CN112392895A - 一种可传递扭矩空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减振器技术领域，特别涉及一种可传递扭矩空气弹簧，现有减振器不能实现扭矩传递，一种可传递扭矩的空气弹簧，包括空气弹簧本体，所述空气弹簧本体包括连接座、上球碗、下球碗、下球碗座、球头销、二级缸筒组件、浮动活塞组件、一级缸筒组件、活塞杆组件、第一气室和第二气室，所述活塞杆组件包括活塞杆、花键套与螺母，所述花键套与活塞杆之间通过键周向定位，并通过螺母进行轴向定位，所述螺母上设置配钻铰孔并穿入销子进行锁紧，所述一级缸筒内部加工有与花键套配合的花键槽，实现扭矩的传递，在该弹簧装配在车辆悬架上后，能够实现弹簧转动驱动的车架的转向，在减振器领域具有良好的发展前景。

Description

一种可传递扭矩空气弹簧

技术领域

本发明涉及减振器技术领域，特别涉及一种可传递扭矩空气弹簧。

背景技术

减振器用来抑制弹簧吸振后反弹时的振荡及来自路面的冲击，长久以来，特种车辆悬架系统用减振器主流采用液压减振器和油气弹簧，相应结构成熟度较高，但始终存在阻尼系数受液体粘度影响较大，温衰明显，减振器的低温性能不佳等问题。

空气弹簧通常指在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气弹性作用的弹簧，现有的空气弹簧存在以下特点：1.负载较小，负载通常在1000N以内；2.刚性不足，通常应用于运动件、车门开启后的支撑，作为悬架系统的弹性单元使用；3.现有空气弹簧生产后，其压力不可调节，其位移和输出力值形成的特性曲线固定不变。

车姿调节系统中，通过油气弹簧中液压油体积的变化来调节车姿，但存在以下缺陷：车辆内空间布局有限，从而限制了油气弹簧的装载油量，在一定程度上限制了油气弹簧的行程；且液压系统的工作介质为液压油，在车辆上的布局限制下，很难应用快速反应的车姿调节系统，导致油气弹簧调节速度缓慢，达不到车姿调节系统的调节时间要求，同时，液压减振器和油气弹簧不能实现扭矩的传递，因此，设计一种可传递扭矩的空气弹簧。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种可传递扭矩空气弹簧，解决现有减振器不能实现扭矩传递的问题。

其技术方案是，一种可传递扭矩的空气弹簧，包括空气弹簧本体，所述空气弹簧本体包括连接座、上球碗、下球碗、下球碗座、球头销、二级缸筒组件、浮动活塞组件、一级缸筒组件、活塞杆组件、第一气室和第二气室，所述活塞杆组件包括活塞杆、花键套与螺母，所述花键套与活塞杆之间通过键周向定位，并通过螺母进行轴向定位，所述螺母上任意位置配钻铰孔并穿入销子进行锁紧，所述一级缸筒内部加工有与花键套配合的花键槽，花键结构可实现扭矩的传递，能够直接实现车轮随车架的转向。

更进一步，所述二级缸筒组件包括上端盖与二级缸筒，所述上端盖上安装充气活门，所述一级缸筒组件包括导向套组件、隔环、一级缸筒、气控单向阀、下盖和缸筒底座，所述第一气室为上端盖、二级缸筒、浮动活塞组件和活塞杆组件形成的密闭空间，所述充气活门连通第一气室，所述第二气室为隔环、一级缸筒、下盖、缸筒底座与活塞杆组件形成的密闭空间，所述气控单向阀连通第二气室，用于控制第二气室的充放气，所述花键套上设置通气孔，所述二级缸筒组件连接防尘套筒，所述防尘套筒远离二级缸筒组件的一端加工有排气孔，用于一级缸筒组件缩回过程中，使浮动活塞组件与导向套组件之间的空间连通大气，确保一级缸筒组件的顺利收回。

更进一步，所述导向套组件一端加工有螺纹与一级缸筒连接，且另一端面上加工有环形凹槽，所述环形凹槽处安装缓冲垫，防止一级缸筒组件缩回过程中，导向套组件与浮动活塞组件间的撞击。

更进一步，所述一级缸筒一端加工有第一台阶和内螺纹，所述一级缸筒上的第一台阶处安装隔环并通过内螺纹连接导向套组件，所述一级缸筒另一端上部加工螺纹孔和第二台阶，用于气控单向阀的安装与定位。

更进一步，所述下盖一端加工有第三台阶和内螺纹并与缸筒底座连接，所述下盖另一端设置第四外台阶，用于与一级缸筒安装，台阶结构起到定位作用。

更进一步，所述气控单向阀通过螺钉固定安装在一级缸筒上。

更进一步，所述充气活门与上端盖之间、所述上端盖与活塞杆组件之间、所述浮动活塞组件与活塞杆组件之间、浮动活塞组件与二级缸筒组件之间、隔环与活塞杆组件之间、隔环与一级缸筒之间，缸筒底座与下盖之间均安装有密封圈，防止漏气。

更进一步，所述防尘套筒与二级缸筒组件通过螺纹连接并设置紧定螺钉进行锁紧。

更进一步，所述上端盖与二级缸筒焊接固定。

更进一步，所述浮动活塞组件和一级缸筒组件均装配在活塞杆组件上，所述二级缸筒组件设置于浮动活塞组件和一级缸筒组件外部。

更进一步，所述球头销一端加工有螺纹，所述活塞杆组件端部加工有螺纹并通过螺纹与球头销的连接，所述球头销另一端加工有花键槽并连接车架，实现车轮随车架的转向。

工作原理：从充气活门向第一气室预先充好一定压力的气体，在气体压力的作用下，推动浮动活塞组件沿活塞杆组件伸出，从而推动一级缸筒组件沿活塞杆组件伸出，当浮动活塞组件运动到接触防尘套筒端面位置时，浮动活塞组件停止运动，无法继续推动一级缸筒向外伸出，此时，通过气控单向阀向第二气室充气，在气体压力的作用下，一级缸筒组件继续沿活塞杆组件向外伸出，当一级缸筒组件中的隔环接触到活塞杆组件中的花键套的端面时，一级缸筒组件停止运动，此时一级缸筒组件运动到极限位置，产品位于最大行程位置；一级缸筒组件缩回时，第二气室中的气体通过气控单向阀向大气中排气，浮动活塞组件与导向套组件间的空气通过防尘套筒上的排气孔排向大气，此时，一级缸筒组件顺利缩回，当一级缸筒组件接触到浮动活塞组件时，一级缸筒组件推动浮动活塞组件运动，从而压缩第一气室的气体，同时，二级缸筒组件、浮动活塞组件、一级缸筒组件、活塞杆组件、防尘套筒均可在球头销的带动下的做旋转运动。

本发明的技术效果是，该空气弹簧所具有的双气室串联结构，并设置花键结构，实现扭矩的传递，直接实现车轮随车架的转向，以压缩空气作为弹性介质来实现能量的传递，克服现有减振器阻尼系数受液体粘度影响较大，温衰明显，低温性能不佳的缺点，具有结构简单、重量轻和无污染等优点，具有良好的缓冲效果，同时可实现扭矩（1KN˙m～6KN˙m）的传递，提高了车辆的舒适性、稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明最短行程状态结构示意图。

图2为本发明中间行程状态结构示意图。

图3为本发明最大行程状态结构示意图。

图4为本发明导向套结构示意图。

图5为本发明一级缸筒主视图。

图6为本发明一级缸筒俯视图。

图7为本发明花键套结构示意图。

图8为本发明防尘套筒结构示意图。

图9为本发明空气导向装置静特性曲线图。

图中：1、球头销；2、连接座；3、上球碗；4、下球碗；5、下球碗座；6、充气活门；7、二级缸筒组件；71、上端盖；72、二级缸筒；8、浮动活塞组件；9、一级缸筒组件；91、导向套组件；911、缓冲垫；92、隔环；93、一级缸筒；94、气控单向阀；95、下盖；96、缸筒底座；10、活塞杆组件；101、活塞杆；102、花键套；1021、通气孔；103、螺母；104、键；105、销子；11、紧定螺钉；12、防尘套筒；121、排气孔；13、第一气室；14、第二气室。

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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示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”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：由图1至图9给出，一种可传递扭矩的空气弹簧，包括空气弹簧本体，所述空气弹簧本体包括连接座2、上球碗3、下球碗4、下球碗座5、球头销1、二级缸筒组件7、浮动活塞组件8、一级缸筒组件9、活塞杆组件10、第一气室13和第二气室14，所述活塞杆组件10包括活塞杆101、花键套102与螺母103，所述花键套102与活塞杆101之间通过键104周向定位，并通过螺母103进行轴向定位，所述螺母103上任意位置配钻铰孔并穿入销子105进行锁紧，所述一级缸筒93内部加工有与花键套102配合的花键槽，以实现扭矩（1KN˙m～6KN˙m）的传递，花键结构可实现扭矩的传递，能够直接实现车轮随车架的转向，所述二级缸筒组件7包括焊接固定的上端盖71与二级缸筒72，所述上端盖71上安装充气活门6，所述一级缸筒组件9包括导向套组件91、隔环92、一级缸筒93、气控单向阀94、下盖95和缸筒底座96，所述第一气室13为上端盖71、二级缸筒72、活塞杆组件10、浮动活塞组件8和活塞杆组件10形成的密闭空间，所述充气活门6连通第一气室13，所述第二气室14为隔环92、一级缸筒93、下盖95、缸筒底座96与活塞杆组件10形成的密闭空间，所述气控单向阀94连通第二气室14，用于控制第二气室14的充放气，使压力可控可调，所述花键套102上设置通气孔1021，所述二级缸筒组件7连接防尘套筒12，所述防尘套筒12远离二级缸筒组件7的一端加工有排气孔121，用于一级缸筒组件9缩回过程中，使浮动活塞组件8与导向套组件91之间的空间连通大气，确保一级缸筒组件9的顺利收回，所述浮动活塞组件8和一级缸筒组件9均装配在活塞杆组件10上，所述二级缸筒组件7设置于浮动活塞组件8和一级缸筒组件9外部，所述活塞杆组件10一端加工有螺纹，所述球头销1一端加工有螺纹，用于连接活塞杆组件10，所述球头销1另一端加工有花键槽，用于连接车架，实现车轮随车架的转向。

实施例二：在实施例一的基础上，所述导向套组件91一端加工有螺纹与一级缸筒93连接，且另一端面上加工有环形凹槽，所述环形凹槽处安装缓冲垫911，防止一级缸筒组件9缩回过程中，导向套组件91与浮动活塞组件8间的撞击，所述一级缸筒93一端加工有第一台阶和内螺纹，所述一级缸筒93上的第一台阶处安装隔环92并通过内螺纹连接导向套组件91，所述一级缸筒93另一端上部加工螺纹孔和第二台阶，用于气控单向阀94的安装与定位，所述下盖95一端加工有第三台阶和内螺纹并与缸筒底座96连接，所述下盖95另一端设置第四外台阶，用于与一级缸筒93的焊接固定，台阶结构起到定位作用，所述气控单向阀94通过螺钉固定安装在一级缸筒93上，所述充气活门6与上端盖71之间、所述上端盖71与活塞杆组件10之间、所述浮动活塞组件8与活塞杆组件10之间、浮动活塞组件8与二级缸筒组件7之间、隔环92与活塞杆组件10之间、隔环92与一级缸筒93之间，缸筒底座96与下盖95之间均安装有密封圈，防止漏气，所述防尘套筒12与二级缸筒组件7通过螺纹连接并设置紧定螺钉11进行锁紧。

实施例三：通过气缸回缩距离测定相应的承载力，作出空气导向装置的静特性曲线，可得出，二级气室的存在，使得空气导向装置的静特性曲线到达1130L/mm-1110L/mm附近位置时，能够得到阶梯性的增长，曲线随着安装距的缩小形成更加强力的支撑，从而使空气导向装置的刚度更强。

工作原理：从充气活门6向第一气室13预先充好一定压力的气体，在气体压力的作用下，推动浮动活塞组件8沿活塞杆组件10伸出，从而推动一级缸筒组件9沿活塞杆组件10伸出，当浮动活塞组件8运动到接触防尘套筒12端面位置时，浮动活塞组件8停止运动，无法继续推动一级缸筒93向外伸出，此时，通过气控单向阀94向第二气室14充气，在气体压力的作用下，一级缸筒组件9继续沿活塞杆组件10向外伸出，当一级缸筒组件9中的隔环92接触到活塞杆组件10中的花键套102的端面时，一级缸筒组件9停止运动，此时一级缸筒组件9运动到极限位置，产品位于最大行程位置；一级缸筒组件9缩回时，第二气室14中的气体通过气控单向阀94向大气中排气，浮动活塞组件8与导向套组件91间的空气通过防尘套筒12上的排气孔121排向大气，此时，一级缸筒组件9顺利缩回，当一级缸筒组件9接触到浮动活塞组件8时，一级缸筒组件9推动浮动活塞组件8运动，从而压缩第一气室13的气体，同时，二级缸筒组件7、浮动活塞组件8、一级缸筒组件9、活塞杆组件10、防尘套筒12均在球头销1的带动下的做旋转运动。

本发明的技术效果是，该空气弹簧所具有的双气室串联结构，并设置花键结构，实现扭矩的传递，直接实现车轮随车架的转向，以压缩空气作为弹性介质来实现能量的传递，克服现有减振器阻尼系数受液体粘度影响较大，温衰明显，低温性能不佳的缺点，具有结构简单、重量轻和无污染等优点，具有良好的缓冲效果，同时可实现扭矩（1KN·m～6KN·m）的传递，提高了空气弹簧作为悬架系统的弹性单元的功能性，间接提高了车辆的舒适性、稳定性和安全性。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可传递扭矩的空气弹簧，包括空气弹簧本体，其特征在于，所述空气弹簧本体包括连接座（2）、上球碗（3）、下球碗（4）、下球碗座（5）、球头销（1）、二级缸筒组件（7）、浮动活塞组件（8）、一级缸筒组件（9）、活塞杆组件（10）、第一气室（13）和第二气室（14），所述活塞杆组件（10）包括活塞杆（101）、花键套（102）与螺母（103），所述花键套（102）与活塞杆（101）之间通过键（104）周向定位，并通过螺母（103）进行轴向定位，所述螺母（103）上设置铰孔并穿入销子（105）进行锁紧，所述一级缸筒（93）内部加工有与花键套（102）配合的花键槽。

2.根据权利要求1所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述二级缸筒组件（7）包括上端盖（71）与二级缸筒（72），所述上端盖（71）上安装充气活门（6），所述一级缸筒组件（9）包括导向套组件（91）、隔环（92）、一级缸筒（93）、气控单向阀（94）、下盖（95）和缸筒底座（96），所述第一气室（13）为上端盖（71）、二级缸筒（72）、浮动活塞组件（8）和活塞杆组件（10）形成的密闭空间，所述充气活门（6）连通第一气室（13），所述第二气室（14）为隔环（92）、一级缸筒（93）、下盖（95）、缸筒底座（96）与活塞杆组件（10）形成的密闭空间，所述气控单向阀（94）连通第二气室（14），所述花键套（102）上设置通气孔（1021），所述二级缸筒组件（7）连接防尘套筒（12），所述防尘套筒（12）远离二级缸筒组件（7）的一端加工有排气孔（121）。

3.根据权利要求2所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述导向套组件（91）一端加工有螺纹与一级缸筒（93）连接，且另一端面上加工有环形凹槽，所述环形凹槽处安装缓冲垫（911）。

4.根据权利要求2所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述一级缸筒（93）一端加工有第一台阶和内螺纹，所述一级缸筒（93）上的第一台阶处安装隔环（92）并通过内螺纹连接导向套组件（91），所述一级缸筒（93）另一端上部加工螺纹孔和第二台阶并连接气控单向阀（94）。

5.根据权利要求2所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述下盖（95）一端加工有第三台阶和内螺纹并与缸筒底座（96）连接，所述下盖（95）另一端设置第四外台阶与一级缸筒（93）安装。

6.根据权利要求2所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述气控单向阀（94）通过螺钉固定安装在一级缸筒（93）上。

7.根据权利要求2所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述充气活门（6）与上端盖（71）之间、所述上端盖（71）与活塞杆组件（10）之间、所述浮动活塞组件（8）与活塞杆组件（10）之间、浮动活塞组件（8）与二级缸筒组件（7）之间、隔环（92）与活塞杆组件（10）之间、隔环（92）与一级缸筒（93）之间，缸筒底座（96）与下盖（95）之间均安装有密封圈。

8.根据权利要求2所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述防尘套筒（12）与二级缸筒组件（7）通过螺纹连接并设置紧定螺钉（11）进行锁紧，所述上端盖（71）与二级缸筒（72）焊接固定。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述浮动活塞组件（8）和一级缸筒组件（9）均装配在活塞杆组件（10）上，所述二级缸筒组件（7）设置于浮动活塞组件（8）和一级缸筒组件（9）外部。

10.根据权利要求1-8任一所述的一种可传递扭矩的空气弹簧，其特征在于，所述球头销（1）一端加工有螺纹，所述活塞杆组件（10）端部加工有螺纹并通过螺纹与球头销（1）的连接，所述球头销（1）另一端加工有花键槽并连接车架。

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