CN111677805A - 一种可变阻尼减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变阻尼减震装置，该装置包括活塞缸外套筒、设置在活塞缸外套筒内的活塞缸内套筒、穿设于活塞缸内套筒内的活塞杆、以及设置在活塞杆底部的活塞片，活塞缸内套筒的底部设置有流通孔；活塞缸外套筒与活塞缸内套筒之间形成的容纳腔内填充有压缩空气，活塞缸内套筒内填充有阻尼油，活塞片上设置有用于供阻尼油流通的通过孔；活塞缸内套筒的底部设置有压缩可变阻尼机构，活塞杆上位于活塞缸内套筒的上部设置有拉伸可变阻尼机构。本发明的可变阻尼减震装置当所受外力变化时，可以变化阻尼大小，自适应平衡外部不同大小的冲击，实现了压缩和拉伸的可变阻尼调节，有利于发挥机械阻尼器变工况功能。

Description

一种可变阻尼减震装置

技术领域

本发明属于阻尼减震的技术领域，具体涉及一种可变阻尼减震装置。

背景技术

传统机械阻尼器的阻尼值为定值，或者只能在一个很小范围内变化，这种阻尼器只能对一定大小范围内的外部冲击荷载有较好的平衡和吸收作用，传统阻尼器不会随外部冲击大小变化而改变阻尼值的大小，以至于当外力产生的冲击荷载过大时，冲击不能被阻尼器平缓的吸收

目前可变化阻尼大小的阻尼器技术发展集中在通过电磁变化来改变磁性阻尼油液的阻尼系数从而改变阻尼大小，该技术路线属于主动可变阻尼，主动可变阻尼由于技术复杂导致造价较昂贵，该技术路线发展时间较长，但就目前的技术成熟度而言，价格因素导致难以大规模普及。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种可变阻尼减震装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可变阻尼减震装置，包括活塞缸外套筒、设置在活塞缸外套筒内的活塞缸内套筒、穿设于活塞缸内套筒内的活塞杆、以及设置在活塞杆底部的活塞片，其特殊之处在于：所述活塞缸内套筒的顶部通过密封函与活塞缸外套筒的顶部密封连接，所述活塞缸内套筒的底部设置有流通孔；

所述活塞缸外套筒与活塞缸内套筒之间形成的容纳腔内填充有压缩空气，所述活塞缸内套筒内填充有阻尼油，所述活塞片上设置有用于供阻尼油流通的通过孔，所述阻尼油在压力的作用下可向下流动穿过活塞缸内套筒底部的流通孔进入容纳腔内与压缩空气连通；

所述活塞缸内套筒的底部设置有压缩可变阻尼机构，所述活塞杆上位于活塞缸内套筒的上部设置有拉伸可变阻尼机构。

上述技术方案中，所述压缩可变阻尼机构包括第一底座筒和第一活动缸套，所述第一底座筒固定设置在活塞缸内套筒的底端与其流通孔连通，所述第一活动缸套套设在第一底座筒的外部可在压力的作用下相对其外壁上下滑动，所述第一底座筒与第一活动缸套之间形成的内腔中设置有变节距弹簧。

上述技术方案中，所述第一活动缸套的顶端设置有缸盖，所述第一活动缸套的底端外壁周向设置有环盖，所述第一活动缸套的外壁周向间隔设置有若干组泄压缝单元。

上述技术方案中，所述缸盖和环盖的外圈均沿周向间隔设置若干个流通口；每组泄压缝单元包括依次等间隔布置的第一泄压缝、第二泄压缝以及第三泄压缝。

上述技术方案中，所述第一泄压缝的长度为第三泄压缝长度的1/3；所述第二泄压缝的长度为第三泄压缝长度的2/3。

上述技术方案中，所述拉伸可变阻尼机构包括第二底座筒和第二活动缸套，所述第二活动缸套的筒壁可在压力的作用下嵌入第二底座筒的筒壁相对其上下移动，所述第二底座筒与第二活动缸套的外圈套设有弹簧。

上述技术方案中，所述第二底座筒的筒壁下方周向间隔设置有若干根第一齿条，相邻两根第一齿条之间形成第一齿孔；

所述第二活动缸套的筒壁上方周向间隔设置有若干根第二齿条，相邻两根第二齿条之间形成第二齿孔；

所述第二活动缸套可在压力的作用下向上运动，以使得第二齿条、第一齿条分别对应嵌入第一齿孔、第二齿孔内。

上述技术方案中，所述第二底座筒的顶端外壁周向设置有第一环板，所述第一环板与密封函的底端抵接；

所述第二活动缸套的底端外壁周向设置有第二环板，所述第二环板上周向间隔设置有若干个通孔。

上述技术方案中，所述活塞缸内套筒的内壁设置有环形安装座，所述第二活动缸套的第二环板在自由状态下与环形安装座抵接以密封通孔。

上述技术方案中，所述活塞杆的中部设置有环形凸起，所述环形凸起上设置有蝶形弹簧，所述蝶形弹簧可在活塞杆的带动下向上运动以驱动第二活动缸套向上运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

其一，本发明的可变阻尼减震装置在活塞缸内套筒的底部设置有压缩可变阻尼机构，在活塞杆上位于活塞缸内套筒的上部设置有拉伸可变阻尼机构，当所受外力变化时，可以变化阻尼大小，自适应平衡外部不同大小的冲击，比如外部冲击越大，则相应的增加阻尼。

其二，本发明的可变阻尼减震装置设计的压缩可变阻尼机构中第一活动缸套设置在第一底座筒的外部可在压力的作用下相对其外壁上下滑动以改变泄压缝的过流面积来自适应外部荷载；本发明的拉伸可变阻尼机构的第二活动缸套的筒壁可在压力的作用下嵌入第二底座筒的筒壁相对其上下移动以改变齿孔的过流面积来自适应外部荷载。

其三，本发明的可变阻尼减震装置利用小孔出流局部能量损失大的特点，使得阻尼与压缩行程成正比变化。冲击能量由阻尼器的油液通过阻尼器内部活塞的孔隙减阻消耗，由机械能变成油液内能，当外部冲击越大，机械式阻尼器活塞的压缩行程会越大，需要越大的体积的油缸提供更多的油液来流过孔隙消耗冲击能量，但现实是不允许无限增加油液体积，故需要在一定油液体积的前提下根据外部冲击变化而改变消能孔隙的多少，即油缸中的油液体积不变，当阻尼器活塞受冲击而压缩油缸驱使油液流过消能孔隙时，大冲击荷载对应较小的过流孔隙面积，以获得较大的局部能量损失，较小的冲击荷载对应较大的过流孔隙面积，此时油液的局部过流能量损失系数较小，如此改变孔隙过流面积来自适应外部荷载。

其四，本发明的可变化阻尼减震装置的结构采用机械结构，相比目前的主动式电磁变化阻尼的方式，可靠性和经济性较优，更具备普及推广价值，相比于其他机械式可变阻尼器，本发明采用最简单的原理，在传统的阻尼器结构基础上通过增加不多的组件来实现阻尼变化。

附图说明

图1为本发明的可变阻尼减震装置在受到外部压力状态时的结构示意图；

图2为图1中压缩可变阻尼机构的放大结构示意图；

图3为本发明的可变阻尼减震装置在受到外部压力向下行程时的结构示意图；

图4为图3中压缩可变阻尼机构的放大结构示意图；

图5为本发明的可变阻尼减震装置在受到外部压力位于最大行程时的结构示意图；

图6中图5中压缩可变阻尼机构的放大结构示意图；

图7为本发明的可变阻尼减震装置在受到外部拉力状态时的结构示意图；

图8为图7中拉伸可变阻尼机构的放大结构示意图；

图9为本发明的可变阻尼减震装置在受到外部拉力向上行程时的结构示意图；

图10为图9中拉伸可变阻尼机构的放大结构示意图；

图11为本发明的可变阻尼减震装置在受到外部拉力位于最大行程时的结构示意图；

图12为图11中拉伸可变阻尼机构的放大结构示意图；

图中：1-活塞缸外套筒、2-活塞缸内套筒、2.1-环形安装座、3-活塞杆、3.1-环形凸起、4-活塞片、4.1-通过孔、5-密封函、6-流通孔、7-容纳腔、8-压缩可变阻尼机构、8.1-第一底座筒、8.2-第一活动缸套、8.3-变节距弹簧、8.4-缸盖、8.5-环盖、8.6-泄压缝单元、8.61-第一泄压缝、8.62-第二泄压缝、8.63-第三泄压缝、8.7-流通口、9-拉伸可变阻尼机构、9.1-第二底座筒、9.11-第一齿条、9.12-第一齿孔、9.13-第一环板、9.2-第二活动缸套、9.21-第二齿条、9.22-第二齿孔、9.23-第二环板、9.24-通孔、9.3-弹簧、10-蝶形弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1～6所示，本发明的一种可变阻尼减震装置，包括活塞缸外套筒1、设置在活塞缸外套筒1内的活塞缸内套筒2、穿设于活塞缸内套筒2内的活塞杆3、以及设置在活塞杆3底部的活塞片4，所述活塞缸内套筒2的顶部通过密封函5与活塞缸外套筒1的顶部密封连接，所述活塞缸内套筒2的底部设置有流通孔6；所述活塞缸外套筒1与活塞缸内套筒2之间形成的容纳腔7内填充有压缩空气，所述活塞缸内套筒2内填充有阻尼油，所述活塞片4上设置有用于供阻尼油流通的通过孔4.1，所述阻尼油在压力的作用下可向下流动穿过活塞缸内套筒2底部的流通孔6进入容纳腔7内与压缩空气连通；所述活塞缸内套筒2的底部设置有压缩可变阻尼机构8，所述活塞杆3上位于活塞缸内套筒2的上部设置有拉伸可变阻尼机构9。

上述技术方案中，所述压缩可变阻尼机构8包括第一底座筒8.1和第一活动缸套8.2，所述第一底座筒8.1固定设置在活塞缸内套筒2的底端与其流通孔6连通，所述第一活动缸套8.2套设在第一底座筒8.1的外部可在压力的作用下相对其外壁上下滑动，所述第一底座筒8.1与第一活动缸套8.2之间形成的内腔中设置有变节距弹簧8.3。所述第一活动缸套8.2的顶端设置有缸盖8.4，所述第一活动缸套8.2的底端外壁周向设置有环盖8.5，所述第一活动缸套8.2的外壁周向间隔设置有若干组泄压缝单元8.6。所述缸盖8.4和环盖8.5的外圈均沿周向间隔设置若干个流通口8.7；每组泄压缝单元8.6包括依次等间隔布置的第一泄压缝8.61、第二泄压缝8.62以及第三泄压缝8.63。所述第一泄压缝8.61的长度为第三泄压缝8.63长度的1/3；所述第二泄压缝8.62的长度为第三泄压缝8.63长度的2/3。

如图7～12所示，所述拉伸可变阻尼机构9包括第二底座筒9.1和第二活动缸套9.2，所述第二活动缸套9.2的筒壁可在压力的作用下嵌入第二底座筒9.1的筒壁相对其上下移动，所述第二底座筒9.1与第二活动缸套9.2的外圈套设有弹簧9.3。所述第二底座筒9.1的筒壁下方周向间隔设置有若干根第一齿条9.11，相邻两根第一齿条9.11之间形成第一齿孔9.12；所述第二活动缸套9.2的筒壁上方周向间隔设置有若干根第二齿条9.21，相邻两根第二齿条9.21之间形成第二齿孔9.22；所述第二活动缸套9.2可在压力的作用下向上运动，以使得第二齿条9.21、第一齿条9.11分别对应嵌入第一齿孔9.12、第二齿孔9.22内。

上述技术方案中，所述第二底座筒9.1的顶端外壁周向设置有第一环板9.13，所述第一环板9.13与密封函5的底端抵接；所述第二活动缸套9.2的底端外壁周向设置有第二环板9.23，所述第二环板9.23上周向间隔设置有若干个通孔9.24。

上述技术方案中，所述活塞缸内套筒2的内壁设置有环形安装座2.1，所述第二活动缸套9.2的第二环板9.23在自由状态下与环形安装座2.1抵接以密封通孔9.24。所述活塞杆3的中部设置有环形凸起3.1，所述环形凸起3.1上设置有蝶形弹簧10，所述蝶形弹簧10可在活塞杆3的带动下向上运动以驱动第二活动缸套9.2向上运动。

本发明的工作原理：

(一)压缩可变阻尼机构的工作原理：当可变阻尼减震装置受到冲击荷载时，上部活塞的冲击力传递给第一活动缸套8.2，第一活动缸套8.2向下运动，此时油缸内部液体压力增大，增大的压力会挤压缸内的油液，这些油液从第一活动缸套8.2壁上的泄压缝被挤压出来，此时油液相对泄压缝发生径向运动，然后这些油液通过第一活动缸套8.2顶部缸盖8.4周边的流通口8.7向上部挤压，油液相对这些周边的流通口8.7发生轴向运动，最后回到活塞缸里；每一次油液在压力作用下通过泄压缝都会以阻尼的形式消耗外部冲击荷载的能量，也就是液体经过泄压缝处的动能消耗。

压缩可变阻尼机构可变阻尼实现的机理：油液在外部压力作用下被挤压通过这些泄压缝进而消耗机械能，该活动缸套第一活动缸套8.2的缸壁上设计有竖直布置且长短不一间隔布置的泄压缝单元，这些泄压缝单元的长度和间距决定了阻尼可以根据外界冲击荷载大小自行调节大小，发挥类似遇强则强的效果，冲击荷载大，阻尼就大，越能消耗冲击能量，越有利于机械结构的稳定和安全。优选地，本实施例中第一活动缸套8.2上设计的泄压缝长度有三种(第一泄压缝8.61、第二泄压缝8.62、第三泄压缝8.63)，设计成三段式等差长度，分别是1/3L，2/3L，3/3L，L假设为第一活动缸套8.2的缸体长度，不同的泄压缝长度是实现可变阻尼的关键。举例说明其变阻尼机理，设想当第一活动缸套8.2受上部油缸活塞的顶推向下运动，如图1～图6所示，此时第一底座筒8.1和第一活动缸套8.2发生相向运动和相对位移，当位移从原始位置开始运动到缸套1/3长度的范围，随着位移，第一底座筒8.1会逐步遮蔽该范围内第一活动缸套8.2的泄压缝，参与泄压的泄压缝会从100％线性减少到50％，也就是说该范围内有50％的泄压缝参与了阻尼消耗；若此时荷载的冲击没有被消耗完，阻尼器的活塞会继续压缩变阻尼机构，第一底座筒8.1会继续遮蔽第一活动缸套8.2的1/3～2/3范围内的泄压缝，泄压的泄压缝被遮蔽面积从1/2增加到5/6，阻尼进一步增加，如果还有外部冲击荷载没有被消耗完，则从最后1/3压缩行程开始只有所有泄压缝的1/6的会参与阻尼消耗，反之也就是随着第一底座筒8.1和第一活动缸套8.2发生相向运动和相对位移，整个可变阻尼从0开始线性增加到原来的2倍，再从2倍增加到6倍，最后从6倍增加到极限值，这个极限值可根据整个阻尼器设计最大所能承受的冲击荷载推算出来，可变阻尼器是解决大荷载冲击平稳性的问题，整个冲击过程的阻尼值是根据外部冲击所产生的位移而自适应调整的，冲击越大，压缩行程越大，阻尼值越大。另外，相比于类似思路连续打孔式变阻尼套筒结构，泄压缝式优点如下：(1)可以在超设计荷载工况时发生轻微弹性变形来释放压力，油液压力过大时会液压劈裂窄缝，局部扩大窄缝宽度，待油液压力释放后，窄缝会还原原来的宽度，具有一定的超负荷工作能力；(2)孔式泄压如果处理不好，泄压时一维孔流会引起缸壁共振，金属材料会产生啸叫或者类似口哨声，影响安全(丰田汽车cvt变速箱加速口哨声响事件原因就属于设计考虑不周造成的圆孔出流发生金属材料共振)；(3)缝式泄压可以保证泄压面积实时线性变化，有利于控制。

压缩可变阻尼机构的变节距弹簧也为重要部件，即在第一底座筒8.1和第一活动缸套8.2相对运动时提供弹性反作用力，采用变节距弹簧是本发明另一个关键，变节距弹簧的特点配合上述的可变阻尼原理，可以实现在初段压缩阻尼较小时，弹簧抗力较小，油缸内油液获得较大的压力，油液流过窄缝时流速较高，消耗动能较不变节距弹簧的要更多；当冲击荷载过大，压缩距离越大，则变节距弹簧可以较等距弹簧释放更大的抗力，有利于变阻尼机构在大阻尼状态时候也能平稳释放压力，简单的来说，阻尼较小时，变节距弹簧提供小弹力，阻尼较大时，变节距弹簧提供大弹力，弹力自适应外界冲击荷载产生的压力。

(二)拉伸可变阻尼机构9的工作原理：当可变阻尼减震装置受到拉伸荷载时，即活塞向上部运动，超过一般拉伸荷载所对应的行程，再继续向上运动，活塞杆上的环形凸起3.1就会开始接触到上部的拉伸可变阻尼机构9，环形凸起3.1是在传统活塞推力杆上新增的，作用是和活塞杆一同运动，在大拉伸行程时将荷载传递到拉伸可变阻尼机构9上，环形凸起3.1结构即在活塞杆加工一同心圆结构，上部套设有蝶形弹簧10，用于缓冲活塞杆和上部拉伸可变阻尼机构9的接触冲击。

本发明的拉伸可变阻尼机构9和上述压缩可变阻尼机构8类似，本发明的拉伸可变阻尼机构9创新之处在于将第二底座筒9.1和第二活动缸套9.2设计成齿梳形，伴随活塞向上行程推动第二活动缸套9.2同方向运动，第二底座筒9.1和第二活动缸套9.2互相嵌入的齿梳形的齿孔呈逐渐闭合状，即荷载越大，活塞行程越长，第二底座筒9.1和第二活动缸套9.2的齿孔越小，阻尼越大，实现可变阻尼；该处设计的有益效果在于，不同于下部的压缩可变阻尼机构8，这里有活塞杆从拉伸可变阻尼机构9中间穿过，占用了很大的体积，没有足够的空间像压缩可变阻尼机构8那样做成套筒结构，故设计成等直径的齿梳结构，并将弹簧9.3布置在结构外部，进一步节省空间；齿梳缝隙的启闭完全线性变化，更容易控制，从可变齿梳之间的齿孔泄压的油液从活动第二活动缸套9.2的第二环板9.23的通孔9.24溢出，回到活塞油缸中。

本发明的可变阻尼减震装置设计了两套变阻尼机构(压缩可变阻尼机构8和拉伸可变阻尼机构9)，即活塞大行程压缩和拉伸工况各有一套可变阻尼，当整个阻尼器所受外部荷载处于小行程压缩和拉伸工况，即外部冲击荷载表现为较小幅度的压力和拉里时，活塞表现为在两套可变阻尼器之间的油缸之间运动，通过活塞上的通过孔来消耗动能，阻尼表现为不可变。本发明的可变阻尼减震装置实现了压缩和拉伸的可变阻尼调节，有利于发挥机械阻尼器变工况功能，结构可靠性高，具备推广普及价值。

以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变阻尼减震装置，包括活塞缸外套筒(1)、设置在活塞缸外套筒(1)内的活塞缸内套筒(2)、穿设于活塞缸内套筒(2)内的活塞杆(3)、以及设置在活塞杆(3)底部的活塞片(4)，其特征在于：所述活塞缸内套筒(2)的顶部通过密封函(5)与活塞缸外套筒(1)的顶部密封连接，所述活塞缸内套筒(2)的底部设置有流通孔(6)；

所述活塞缸外套筒(1)与活塞缸内套筒(2)之间形成的容纳腔(7)内填充有压缩空气，所述活塞缸内套筒(2)内填充有阻尼油，所述活塞片(4)上设置有用于供阻尼油流通的通过孔(4.1)，所述阻尼油在压力的作用下可向下流动穿过活塞缸内套筒(2)底部的流通孔(6)进入容纳腔(7)内与压缩空气连通；

所述活塞缸内套筒(2)的底部设置有压缩可变阻尼机构(8)，所述活塞杆(3)上位于活塞缸内套筒(2)的上部设置有拉伸可变阻尼机构(9)。

2.根据权利要求1所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述压缩可变阻尼机构(8)包括第一底座筒(8.1)和第一活动缸套(8.2)，所述第一底座筒(8.1)固定设置在活塞缸内套筒(2)的底端与其流通孔(6)连通，所述第一活动缸套(8.2)套设在第一底座筒(8.1)的外部可在压力的作用下相对其外壁上下滑动，所述第一底座筒(8.1)与第一活动缸套(8.2)之间形成的内腔中设置有变节距弹簧(8.3)。

3.根据权利要求2所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述第一活动缸套(8.2)的顶端设置有缸盖(8.4)，所述第一活动缸套(8.2)的底端外壁周向设置有环盖(8.5)，所述第一活动缸套(8.2)的外壁周向间隔设置有若干组泄压缝单元(8.6)。

4.根据权利要求3所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述缸盖(8.4)和环盖(8.5)的外圈均沿周向间隔设置若干个流通口(8.7)；每组泄压缝单元(8.6)包括依次等间隔布置的第一泄压缝(8.61)、第二泄压缝(8.62)以及第三泄压缝(8.63)。

5.根据权利要求4所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述第一泄压缝(8.61)的长度为第三泄压缝(8.63)长度的1/3；所述第二泄压缝(8.62)的长度为第三泄压缝(8.63)长度的2/3。

6.根据权利要求1～5任一项所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述拉伸可变阻尼机构(9)包括第二底座筒(9.1)和第二活动缸套(9.2)，所述第二活动缸套(9.2)的筒壁可在压力的作用下嵌入第二底座筒(9.1)的筒壁相对其上下移动，所述第二底座筒(9.1)与第二活动缸套(9.2)的外圈套设有弹簧(9.3)。

7.根据权利要求6所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述第二底座筒(9.1)的筒壁下方周向间隔设置有若干根第一齿条(9.11)，相邻两根第一齿条(9.11)之间形成第一齿孔(9.12)；

所述第二活动缸套(9.2)的筒壁上方周向间隔设置有若干根第二齿条(9.21)，相邻两根第二齿条(9.21)之间形成第二齿孔(9.22)；

所述第二活动缸套(9.2)可在压力的作用下向上运动，以使得第二齿条(9.21)、第一齿条(9.11)分别对应嵌入第一齿孔(9.12)、第二齿孔(9.22)内。

8.根据权利要求7所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述第二底座筒(9.1)的顶端外壁周向设置有第一环板(9.13)，所述第一环板(9.13)与密封函(5)的底端抵接；

所述第二活动缸套(9.2)的底端外壁周向设置有第二环板(9.23)，所述第二环板(9.23)上周向间隔设置有若干个通孔(9.24)。

9.根据权利要求8所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述活塞缸内套筒(2)的内壁设置有环形安装座(2.1)，所述第二活动缸套(9.2)的第二环板(9.23)在自由状态下与环形安装座(2.1)抵接以密封通孔(9.24)。

10.根据权利要求9所述的可变阻尼减震装置，其特征在于：所述活塞杆(3)的中部设置有环形凸起(3.1)，所述环形凸起(3.1)上设置有蝶形弹簧(10)，所述蝶形弹簧(10)可在活塞杆(3)的带动下向上运动以驱动第二活动缸套(9.2)向上运动。

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