CN109281974A - 一种基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，包括阀板，阀板固定设置于阻尼阀内液压油的过流通道内，阀板上通过开设切口形成振动部，振动部具有第一端部和第二端部，第一端部与阀板一体相连，第二端部能够相对于阀板摆动，第二端部上设置有质量块。本发明在不增加控制阀等附加机构的前提下，将阻尼阀设置为一个质量‑弹簧振动系统，利用油气弹簧内部的油压变化和外界激励的频率相同和油压变化大的特点，能够实现低频振动大阻尼、高频振动小阻尼，能够显著提高油气弹簧对于高频振动的隔振性，提高车辆的乘坐舒适性。同时，避免了油气弹簧在高频下的发热，降低了油气弹簧的工作温度，提高了油气弹簧的密封的可控性和寿命。

Description

一种基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧
技术领域
本发明涉及油气弹簧技术领域，特别是涉及一种基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧。
背景技术
油气弹簧采用压缩气体作为弹性介质，利用油液传递压强，能够有效地隔离基础的振动，并且在油液通道上安装阻尼机构，可以兼做减振器，在车辆，特别是高性能越野车辆上，得到了广泛的应用。
现有技术中的油气弹簧主要有两种，一种采用固定的阻尼孔，其阻尼特性不变。在低频路面上，阻尼力偏小，无法满足减振性要求；在高频路面上，阻尼力偏大，不但会过多地将路面不平度造成的振动传给车体，而且会造成油气弹簧发热过大，系统密封件过热损坏。另一种采用电控阻尼阀，虽然可以根据需求调整油气弹簧的阻尼力，但是需要增加额外的控制器，控制阀和连接线，增加了成本，对于油气弹簧的安装，更换都带来很大的不便。
车辆使用的减振器，很多标称频率敏感的减振器，其实并非频率敏感，而是位移敏感。它们是基于以下原理：低频振动的振幅较大，低频振动需要大阻尼，而高频振动的振幅较小，需要的阻尼也小。所以，只要实现对于大振幅的振动，提供较大的阻尼，对于小振幅的振动，提供较小的阻尼就可以满足要求。为了实现上述目的，该种减振器采用随位移变化的阻尼孔。一般的筒式减振器，采用在内缸加工斜槽，在减振器缸筒的静中间位置(对应车辆静平衡位置时，减振器活塞的位置)，槽深最大，随着远离静中间位置，槽深变浅。使得小振幅振动，有较小的阻尼，大振幅振动，有较大阻尼。上述方法虽然一定程度上实现了阻尼力对频率的敏感，但是对于低频大振幅振动叠加有高频小振幅的振动情况，就无能为力了。而车辆的振动恰恰是高低频振动的复合，因此，上述减振器不能满足更高的减振需求，同时，在工作缸筒开槽，工艺复杂，对于减振器的寿命有不利影响。
因此，如何提供一种油气弹簧，对于不同的振动频率能够提供不同的阻尼系数，从而为车辆悬架或者其它隔振系统提供更好的性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种油气弹簧，对于不同的振动频率能够提供不同的阻尼系数，从而为车辆悬架或者其它隔振系统提供更好的性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，包括阀板，所述阀板固定设置于阻尼阀内液压油的过流通道内，所述阀板上通过开设切口形成振动部，所述振动部具有第一端部和第二端部，所述第一端部与所述阀板一体相连，所述第二端部能够相对于所述阀板摆动，所述第二端部上设置有质量块。
优选地，所述阻尼阀包括阀体和阀套，所述阀套插入所述阀体内并通过阶梯结构限位，所述阀体与所述阀套的过流通道连通，所述阀板的边缘固定于所述阶梯结构处。
优选地，所述阀体的内表面与所述阀套的外表面通过油封进行密封，所述阀套的外表面设置有与所述油封匹配的凹槽。
优选地，还包括定位销，所述定位销用以对所述阀板周向限位，所述阀板上设置有定位孔，所述定位孔供定位销穿过，所述定位销穿过所述阀板后插入所述阀体。
优选地，所述定位孔位于所述振动部的中心线上。
优选地，所述定位孔位于所述阀板上靠近所述第一端部的一侧。
优选地，所述切口为“П”形。
优选地，所述质量块位于所述阀板上靠近蓄能器的一侧。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明在不增加控制阀等附加机构的前提下，将阻尼阀设置为一个质量-弹簧振动系统，利用油气弹簧内部的油压变化和外界激励的频率相同和油压变化大的特点，能够实现低频振动大阻尼、高频振动小阻尼，能够显著提高油气弹簧对于高频振动的隔振性，提高车辆的乘坐舒适性。同时，避免了油气弹簧在高频下的发热，降低了油气弹簧的工作温度，提高了油气弹簧的密封的可控性和寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧的一个视角的结构示意图；
图2为本发明基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧的另一个视角的结构示意图；
图3为安装有本发明基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧的阻尼阀的静止状态结构示意图；
图4为安装有本发明基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧的阻尼阀的工作状态结构示意图；
图5为本发明基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧应用于油气分隔式阻尼结构的示意图；
图6为车辆悬架振动的功率谱；
图7为本发明基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧的阀口开度与激励频率的关系图；
附图标记说明：1阀板；2振动部；3切口；4质量块；5定位孔；6定位销；7阀体；8阀套；9油封；10动力缸；11蓄能器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种油气弹簧，对于不同的振动频率能够提供不同的阻尼系数，从而为车辆悬架或者其它隔振系统提供更好的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实施例提供一种基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，包括阀板1，阀板1固定设置于阻尼阀内液压油的过流通道内，阀板1上通过开设切口3形成振动部2，振动部2具有第一端部和第二端部，第一端部与阀板1一体相连，第二端部能够相对于阀板1摆动，第二端部上设置有质量块4。
当油液流过阀板1时，阀板1上振动部2的第二端部沿切口3打开，起到阻尼的作用；当油液不流过阀板1时，振动部2的第二端部在弹性作用下恢复原状，切口3闭合。本实施例的切口3为“П”形，本领域技术人员也可选用其它形状，只要能实现阻尼功能即可。
需要说明的是，传统的阻尼结构为薄壁小孔形式或者阀片式结构，阻尼力大小都是由通过阻尼阀的液体的流速，可以由小孔节流公式描述：
其中，Q为流量，λ为流量系数，A为阻尼孔的有效面积，ρ为油液密度，Δp为阀板1两侧的压差。
可以看出，阻尼阀的阻尼系数和阀口的开度有关。传统阻尼机构的阀口开度是固定的，因此，阻尼特性是固定的。本实施例提供的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧在工作过程中，阀口开度是变化的，而流量是和阀口开度的有效值成递增关系，阻尼效果可通过改变质量块4的质量大小进行调节。
以激励为正弦为例，内部压强的变化可以写成：
p(t)＝Psin2πft
其中，P为压力变化的幅值，f为压力的频率。
设质量块4的质量为m1，阀板1上振动部2的等效质量为m2，振动部2的等效刚度为keq，则油气弹簧的固有频率可以表示为：
忽略系统阻尼，振动部2变形的幅值可以写为：
其中，F为将分布力等效到阀口的力，
其中，l为振动部2的第一端部到第二端部的距离，W为振动部2的宽度，x为到第一端部的距离。
则阀口开度的有效值为：
对于车辆悬架系统，其振动的功率谱如图6所示，其中a为车辆悬架的加速度。
在设计中，只需让振动部2的固有频率和f2接近即可。可通过调节质量块4的大小，调节fn。由于对于车辆悬架，通常，
因此，当激励为低频时，由于f＜＜fx，振动部2的变形接近于静变形，
当激励为f2附近，1-λ2→0，然后，可以看出，此时振动部2的开口很大，因此，对于高频系统的阻尼力很小。可以得到阀口开度与激励频率的关系，如图7所示。
因此，本实施例提供的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧在不增加控制阀等附加机构的前提下，将阻尼阀设置为一个质量-弹簧振动系统，利用油气弹簧内部的油压变化和外界激励的频率相同和油压变化大的特点，能够实现油气弹簧对于低频振动有较大的阻尼，有效抑制低频振动的振幅；对于高频振动，阻尼尽量小，能够显著提高油气弹簧对于高频振动的隔振性，提高车辆的乘坐舒适性。同时，避免了油气弹簧在高频下的发热，降低了油气弹簧的工作温度，提高了油气弹簧的密封的可控性和寿命。
安装有该油气弹簧的阻尼阀可用于油气分隔式阻尼结构中，也可用于油气混合式阻尼结构中，本实施例以油气分隔式阻尼结构为例进行说明，油气混合式阻尼结构与本实施例类似。
如图3-4所示，阻尼阀包括阀体7和阀套8，阀套8插入阀体7内并通过阶梯结构限位，阀体7与阀套8的过流通道连通，阀板1的边缘固定于阶梯结构处。
进一步的，为了提高整体密封性，阀体7的内表面与阀套8的外表面通过油封9进行密封，阀套8的外表面设置有与油封9匹配的凹槽。
更进一步的，为了对油气弹簧进行周向定位，该阻尼阀还包括定位销6，阀板1上设置有定位孔5，定位孔5供定位销6穿过，定位销6穿过阀板1后插入阀体7。定位孔5优选为位于振动部2的中心线上，具体是位于阀板1上靠近第一端部的一侧。
如图5所示，油气分隔式阻尼结构主要包括动力缸10和蓄能器11，阻尼阀安装在动力缸10和蓄能器11之间，当动力缸10活塞随车轮往复移动，动力缸10里的油液就会途经阻尼阀进出蓄能器11，实现阻尼作用，质量块4优选为位于阀板1上靠近蓄能器11的一侧。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，包括阀板，所述阀板固定设置于阻尼阀内液压油的过流通道内，所述阀板上通过开设切口形成振动部，所述振动部具有第一端部和第二端部，所述第一端部与所述阀板一体相连，所述第二端部能够相对于所述阀板摆动，所述第二端部上设置有质量块。
2.根据权利要求1所述的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，所述阻尼阀包括阀体和阀套，所述阀套插入所述阀体内并通过阶梯结构限位，所述阀体与所述阀套的过流通道连通，所述阀板的边缘固定于所述阶梯结构处。
3.根据权利要求2所述的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，所述阀体的内表面与所述阀套的外表面通过油封进行密封，所述阀套的外表面设置有与所述油封匹配的凹槽。
4.根据权利要求2所述的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，还包括定位销，所述定位销用以对所述阀板周向限位，所述阀板上设置有定位孔，所述定位孔供定位销穿过，所述定位销穿过所述阀板后插入所述阀体。
5.根据权利要求4所述的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，所述定位孔位于所述振动部的中心线上。
6.根据权利要求5所述的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，所述定位孔位于所述阀板上靠近所述第一端部的一侧。
7.根据权利要求1所述的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，所述切口为“П”形。
8.根据权利要求1所述的基于共振方式的频率敏感阻尼油气弹簧，其特征在于，所述质量块位于所述阀板上靠近蓄能器的一侧。
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