CN110067828B - 一种准零刚度隔振系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种准零刚度隔振系统和车辆，包括负刚度装置、空气弹簧和齿轮齿条机构；所述空气弹簧一端与车身连接，另一端与底盘车架连接；所述负刚度装置沿空气弹簧中心轴线呈对称分布；所述负刚度装置一端与齿轮齿条机构连接，另一端用于与底盘车架连接；所述齿轮齿条机构的齿条用于与车身连接，齿轮用于与底盘车架连接。本发明可应用于汽车悬架领域，车身在部分跳动范围内，减小总体刚度，降低固有频率，提高整车的平顺性；当车身跳动量过大时，即车身振幅大时，齿轮齿条不啮合，负刚度装置停止工作，进而避免了负刚度装置带来的不稳定性。本发明整体结构简单，更加节能。

Description

一种准零刚度隔振系统和车辆

技术领域

本发明属于机械隔振技术领域，具体涉及一种准零刚度隔振系统和车辆。

背景技术

悬架系统关系到整车的平顺性与操稳性。人体对4-12.5Hz的低频振动最敏感，故低频输入对悬架舒适性影响较大。低刚度悬架能有效吸收低频震动,但对悬架整体的承载力和操纵稳定性都有负面影响。所以，“高静低动”是理想悬架系统的刚度要求。对于这一问题，准零刚度能提供有效的解决方案。一些专利如CN201620730321.1中所述的正负刚度可调的准零刚度隔振器，通过螺旋弹簧的正负并联实现了准零刚度，提高了隔振性能，但仅适用于小振幅振动，未考虑到大振幅下负刚度系统带来的不稳定，且结构中使用多个弹簧，利用其串并联以及相互角度关系来实现准零刚度，结构显得复杂，不利于整体的性能稳定；又如CN108386471中所述的单自由度水平准零刚度隔振器，结构简单，利用单摆原理，通过多根杠杆的受力关系与角度关系实现系统的准零刚度，但其准零刚度范围小，不适合振动幅值大的扰动隔离，且冲击均由杆件承受，对杆件的刚度和加工精度要求都较高，成本大。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种准零刚度隔振系统，在部分范围内能实现准零刚度的隔振，使得在一定振幅内，具有准零刚度的特性，极大降低系统的固有频率，提高了悬架的平顺性；而当车身振幅过大时，负刚度系统不工作，从而避免负刚度带来的不稳定性。

本发明还提供一种具有所述准零刚度隔振系统的车辆。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种准零刚度隔振系统，包括负刚度装置、空气弹簧和齿轮齿条机构；

所述空气弹簧一端与车身连接，另一端与底盘车架连接；所述负刚度装置沿空气弹簧中心轴线呈对称分布；

所述负刚度装置一端与齿轮齿条机构连接，另一端用于与底盘车架连接；

所述齿轮齿条机构的齿条用于与车身连接，齿轮用于与底盘车架连接。

上述方案中，所述负刚度装置包括连杆、活塞和气缸缸体；

所述连杆的一端与齿轮连接，另一端与活塞连接，所述活塞安装在气缸缸体内。

进一步的，所述连杆的一端与齿轮销连接，另一端与活塞销连接。

进一步的，所述齿条两端分别设有光滑段，所述气缸缸体的缸壁设有限位机构，所述限位机构用于限制活塞的行程。

上述方案中，所述齿轮齿条机构的齿条分别位于空气弹簧的两侧，且沿空气弹簧中心轴线呈对称分布，所述齿条的上端与车身连接。

上述方案中，所述齿轮齿条机构位于整个隔振系统的内侧，与空气弹簧并列布置；

所述空气弹簧的端盖与车身连接，所述齿条的上端通过空气弹簧的端盖与车身连接，齿条设有双侧齿槽，齿轮以齿条中心轴线对称分布。

上述方案中，所述齿轮与底盘车架通过滑动轴承连接，滑动轴承的内孔与底盘车架过盈配合，齿轮内孔与轴承外圆键连接。

一种车辆，包括所述的准零刚度隔振系统。

有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述准零刚度隔振系统是负刚度机构并联正刚度机构而成的，负刚度由气缸活塞、齿轮齿条装置实现，在垂直方向上能提供负刚度，根据正负刚度并联相消原理，在负刚度装置有效行程内，隔振系统的总体刚度接近于零，本发明采用齿轮齿条实现传力，传递平稳，可靠性高，通过活塞和限位机构对齿条行程的限制使得负刚度装置在一定行程内有效。本发明可应用于汽车悬架领域，车身在部分跳动范围内，减小总体刚度，降低固有频率，提高整车的平顺性；当车身跳动量过大时，即车身振幅大时，齿轮齿条不啮合，负刚度装置停止工作，进而避免了负刚度装置带来的不稳定性。本发明整体结构简单，更加节能。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本实施例1负刚度临界位置示意图。

图3是本发明实施例2的结构示意图。

图中，1.车身；2.齿条；3.齿轮；4.连杆；5.气缸缸体；6.活塞；7.限位块；8.底盘车架；9.空气弹簧；10.车身。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1所示为本发明所述准零刚度隔振系统的一种实施方式，所述准零刚度隔振系统包括负刚度装置、空气弹簧9和齿轮齿条机构。

所述齿轮齿条机构位于空气弹簧9的外部，所述齿轮齿条机构的齿条2分别位于空气弹簧9的两侧，且沿空气弹簧9中心轴线呈对称分布，齿条2的上端与车身1连接。

所述空气弹簧9一端与车身1连接，另一端与底盘车架8连接；所述负刚度装置位于底盘车架和齿轮齿条之间，所述负刚度装置沿空气弹簧9中心轴线呈对称分布。

所述负刚度装置一端与齿轮齿条机构连接，另一端用于与底盘车架8连接；所述负刚度装置包括连杆4、活塞6和气缸缸体5；所述活塞6安装在气缸缸体5内。所述连杆4的一端与齿轮3销连接，另一端与活塞6销连接。

所述齿轮齿条机构的齿条2可采取焊接等方式固定在车身1上，与车身1无相对运动；所述齿轮3中心也采取焊接等方式固定在底盘车架8上。所述齿轮3与底盘车架8通过滑动轴承连接，滑动轴承的内孔与底盘车架8过盈配合，避免齿轮的转矩传递到底盘车架上，影响使用寿命，齿轮3内孔与轴承外圆键连接，将齿轮3与轴承外圈相固定，当路面有冲击时，车身底盘的相对运动转化成了齿轮与齿轮的相对转动。车身1的振幅为△h，齿轮3就相对转过△h/R rad，R为齿轮的半径，所述齿轮齿条机构采取外啮合方式，所述齿条2两端分别设有光滑段，中间部分轮齿沿齿条中线呈对称分布，以限制负刚度的使用范围。所述气缸缸体5的缸壁设有限位机构7，所述限位机构7用于限制活塞6的行程。

所述连杆4是连接齿轮3和活塞6的中介，将齿轮3的往复转动转化成活塞6的来回运动；优选的，连杆4小头透过销连接与齿轮3相联系，连杆4大头同样通过销连接与活塞6中心连接；活塞6内部充满高压气体，以此来提供弹性；内部高压气体在负刚度范围内均大于大气压力，在活塞6的来回运动过程中，由于内部高压始终大于大气压，作用在活塞6上的一直为推力，内部气体压力为Pa，活塞6横截面积为A，则作用在活塞6上的推力大小为[(Pa-Po)A]N，在车身1上下跳动时，此推力的作用是推动车身1远离平衡位置，达到负刚度效果；活塞6上有密封装置，以确保高压气体被密封在气缸缸体5内部，避免泄露；气缸缸体5底部开一充气孔，实现对气缸缸体5内部气体的充放，另外也可用于改变内部气压以适应环境需要；在气缸缸体5临近出口部位设置有限位机构7，以避免在齿轮3转到齿条2上的光滑段时，气缸缸体5内部高压气体的推力通过连杆4传递到齿轮3上推动齿轮3空转，从而失去负刚度装置的精准性；限位机构7沿气缸缸体5轴线呈对称分布，限位机构7的高度不宜过高，避免影响连杆运动。如图3所示为负刚度临界位置示意图，限位机构7要与齿轮齿条相配合，当车身的振幅达到一定程度，齿轮3转到齿条2的光滑段的同时，活塞6应运动到限位机构7，限位机构7挡住活塞6继续向前运动，中断高压气体的推力传递，从而使得负刚度装置失效，避免了因负刚度过大而给装置带来的不稳定性。

所述气缸缸体5底部与底盘车架8相固定，内部充有高压气体来提供弹性；气缸缸体5长度要合适，不能过长影响连杆4转动；所述活塞6安装在气缸缸体5内，所述活塞6与气缸缸体5的缸壁滑动连接，且活塞6与气缸缸体5之间设有密封件将高压气体封闭在气缸缸体5内部，所述活塞6与气缸缸体5的相对运动始终平行于气缸缸体5。

在平衡位置时，调节所述齿条2与所述齿轮3使其在平衡位置时齿条2中点、齿轮3中心、连杆4轴线、气缸缸体5中心线位于一条水平线上；此时气缸缸体5缸内气压也为最高值。

所述空气弹簧9上端连接车身1，底部连接底盘车架8；负刚度系统给活塞6的推力与车身1给空气弹簧9的弹力是并联关系，即将负刚度与正刚度系统相并联以实现准零刚度，从而提高车辆行驶时的平顺性。

部分范围准零刚度隔振系统，选定的负刚度有效区间为空气弹簧9振幅±80mm，当车身1上下跳动±△x时，所述齿轮3相应转过

活塞6左右移动量为

r为连杆4小头固定端与齿轮3中心的距离，l为连杆4长度。

实施例2

图2所示为本发明所述准零刚度隔振系统的另一种实施方式，本实施例与实施例1的主要区别在于，所述齿轮齿条机构位于整个隔震系统的内侧，与空气弹簧9并列布置，且与空气弹簧9的对称面重合；所述空气弹簧9的端盖通过螺纹与车身1连接，齿条2可以通过焊接等方式连接到空气弹簧9的端盖上，齿条2中心位置应与空气弹簧9对称面重合，车身1的振幅同时传给空气弹簧9和齿条2，达到正负刚度并联的效果；所述齿条2的上端通过空气弹簧9的端盖与车身1连接，齿条2设有双侧齿槽，齿轮3以齿条2中心轴线对称分布。

实施例3

一种车辆，包括实施例1或2所述的准零刚度隔振系统，因此具有实施例1或2的有益效果，此处不再赘述。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种准零刚度隔振系统，其特征在于，包括负刚度装置、空气弹簧(9)和齿轮齿条机构；

所述空气弹簧(9)一端与车身(1)连接，另一端与底盘车架(8)连接；所述负刚度装置沿空气弹簧(9)中心轴线呈对称分布；

所述负刚度装置一端与齿轮齿条机构连接，另一端用于与底盘车架(8)连接；所述负刚度装置包括连杆(4)、活塞(6)和气缸缸体(5)；所述连杆(4)的一端与齿轮(3)连接，另一端与活塞(6)连接，所述活塞(6)安装在气缸缸体(5)内；所述连杆(4)的一端与齿轮(3)销连接，另一端与活塞(6)销连接；

所述齿轮齿条机构的齿条(2)用于与车身(1)连接，齿轮(3)用于与底盘车架(8)

连接；所述齿条(2)两端分别设有光滑段，所述气缸缸体(5)的缸壁设有限位机构(7)，所述限位机构(7)用于限制活塞(6)的行程；

所述齿轮齿条机构的齿条(2)分别位于空气弹簧(9)的两侧，且沿空气弹簧(9)中心轴线呈对称分布，所述齿条(2)的上端与车身(1)连接；

或所述齿轮齿条机构位于整个隔振系统的内侧，与空气弹簧(9)并列布置；所述空气弹簧(9)的端盖与车身(1)连接，所述齿条(2)的上端通过空气弹簧(9)的端盖与车身(1)连接，齿条(2)设有双侧齿槽，所述齿轮(3)以齿条(2)中心轴线对称分布。

2.根据权利要求1所述的准零刚度隔振系统，其特征在于，所述齿轮(3)与底盘车架(8)通过滑动轴承连接，滑动轴承的内孔与底盘车架(8)过盈配合，齿轮(3)内孔与轴承外圆键连接。

3.一种车辆，其特在于，包括权利要求1-2任意一项所述的准零刚度隔振系统。

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