被包裹在帽式褶皱内。当导向活塞201和阻尼活塞202左右运动时，膜片103的帽式褶皱也随着运动，因此导向活塞201和阻尼活塞202可实现对可压缩液压缸内分子弹簧介质的压缩或卸载，从而提供弹性支撑作用。

膜片103的边缘有凸起橡胶环1031形成密封圈，缸体102对应位置有凹槽，凸起橡胶环1031嵌入该凹槽内，压紧后实现密封。

缸体102远离端盖101的一端开设有螺纹孔，并通过堵头105和组合密封垫106将该螺纹孔密封。堵头105和组合密封垫106是静密封件，堵头105和组合密封垫106很容易安装拆卸，使用过程中可以通过该螺纹填充或减少液体301或/和多孔疏液材料302。

如图1和2所示，端盖101穿过导向活塞201的内壁上开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有限位螺钉1011；导向活塞201轴向设置有限位槽2011，限位螺钉1011从端盖内伸出到限位槽2011内。实现防扭转、防拉伸限位；导向活塞201和端盖101之间滑动配合，起导向作用。

分子弹簧混合介质是由液体和一类具有大量纳米级疏液微孔的多孔疏液材料混合而成的新型功能材料，在高压下，液体的分子可以侵入多孔材料的疏液微孔并储存能量，在卸载时液体分子自动逸出疏液微孔并释放能量，这个过程中，机械能和液固表面能之间相互转化并消耗少量能量。利用分子弹簧混合介质的这一特性即可实现隔振和缓冲。在压缩分子弹簧的过程中，由于多孔材料具有疏液性，低压下液体的分子无法进入疏液微孔，因此分子弹簧混合介质表现出极高的刚度；然而一旦压强达到临界压强，液体分子将克服毛细管力大量侵入疏液微孔，导致分子弹簧刚度骤然降低；随着压强进一步增加，疏液微孔达到饱和后，分子弹簧混合介质又表现出高刚度，因此分子弹簧混合介质具有高刚度-低刚度-高刚度的三段分段刚度。得益于分子弹簧的特殊工作机理，分子弹簧车辆悬架可提供高静低动的刚度特性，且工作刚度可通过改变多孔材料的数量灵活的调节。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种分子弹簧车辆悬架，其特征在于：包括可压缩液压缸、活塞和分子弹簧混合介质；其中：

所述可压缩液压缸包括相互连接的端盖（101）和缸体（102），端盖（101）和缸体（102）之间设置有膜片（103），膜片（103）的中心开设有通孔，膜片（103）和缸体（102）之间形成的空腔内填充满分子弹簧混合介质；

所述活塞包括相互连接的导向活塞（201）和阻尼活塞（202），导向活塞（201）一端位于端盖（101）内部，并与阻尼活塞（202）连接，另一端延伸至端盖（101）外，且于端盖（101）之间滑动配合；阻尼活塞（202）位于膜片（103）和缸体（102）之间形成的空腔内；阻尼活塞（202）与导向活塞（201）连接的一端为带螺纹的阶梯轴（2021），阶梯轴（2021）与膜片（103）中心的通孔相适配，阶梯轴（2021）通过螺纹将阻尼活塞（202）与导向活塞（201）、膜片（103）固定在一起，并形成密封；阻尼活塞（202）的另一端为导向端（2022），导向端（2022）的外缘与缸体（102）的内壁间隙配合，导向端（2022）上开设有阻尼孔（2024）。

2.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述缸体（102）远离端盖（101）的一端开设有螺纹孔，并通过堵头（105）和组合密封垫（106）将该螺纹孔密封。

3.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述导向端（2022）的端面设置有缓冲橡胶垫（2023）。

4.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述分子弹簧混合介质由液体（301）和多孔疏液材料（302）组成，所述液体（301）为水或以水为溶剂的溶液或水银，所述多孔疏液材料（302）为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物。

5.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述膜片（103）设置在端盖（101）和缸体（102）的连接处之间，并通过紧固螺钉（104）固定。

6.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述膜片（103）为夹布膜片，由高强度帘线层和橡胶层硫化而成。

7.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述膜片（103）受压时形成帽式褶皱，所述导向活塞（201）近阻尼活塞（202）一端被包裹在帽式褶皱内。

8.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述膜片（103）的边缘有凸起橡胶环（1031）形成密封圈，缸体（102）对应位置有凹槽，凸起橡胶环（1031）嵌入该凹槽内。

9.根据权利要求1所述的分子弹簧车辆悬架，其特征在于：所述端盖（101）穿过导向活塞（201）的内壁上开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有限位螺钉（1011）；导向活塞（201）轴向设置有限位槽（2011），限位螺钉（1011）从端盖内伸出到限位槽（2011）内。