CN108626287A - 具有用于改善导热性和阻尼能力的嵌入结构的弹性体衬套 - Google Patents

具有用于改善导热性和阻尼能力的嵌入结构的弹性体衬套 Download PDF

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Abstract

一种用于车辆悬架的弹性体衬套包括内部金属管和外部金属管，位于管之间的弹性体材料以及缠绕或网状形式的一束或多束编织线(绳索或线缆)，其中线的至少一部分接触至少一个管。衬套通过金属对金属的接触增强了导热性并且改善了阻尼能力，以在循环负载和卸载时减少材料内部的热量累积。金属线、金属线绳或线网在注塑成型期间嵌入弹性体材料中，其中线绳的端部附接到内部金属管和外部金属管的相对侧壁，或与相对侧壁间隔开以用于可调性，并且由此能够在弹性体衬套使用期间更有效地将弹性体衬套内产生的热量散发到运动学上连接的悬挂构件中。

Description

具有用于改善导热性和阻尼能力的嵌入结构的弹性体衬套
技术领域
所公开的发明构思涉及用于车辆悬架的具有用于改善导热性和阻尼能力的嵌入结构的衬套。更具体地，所公开的发明构思涉及用于车辆悬架的具有由线束形成的嵌入绳索的弹性体衬套。该绳索在成型过程中嵌入衬套中。多根单独的线可以是线性的或者相对于彼此扭转的。根据所公开的发明构思的具有嵌入结构的衬套具有广泛的应用，包括机动车辆产品(特别是在车辆悬架的情况下)、以及非机动车辆产品。
背景技术
弹性体衬套是一种虽然主要是而并非专用于车辆悬架系统中的结构元件。弹性体悬架衬套的主要任务是在不影响车辆在其使用寿命期间的转向、驾驶和操纵特性的情况下，为车辆车身提供对不希望的振动和冲击的隔离。弹性体衬套在运动学上连接两个悬架构件，同时减弱它们从车轮向车辆的车身或车架传递的载荷。通常在金属铸件或外管内由弹性体材料(例如天然橡胶、合成橡胶或聚氨酯)的环形圆筒构成车辆悬架衬套。它们通常还包括用于保护衬套不被衬套夹紧零件压扁的内部挤压管。
近年来，由于全球变暖的担忧，车辆二氧化碳排放的规定变得更加严格。这促使对减少车辆重量但不影响客户乘坐质量和舒适性的高需求，这在使用具有固有物理限制的传统弹性体材料来设计悬架衬套的情况下提出了挑战。
对于弹性体材料，施加到衬套的外部或内部套筒或者管的力或力矩与相对位移或旋转之间的关系是非线性的(即具有明显的弹性滞后)。相应地，弹性体衬套在其负载和卸载过程中将变形应变能量转化为热量，从而为接头提供阻尼。过度的热量会使弹性体材料变硬。随着衬套材料变硬，衬套材料会趋于断裂、破裂、然后瓦解。其温度决定衬套的寿命。崎岖不平的道路状况和/或有缺陷的振动吸收器或支柱会导致过度的悬架运动，从而产生更多热量，这缩短衬套的使用寿命。通常在车辆悬架衬套中使用的弹性体材料具有相对低的导热率，这不允许热量从弹性体材料快速传递到内部衬套套筒或外部衬套套筒。为了解决这样的难题，已经开发了例如美国公开号为2007/0045918 A1的公开文献所示的利用液压阻尼原理的液压阻尼悬架衬套。但是，这些类型的衬套相对昂贵，因此在生产中不被广泛使用。因此，为了防止由于材料疲劳导致的不希望的噪音和振动水平或者甚至总体衬套故障，非常希望提高悬架衬套的整体热导率以便更有效地将热量散发到环境中。
正如在许多制造技术领域中一样，总是存在关于与通常用于各种机械和结构部件的金属材料相关联的不希望的噪音和振动的改善空间。
发明内容
所公开的发明构思涉及改善弹性体衬套的导热性和阻尼能力。这两个目的是通过在模制过程期间在衬套的内金属管与外金属管之间嵌入一根或几根金属线绳或金属网来实现的。至少一部分绳索或网状物最初定位成与内金属管或外金属管接触或与两个管接触。由于金属材料与常规弹性体材料相比具有高得多的热导率，所以嵌入的线在弹性体衬套材料动态变形时能够通过金属管更有效的发散弹性体衬套材料内产生的热。将金属线、金属线绳或金属网嵌入弹性体衬套中还允许利用线间摩擦的众所周知的优点来助于改善衬套振动阻尼性能。
悬架构件通常在三维空间中移动。相应地，悬架衬套在几个模式下同时受到变形，在这几个模式中悬架衬套主要在其两个主要(径向和轴向)方向上传递显著负载。在径向方向上，衬套由于弹性体材料的组合剪切、压缩和延伸而表现出高刚度。在轴向上，衬套由于在这种情况下仅存在剪切变形而表现出较低的刚度。在剩余的两种变形模式(扭转和圆锥形)中，衬套更加依从，并且主要用作运动关节。
不均匀的衬套刚度可能会降低悬架机构在某些方向上的刚度，从而导致悬架的额外自由度。在这些情况下，衬套仍然必须履行其主要任务，即在不影响车辆的转向、行驶和操纵特性的情况下使车辆车身隔离不希望的振动和冲击。
所公开的衬套表现出增强的导热性和改善的阻尼能力，这有助于在其循环负载和卸载时减少弹性体材料的热积聚，从而延长衬套的使用寿命。衬套的热导率和增强的阻尼能力的增加是由于：在其注塑成型操作期间将与金属管中的一个或两个接触的金属线、金属线绳或金属线网嵌入到弹性体材料中，其中线绳的端部选择性地附接到内金属管和外金属管的相对侧壁上、或者与相对侧壁间隔开以便于可调性，从而能够更有效地将弹性体衬套在其使用期间产生的热量散发到运动学上连接的悬挂构件中，然后散发到环境中。将金属线、金属线绳或金属线网嵌入弹性体衬套中的另一个益处是利用动态负载时在各个线的表面之间产生的线间摩擦的众所周知的益处，来改善主要由弹性体的非线性应力-应变关系所决定的衬套振动阻尼性能。
根据本发明，提供一种用于部件之间的衬套，衬套包含：
内部金属管和外部金属管，每个管具有内壁；
形成在内壁之间的弹性体材料；和
位于材料内并且抵靠内壁中的一个的至少一束金属线，由此各个线的表面相对于彼此的可滑动接触以及与内壁的金属对金属接触改善了热导率并且抑制了共振振动。
根据本发明的一个实施例，其中外管具有第一端部，内管具有第一端部，外管具有第二端部并且内管具有第二端部，其中至少一束金属线从外管和内管的第一端部以及外管和内管的第二端部延伸。
根据本发明的一个实施例，其中外管具有第一端部，内管具有第一端部，外管具有第二端部并且内管具有第二端部，其中至少一束金属线从邻近外管和内管的第一端部的区域以及邻近外管和内管的第二端部的区域延伸。
根据本发明的一个实施例，其中至少一束金属线是线网。
根据本发明的一个实施例，其中线网包括相对于衬套大体纵向延伸的多个线以及相对于大体纵向延伸的线大体垂直延伸的多个线。
根据本发明的一个实施例，其中该束的线相对于彼此线性地设置。
根据本发明的一个实施例，其中该束的线相对于彼此螺旋地设置。
根据本发明，提供一种用于两个或更多个部件之间的衬套，衬套包含：
具有中心区域的外部金属管；
位于外管的中心区域内的内部金属管；
形成在管之间的弹性体材料；和
位于材料内并且至少部分地抵靠管中的至少一个的至少一束金属线，由此各个线的表面相对于彼此的可滑动接触以及与管的金属对金属接触改善了热导率并且抑制了衬套的共振振动。
根据本发明的一个实施例，其中外管具有第一端部，内管具有第一端部，外管具有第二端部并且内管具有第二端部，其中至少一束金属线从外管和内管的第一端部以及外管和内管的第二端部延伸。
根据本发明的一个实施例，其中外管具有第一端部，内管具有第一端部，外管具有第二端部并且内管具有第二端部，其中至少一束金属线从邻近外管和内管的第一端部的区域以及邻近外管和内管的第二端部的区域延伸。
根据本发明的一个实施例，其中至少一束金属线是线网。
根据本发明的一个实施例，其中线网包括相对于衬套大体纵向延伸的多个线以及相对于大体纵向延伸的线大体垂直延伸的多个线。
根据本发明的一个实施例，其中外管包括内表面，并且金属线的束中的至少一个定位成抵靠内表面，以允许线与管的内表面之间导热传递。
根据本发明的一个实施例，其中内管包括内表面，并且金属线的束中的至少一个定位成抵靠内表面。
根据本发明的一个实施例，其中该束的线相对于彼此线性地设置。
根据本发明的一个实施例，其中该束的线相对于彼此螺旋地设置。
根据本发明，提供一种形成用于两个或更多个部件之间的衬套的方法，方法包含：
形成至少一束金属线，该线线性地或螺旋地排列；
形成具有内壁的外管；
形成具有内壁的内管；
将至少一束金属线中的一个定位成抵靠内壁中的一个；和
在管之间注入弹性体材料。
根据本发明的一个实施例，其中外管具有第一端部，内管具有第一端部，外管具有第二端部并且内管具有第二端部，其中至少一束金属线从外管和内管的第一端部以及外管和内管的第二端部延伸。
根据本发明的一个实施例，其中外管具有第一端部，内管具有第一端部，外管具有第二端部并且内管具有第二端部，其中至少一束金属线从邻近外管和内管的第一端部的区域以及邻近外管和内管的第二端部的区域延伸。
根据本发明的一个实施例，其中至少一束金属线选自由缠绕线、非缠绕线和线网组成的组。
结合附图，根据优选实施例的以下详细描述，上述优点和其他优点和特征将变得显而易见。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在应该参考在附图中更详细示出的并且下面通过本发明的示例描述的实施例，其中：
图1是根据所公开的发明构思中使用的绳索的一个实施例的形成减振绳索的一束线性线的透视图；
图2是根据所公开的发明构思中使用的绳索的另一个实施例的形成减振绳索的一束扭转线的透视图；
图3是根据所公开的发明构思形成减振绳索的一束线的截面图；
图4是根据所公开的发明构思的具有用于改善阻尼能力的嵌入减振绳索的弹性体衬套的截面图；
图5是根据所公开的发明构思的一个实施例的具有用于改善阻尼能力的嵌入减振绳索的弹性体衬套的纵向截面图的视图，其中绳索的端部延伸到衬套的端部；
图6是根据所公开的本发明构思的另一实施例的具有用于改善阻尼能力的嵌入减振绳索的弹性体衬套的纵向截面图的视图，其中绳索的端部不延伸到衬套的端部；
图7是根据所公开的本发明构思的又一实施例的具有用于改善阻尼能力的嵌入减振绳索的弹性体衬套的纵向截面图的视图，其中绳索是缠绕的；和
图8是根据所公开的本发明构思的又一实施例的具有用于改善阻尼能力的嵌入减振绳索的弹性体衬套的纵向截面图的视图，其中绳索为网状形式。
具体实施方式
在以下附图中，相同的附图标记将用于指代相同的部件。在以下描述中，针对不同构造的实施例描述了各种操作参数和部件。作为示例来包括这些具体的参数和部件，但并不意味着限制。
在附图中示出所公开的发明构思，其中示出了用于车辆悬架的具有改善的导热性和阻尼能力的弹性体衬套的替代实施例。应该理解，所公开的发明构思的其他变体是可能的，包括但不限于在车辆悬架中使用的弹性体衬套的其他应用。
附图和相关描述说明了根据所公开的发明构思的减振绳索的构造和使用。特别是，图1至图3示出了减振绳索本身。图4至图8示出了根据所公开的发明构思的弹性体衬套的各种实施例，其中以各种构型示出了示出为与内管和外管接触的绳索和线网。
参考图1，根据所公开的发明构思的一个实施例，总体上示为10的减振绳索包括第一端部12和第二端部14。减振绳索10包括多个展开线16。根据该实施例，以如图1所示的线性排列的方式设置展开线16。
参考图2，根据所公开的本发明构思的另一个实施例，总体上示为20的减振绳索包括第一端部22和第二端部24。减振绳索20包括多个展开线26。根据该实施例，线26以如图2所示的螺旋方式扭转。
在如图1和2以及其他附图中所示的所公开的发明构思中使用的裸线的长度和直径仅仅是提示性的，并非旨在作为限制。同样地，如图所示的线的数量、直径和内部结构也只是提示性的。可以以线性或螺旋方式构造形成绳索的各个线。
可以包含比图1至图3所示的更多或更少数量的线。通过调整各个减振绳索的长度和直径并且通过调节线的数量、直径和内部构造，可以将根据所公开的发明构思的导热性和阻尼特性几乎无限地调节为用于各种各样的应用。线优选地由钢制成，但也可以选择其他金属来用于该用途。线绳可以由相同的金属或不同的金属制成。
在图3中仅示出了绳索10(或绳索20)的截面图。绳索10由一系列单独的线16组成(或者绳索20由一系列单独的线26组成)。
所公开的发明构思的减振绳索具有几乎无限的应用，并且可以不管形状和应用如何而用于包括弹性体材料作为衬套的任何部件。由于绳索长度和直径有许多可以想到的变化，因此它可以在不损害其阻尼效果的情况下适用于几乎无限数量的用法。因此，为了不限制根据所公开的本发明构思的作为减振部件的本发明的广泛用法，所公开的发明构思的减振绳示出为如图4至8所示的潜在用法。
在图4中示出了在弹性体衬套内形成的绳索束的示例。根据该图，以横截面示出了总体示出为30的用于车辆悬架的弹性体衬套。弹性体衬套30包括外套筒或管32和内管34。外管32和内管34都由钢或类似的金属构成。在内管34中形成中空的中央区域36。
在外管32与内管34之间形成包括天然或合成橡胶或聚氨酯的弹性体材料38。多个导热和阻尼线或线束40被定位在弹性体材料38内以形成该弹性体衬套30。如图所示，某些线或线束40被策略性地定位成邻近或抵靠外管32的内表面40，并且线或线束的其余部分被策略性地定位成邻近或抵靠内管34的内表面。可以使用更多或更少数量的线或线束40。另外，线或线束40的设置方式也可以不同于所示。例如，所有的线或线束40可以定位在外管32或内管34的内表面中的一个或另一个附近。另外，线或线束40中的一个或多个可以定位远离外管32或内管34的内表面。
参考图5，示出了根据所公开的发明构思的一个实施例的用于车辆悬架的具有改善的导热性和阻尼特性的弹性体衬套的纵向截面图。总体上示为50的弹性体衬套包括第一端部52和相对的第二端部54。在不偏离本发明的范围或精神的情况下，弹性体衬套50的长度和宽度可以与所示构造不同。
弹性体衬套50包括外管56和间隔开的具有中空中心60的同心内管58。外管56和内管58优选但不是绝对地由金属(例如钢)构成。
在外管56与内管58之间形成由如天然橡胶、合成橡胶或聚氨酯的材料形成的弹性体芯62。为了提供根据该实施例的改善的导热性和阻尼特性，弹性体衬套50包括大体从第一端部52延伸到第二端部54的线束64和64'。应当理解，尽管示出两个线束64和64'，但根据使用和期望的导热性和阻尼特性，可以仅使用单个线束或者可以使用多于两个的线束。以这种方式，所公开的发明构思可以针对给定应用来进行具体调节。此外，线束64和64'可以附接到外管56或内管58的内表面。
参考图6，示出了根据所公开的发明构思的另一实施例的用于车辆悬架的具有改善的导热性和阻尼特性的弹性体衬套的纵向截面图。总体上示为70的弹性体衬套包括第一端部72和相对的第二端部74。在不偏离本发明的范围或精神的情况下，弹性体衬套70的长度和宽度可以与所示构造不同。
弹性体衬套70包括外管76和间隔开的具有中空中心80的同心内管78。外管76和内管78优选地但不是绝对地都由金属(如钢)构成。
在外管76与内管78之间形成由如天然橡胶、合成橡胶或聚氨酯的材料形成的弹性体芯82。为了提供根据该实施例的改善的导热性和阻尼特性，弹性体衬套70包括大体从与第一端部72相邻但不接触的点延伸到与第二端部74相邻但不接触的点的非缠绕的线束84和84'。应该理解，尽管示出了两个线束84和84'，但是根据使用和期望的导热性和阻尼特性，可以仅使用单个线束或者可以使用多于两个的线束。以这种方式，所公开的发明构思可以针对给定应用进行具体调节。此外，线束84和84'可以附接到外管76或内管78的内表面。
参考图7，示出了根据所公开的发明构思的另一实施例的用于车辆悬架的具有改善的导热性和阻尼特性的弹性体衬套的纵向截面图。总体示为90的弹性体衬套包括第一端部92和相对的第二端部94。在不偏离本发明的范围或精神的情况下，弹性体衬套90的长度和宽度可以不同于图示的构造。
弹性体衬套90包括外管96和间隔开的具有中空中心100的同心内管98。外管96和内管98优选但不是绝对地由金属(例如钢)构成。
在外管96与内管98之间形成由如天然橡胶、合成橡胶或聚氨酯的材料形成的弹性体芯102。为了提供根据该实施例的改善的导热性和阻尼特性，弹性体衬套90包括大体从第一端部92延伸到第二端部94的缠绕线束104和104'，然而缠绕线束104和104'的一端或两端可以从邻近第一端部92或第二端部94的点延伸。应该理解，虽然示出了两个线束104和104'，但根据使用情况和所需的导热性和阻尼特性可以仅使用单个线束或者可以使用多于两个的线束。以这种方式，所公开的发明构思可以针对给定应用进行具体调节。此外，线束104和104'可以附接到外管96或内管98的内表面。
参考图8，示出了根据所公开的发明构思的另一实施例的用于车辆悬架的具有改善的导热性和阻尼特性的弹性体衬套的纵向截面图。总体上示为110的弹性体衬套包括第一端部112和相对的第二端部114。在不偏离本发明的范围或精神的情况下，弹性体衬套110的长度和宽度可以不同于图示的构造。
弹性体衬套110包括外管116和间隔开的具有中空中心120的同心内管118。外管116和内管118优选但不是绝对地由金属(如钢)构成。
在外管116与内管118之间形成由如橡胶或聚氨酯的材料形成的弹性体芯122。为了提供根据该实施例的改善的导热性和阻尼特性，弹性体衬套110包括可以完全或不完全在弹性体衬套110的第一端部112与第二端部114之间延伸的线网元件(例如线网元件124和124')。
线网124包括捆扎在一起以形成沿第一方向Y延伸的线绳126的阵列和沿第二方向Y延伸的线绳128的阵列的多个单独金属线。线网124'包括捆扎在一起以形成沿第一方向Y延伸的线绳126'的阵列和沿第二方向Y延伸的线绳128'的阵列的多个单独金属线。
应该理解，虽然弹性体衬套的不同实施例在本文中被图示和讨论为每个都具有非缠绕的线束、缠绕的线束或线网，但是这种非缠绕或缠绕的线束或网中的两个或更多个可以组合使用在一个单独的衬套中。此外，虽然以上在图5中示出线从弹性体衬套的一端延伸到另一端，在图6中线从靠近但不处于弹性体衬套的端部的位置延伸，但这些设置不是排他性的，而是可以组合使用。
本领域技术人员将从这些讨论以及附图和权利要求中容易地认识到，在不脱离由以下权利要求限定的本发明的真实精神和合理范围的情况下，可以在其中进行各种改变、修改和变化。

Claims (15)

1.一种用于部件之间的衬套，所述衬套包含：
内部金属管和外部金属管，每个所述管具有内壁；
形成在所述内壁之间的弹性体材料；和
位于所述材料内并且抵靠所述内壁中的一个的至少一束金属线，由此各个线的表面相对于彼此的可滑动接触以及与所述内壁的金属对金属接触改善了热导率并且抑制了共振振动。
2.根据权利要求1所述的用于部件之间的衬套，其中所述外管具有第一端部，所述内管具有第一端部，所述外管具有第二端部并且所述内管具有第二端部，其中所述至少一束金属线从所述外管和所述内管的所述第一端部以及所述外管和所述内管的所述第二端部延伸。
3.根据权利要求1所述的用于部件之间的衬套，其中所述外管具有第一端部，所述内管具有第一端部，所述外管具有第二端部并且所述内管具有第二端部，其中所述至少一束金属线从邻近所述外管和所述内管的所述第一端部的区域以及邻近所述外管和所述内管的所述第二端部的区域延伸。
4.根据权利要求1所述的用于部件之间的衬套，其中所述至少一束金属线是线网。
5.根据权利要求4所述的用于部件之间的衬套，其中所述线网包括相对于所述衬套大体纵向延伸的多个线以及相对于所述大体纵向延伸的线大体垂直延伸的多个线。
6.根据权利要求1所述的用于部件之间的衬套，其中所述束的所述线相对于彼此线性地设置。
7.根据权利要求1所述的用于部件之间的衬套，其中所述束的所述线相对于彼此螺旋地设置。
8.一种用于两个或更多个部件之间的衬套，所述衬套包含：
具有中心区域的外部金属管；
位于所述外管的所述中心区域内的内部金属管；
形成在所述管之间的弹性体材料；和
位于所述材料内并且至少部分地抵靠所述管中的至少一个的至少一束金属线，由此各个所述线的表面相对于彼此的可滑动接触以及与所述管的金属对金属接触改善了热导率并且抑制了所述衬套的共振振动。
9.根据权利要求8所述的用于两个或更多个部件之间的衬套，其中所述线网包括相对于所述衬套大体纵向延伸的多个线以及相对于所述大体纵向延伸的线大体垂直延伸的多个线。
10.根据权利要求8所述的用于两个或更多个部件之间的衬套，其中所述外管包括内表面，并且所述金属线的束中的至少一个定位成抵靠所述内表面，以允许所述线与所述管的所述内表面之间导热传递。
11.根据权利要求8所述的用于两个或更多个部件之间的衬套，其中所述内管包括内表面，并且所述金属线的束中的至少一个定位成抵靠所述内表面。
12.一种形成用于两个或更多个部件之间的衬套的方法，所述方法包含：
形成至少一束金属线，所述线线性地或螺旋地排列；
形成具有内壁的外管；
形成具有内壁的内管；
将所述至少一束金属线中的一个定位成抵靠所述内壁中的一个；和
在所述管之间注入弹性体材料。
13.根据权利要求12所述的形成用于两个或更多个部件之间的衬套的方法，其中所述外管具有第一端部，所述内管具有第一端部，所述外管具有第二端部并且所述内管具有第二端部，其中所述至少一束金属线从所述外管和所述内管的所述第一端部以及所述外管和所述内管的所述第二端部延伸。
14.根据权利要求12所述的形成用于两个或更多个部件之间的衬套的方法，其中所述外管具有第一端部，所述内管具有第一端部，所述外管具有第二端部并且所述内管具有第二端部，其中所述至少一束金属线从邻近所述外管和所述内管的所述第一端部的区域以及邻近所述外管和所述内管的所述第二端部的区域延伸。
15.根据权利要求12所述的形成用于两个或更多个部件之间的衬套的方法，其中所述至少一束金属线选自由缠绕线、非缠绕线和线网组成的组。
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