CN112659838B - 一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，包括油气弹簧本体、运动转换机构和冷却机构，运动转换机构设置在油气弹簧本体上端，冷却机构设置在油气弹簧本体的内部；使用时，通过利用滚珠丝杠带动外负载的形式提供附加阻尼耗散一部分振动能量，并将此能量转换为压缩机做功，驱动冷却系统工作，使用制冷剂在油气弹簧内部强制吸热，在油气弹簧外部强制放热；同时在系统运行时，压缩机做功可随油气弹簧振动发热的速率自适应变化，在提高能量利用效率的同时，有效提高油气弹簧的散热效率，具有利用率高和散热效率高的特点。

Description

一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置

技术领域

本发明涉及汽车减振器技术领域，具体涉及一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置。

背景技术

汽车在不平路面行驶时，由于路面的激励，车身会产生振动，降低汽车平顺性和操纵稳定性；为解决此问题，在车轮和汽车车身之间会安装减振器，通过减振器将汽车的振动能量耗散掉；对于中小负载车辆，可以通过弹簧加滚珠丝杠的形式构成减振器，弹簧为悬架提供足够的刚度，滚珠丝杠带动外负载或发电机为减振器提供阻尼，但是对于重载车辆，普通弹簧难以为悬架提供足够的刚度，因此重载车的减振器一般采用油气弹簧的形式，在油气弹簧内安装阻尼孔，利用小孔节流的原理将汽车的振动能量转换为减振器油液内的热能，最后通过减振器外缸筒和外界环境间的热交换将产生的热量耗散；

这种将系统振动转化为热量耗散的方式主要存在以下不足：1.油气弹簧悬架的振动能量全部转化为热能的形式，最终通过热交换耗散掉，能量浪费严重；2.由于散热速度缓慢使热量积累在减振器内部，引起液压油温度升高，最终使得液压油粘度下降，影响减振器的阻尼特性，降低减振器的减振效果，甚至会使减振器密封元件老化失效，引起减振器故障；

且目前使用的油气弹簧悬架主要通过安装在活塞上的阻尼孔耗散由路面激励而产生的振动能量，由于阻尼孔实质上是利用小孔节流的原理将液压油的动能转换为热能，因而此种方式会增大油气弹簧内热量的产生；对油气弹簧的冷却降温一般采用风冷或水冷的方式：(1)通过对油气弹簧的风道进行合理设计，增大散热效率，或采用外接风机增大风量，从而增大散热效率；(2)通过设置水泵，采用水冷的方式增强油气弹簧的散热效率；对于上述方式(1)，风冷的方式在油气弹簧高速振动时难以满足散热需求，不可避免地使减振器内的热量累积，对于方式(2)固然可以提高散热效率，但是由于采用外源水泵驱动，不可避免地增大了散热系统地功耗，不能很好的符合当前对于节能环保的要求。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，本装置通过在油气弹簧内集成滚珠丝杠，构成复合悬架，利用滚珠丝杠带动外负载的形式提供附加阻尼耗散一部分振动能量，并将此能量转换为压缩机做功，驱动冷却系统工作，使用制冷剂在油气弹簧内部强制吸热，在油气弹簧外部强制放热；同时在系统运行时，压缩机做功可随油气弹簧振动发热的速率自适应变化，在提高能量利用效率的同时，有效提高油气弹簧的散热效率，具有利用率高和散热效率高的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，包括油气弹簧本体、运动转换机构和冷却机构，其中运动转换机构设置在油气弹簧本体内部和上端，冷却机构设置在油气弹簧本体的内部和外侧；

所述油气弹簧本体包括外缸体、活塞杆、蓄能器、上部缸体、上吊耳和下吊耳，上部缸体与外缸体连接，上吊耳设置在上部缸体上；活塞杆活动设置在外缸体内，且活塞杆内部为中空结构，下吊耳设置在活塞杆上，所述蓄能器通过气管与外缸体的内部腔室连通，通过上吊耳和下吊耳与车轮和悬架分别连接；

所述运动转换机构包括驱动组件、转换组件和输出轴，驱动组件设置在活塞杆内，转换组件设置在上部缸体内，通过驱动组件带动转换组件运动，转换组件带动输出轴运动，带动冷却机构做功，实现油气弹簧内部和外界环境的热量交换，对复合油气弹簧进行冷却。

优选的，所述的活塞杆内设置有嵌套连接的环形缸体和内部环形缸体，其中环形缸体焊接在第一底座上，第一底座设置在活塞杆内部，内部环形缸体焊接在第二底座上，第二底座通过螺栓与外缸体的上底面连接，且第二底座与外缸体之间采用静密封方式密封，在内部缸体中形成无油液空腔。

优选的，所述的驱动组件包括滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母副、螺母副支撑座、双推力球轴承和轴承座，螺母副支撑座焊接在第一底板上，滚珠丝杠螺母副固定嵌设在螺母副支撑座内，并通过螺栓固定；所述滚珠丝杠上端丝杠部分套在滚珠丝杠螺母副内，下端阶梯轴部分穿过双推力球轴承，并在轴向采用轴肩对滚珠丝杠定位，所述双推力球轴承套在轴承座内，轴承座与外缸筒之间通过螺栓固连；且滚珠丝杠的末端伸出轴承座外，其伸出段与转换组件连接。

优选的，所述的转换组件包括第一单向轴承、第二单向轴承、第一锥齿轮、第二锥齿轮、从动锥齿轮和轴承密封端盖，其中第一单向轴承与第二单向轴承的转动方向相反，所述第一单向轴承和第二单向轴承依次套设在滚珠丝杠的伸出段上，且在第一单向轴承上设置有第一锥齿轮，第二单向轴承上设置有第二锥齿轮；所述小锥齿轮安装在第一锥齿轮与第二锥齿轮之间，输出轴外端穿过小锥齿轮，且与小锥齿轮固定连接；所述输出轴上还设置有角接触轴承，角接触轴承外圈固定在上部缸体上，且外圈外侧通过嵌入式轴承盖与上部缸体密封连接。

优选的，所述的外缸体上还设置有进冷却液口和出冷却液口，进冷却液口与第一冷却软管连接，出冷却液口与第二冷却软管连接。

优选的，所述的冷却机构包括压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器和连接管路，所述压缩机的输入轴为输出轴，压缩机的制冷剂输出端与连接管路连接，连接管路的另一端与冷凝器连接，冷凝器通过管路与膨胀阀连接，膨胀阀与第一冷却软管连接，第一冷却软管与蒸发器的首端连接，蒸发器的末端与第二冷却软管连接，第二冷却软管与外部管路连接，气态制冷剂经外部管路吸入压缩机。

优选的，所述的压缩机与输出轴之间设置有增速器。

优选的，所述的冷凝器和蒸发器在油气弹簧外部和内部均采用蛇形结构。

优选的，所述的活塞杆上还设置阻尼孔和单向阀。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：

本发明设计了一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，包括油气弹簧本体、运动转换机构和冷却机构，在使用时，通过在油气弹簧内部安装冷却系统，降低油气弹簧内的油温，控制油液粘度和油液密度，从而控制油气弹簧因油温升高剧烈而引起的阻尼大范围变化，有效提高减振器的减振效果，同时防止密封元件因油温剧烈升高而老化失效；同时通过复合油气弹簧悬架，将一部分油气弹簧的振动能量转换为压缩机动能，从而为减振器提供附加阻尼力，降低减振器发热量，同时压缩机驱动冷却系统工作，在提高冷却系统效率的同时符合现代节能环保的要求，具有利用率高和散热效率高的优点。

附图说明

图1为本发明具有自冷却功能的复合油气弹簧装置的主视图

图2为本发明具有自冷却功能的复合油气弹簧装置的剖视图。

图3为本发明具有自冷却功能的复合油气弹簧装置的结构示意图。

图4为本发明具有自冷却功能的复合油气弹簧装置A处的局部放大图。

其中：1.上吊耳，2.上部缸体，3.角接触轴承，4.输出轴，5.压缩机，6.轴承密封端盖，7.外缸体，71.进冷却液口，72.出冷却液口，8.膨胀阀，9.第一冷却软管，10.活塞杆，11.单向阀，12.滚珠丝杠，13.蒸发器，14.螺母副支撑座，15.下吊耳，16.第一底座，17.环形缸体，18.膨胀阀，19.滚珠丝杠螺母副，20.冷凝器，21.内部环形缸体，22.第二底座，23.气管，24.双推力球轴承，25.轴承座，26.第一锥齿轮，27.第一单向轴承，28.蓄能器，29.第二锥齿轮，30.第二单向轴承，31.小锥齿轮，32.连接管路，33.外部管路，34.第二冷却软管，35.第一挡圈，36.第二挡圈。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

参见图1-4所示，一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，包括油气弹簧本体、运动转换机构和冷却机构，其中运动转换机构设置在油气弹簧本体内部和上端，冷却机构设置在油气弹簧本体的内部和外侧；所述油气弹簧本体的上下两端分别设置有上吊耳1和下吊耳15，通过上吊耳1和下吊耳15与车轮和悬架分别连接，当汽车受不平路面激励而振动时，油气弹簧本体有两种工况：拉伸或压缩，通过油气弹簧本体工作时的往复行程来驱动运动转换机构运动，从而由运动转换机构带动所述冷却机构做功，实现油气弹簧内部和外界环境的热量交换，对复合油气弹簧进行冷却。

所述的油气弹簧本体包括外缸体7、活塞杆10、蓄能器28、上部缸体2、环形缸体17和内部环形缸体21，上部缸体2通过螺栓与外缸体7固连，上吊耳1焊接在上部缸体2上；所述活塞杆10活动设置在外缸体7内，并在做工时，沿着外缸体7的内部腔体上下运动，且活塞杆10内部为中空结构，下吊耳15焊接在活塞杆10上；所述环形缸体17和内部环形缸体21均设置在活塞杆10的内腔中，且环形缸体17嵌套在内部环形缸体21内部，且环形缸体17与内部环形缸体21之间使用动密封方式密封，所述蓄能器28通过气管23与外缸体7的内部腔室(后腔室)连通，利用蓄能器28来为悬架提供变刚度特性；所述环形缸体17焊接在第一底座16上，第一底座16通过螺栓固连在活塞杆10的内部下端；所述内部环形缸体21焊接在第二底座22上，第二底座22通过螺栓固连在外缸体7的上底面上，且第二底座22与外缸体7之间采用静密封方式密封，最终在内部缸体中形成无油液空腔，运动转换机构的滚珠丝杠副安装在此无油液空腔内；所述外缸体7上设置有进冷却液口71和出冷却液口72，进冷却液口71与第一冷却软管9连接，出冷却液口72与第二冷却软管34连接；且在活塞杆10上分别设置阻尼孔18和单向阀11。

优选的，所述的蓄能器28的气室中充有惰性气体，当油气弹簧悬架振动时，气室体积不断变化，为悬架提供变刚度特性。

所述的运动转换机构包括驱动组件、转换组件和输出轴4，转换组件设置在上部缸体2内，通过驱动组件带动转换组件运动，转换组件带动输出轴4运动；所述驱动组件包括滚珠丝杠12、滚珠丝杠螺母副19、螺母副支撑座14、双推力球轴承24和轴承座25，螺母副支撑座14焊接在第一底板16上，滚珠丝杠螺母副19嵌设在螺母副支撑座14内，并通过螺栓与螺母副支撑座14固定连接；所述滚珠丝杠12上端丝杠部分套在滚珠丝杠螺母副19内，下端阶梯轴部分安装双推力球轴承24(穿过双推力球轴承24)，并在轴向采用轴肩对滚珠丝岗12进行定位，所述双推力球轴承24套在轴承座25内，所述轴承座25与外缸筒7之间采用螺栓固连，且所述滚珠丝杠12的末端伸出轴承座25，其伸出段与转换组件连接；所述转换组件包括第一单向轴承27、第二单向轴承30、第一锥齿轮26、第二锥齿轮29、从动锥齿轮3和轴承密封端盖6，第一单向轴承27和第二单向轴承30依次套接在所述滚珠丝杠12的伸出段上，且第一单向轴承27与第二单向轴承30的转动方向相反，所述第一单向轴承27上安装有第一锥齿轮26，第二单向轴承30上安装有第二锥齿轮29，通过滚珠丝杠12转动带动第一锥齿轮26与第二锥齿轮29反向转动；所述小锥齿轮31安装在第一锥齿轮26与第二锥齿轮29之间，且小锥齿轮31与第一锥齿轮26、第二锥齿轮29之间轴线互相垂直，通过第一锥齿轮26与第二锥齿轮29反向转动，带动小锥齿轮31转动，输出轴4的外端穿过小锥齿轮31，且与小锥齿轮31固定连接，通过小锥齿轮31带动输出轴4转动；所述输出轴4上安装角接触轴承3，角接触轴承3外圈固定在上部缸体2上，且外圈外侧通过嵌入式轴承盖6与上部缸体2密封连接，保证密封效果，在使用时，通过输出轴4转动驱动冷却机构工作，利用冷却机构对复合油气弹簧进行冷却降温；

优选的，为保证连接效果，所述第一单向轴承27和第二单向轴承30与滚珠丝杠12之间采用键连接进行周向定位；第一锥齿轮26与第一单向轴承27、第二锥齿轮29与第二单向轴承30之间采用键连接进行周向定位；第一锥齿轮26第一单向轴承27之间采用第一挡圈35进行轴向定位，第二锥齿轮29与第二单向轴承30之间采用第二挡圈36进行轴向定位；第一挡圈35、第二挡圈36分别通过螺钉固定在第一锥齿轮26、第二锥齿轮29上，且轴端挡圈和锥齿轮同轴心设置。

优选的，所述小锥齿轮31在轴向方向上通过轴肩与输出轴4定位连接，在周向方向上通过键连接与输出轴4定位连接。

所述的冷却机构包括压缩机5、膨胀阀8、蒸发器13、冷凝器20和连接管路32，所述压缩机5的输入轴为输出轴4，压缩机5的制冷剂输出端与连接管路32连接，将高温高压制冷剂通过连接管路32泵出，连接管路32的另一端与冷凝器20连接，制冷剂在冷凝器20内放热变为高压液态制冷剂，冷凝器20通过管路与膨胀阀8连接，膨胀阀8与第一冷却软管9连接，制冷剂经膨胀阀8流入第一冷却软管9，压力下降，变为低温汽液混合态，第一冷却软管9与蒸发器13的首端连接，制冷剂进入蒸发器13后吸热变为气态，蒸发器13的末端与第二冷却软管34连接，第二冷却软管34与外部管路33连接，气态制冷剂经外部管路33吸入压缩机5，所述压缩机5再次做功将低压气态制冷剂压缩至高温高压气态制冷剂泵出，完成一次冷却循环，实现油气弹簧内部和外界环境的热量交换，达到降低油气弹簧内的油温，控制油液粘度和油液密度，从而控制油气弹簧因油温升高剧烈而引起的阻尼大范围变化，有效提高减振器的减振效果，同时防止密封元件因油温剧烈升高而老化失效的效果。

优选的，所述压缩机5和运动转换机构输出轴4之间还可安装增速器，以增强压缩机做功效率，提高冷却效果。

优选的，为增大吸热和散热面积，所述冷凝器20和蒸发器13在油气弹簧外部和内部采用蛇形结构。

本发明具有自冷却功能的复合油气弹簧装置的工作原理为：

在汽车油气弹簧内部设置有内部环形缸体21和环形缸体17，内部环形缸体21嵌套在环形缸体17内部，二者之间采用动密封形式，从而在内部形成无油液空腔，滚珠丝杠副安装在此无油液空腔内；当汽车在不平路面行驶时，受路面激励，油气弹簧剧烈振动，带动油液进出阻尼孔18和单向阀11，产生大量热量；

而当油气弹簧在振动时，存在两种运动方式：振动方向向上或向下；

若第一单向轴承27向右转动为卡死状态，第二单向轴承30向左转动为卡死状态，滚珠丝杠12右旋：

(1)当振动方向向上时：滚珠丝杠12向右旋转，此时第一单向轴承27卡死，带动第一锥齿轮26向右旋转，第一锥齿轮26带动小锥齿轮31向下旋转，此时第二单向轴承30处于转动状态，第二锥齿轮29随小锥齿轮31向左转动；

(2)当振动方向向下时：滚珠丝杠向左旋转，此时第二单向轴承30卡死，带动第二锥齿轮29向左旋转，第二锥齿轮29带动小锥齿轮31向下旋转，此时第一单向轴承27处于转动状态，第一锥齿轮26随小锥齿轮31向右转动；

最终，油气弹簧的双向转动经运动转换机构变为小锥齿轮31的单向转动，小锥齿轮31通过键连接在输出轴4上，输出轴4连接在压缩机5输入轴上，带动压缩机工作；

常温下制冷剂为易液化气体，当受路面激励，压缩机工作时，压缩机5将气态制冷剂压缩为高温高压蒸汽；高温高压蒸汽经连接管路32进入冷凝器20；高温蒸汽在外界环境下作用下在冷凝器中被冷却，放出热量，变为液体；液态制冷剂经连接管路进入膨胀阀8，进行节流膨胀，变为低温低压的液气混合态；液气混合状态制冷剂进入蒸发器13，在高温液压油的作用下吸热气化，变为气态；气态制冷剂被压缩机5吸入，经过压缩后转为高温高压蒸汽重新泵出，完成油气弹簧的冷却；

当路面激励增大时，油气弹簧振动频率和振幅均会增大，油液发热量增大；在油气弹簧的激励下，运动转化机构中滚珠丝杠12转动速度增加，带动第一锥齿轮26、第二锥齿轮29做高速运动，小锥齿轮31转动速度增加，压缩机5高速运转，冷却系统循环速度加快，从而散热速度加快。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，其特征在于：包括油气弹簧本体、运动转换机构和冷却机构，其中运动转换机构设置在油气弹簧本体内部和上端，冷却机构设置在油气弹簧本体的内部和外侧；

所述油气弹簧本体包括外缸体(7)、活塞杆(10)、蓄能器(28)、上部缸体(2)、上吊耳(1)和下吊耳(15)，上部缸体(2)与外缸体(7)连接，上吊耳(1)设置在上部缸体(2)上；活塞杆(10)活动设置在外缸体(7)内，且活塞杆(10)内部为中空结构，下吊耳(15)设置在活塞杆(10)上，所述蓄能器(28)通过气管(23)与外缸体(7)的内部腔室连通，通过上吊耳(1)和下吊耳(15)与车轮和悬架分别连接；

所述运动转换机构包括驱动组件、转换组件和输出轴(4)，驱动组件设置在活塞杆(10)内，转换组件设置在上部缸体(2)内，通过驱动组件带动转换组件运动，转换组件带动输出轴(4)运动，带动冷却机构做功，实现油气弹簧内部和外界环境的热量交换，对复合油气弹簧进行冷却；

所述的驱动组件包括滚珠丝杠(12)、滚珠丝杠螺母副(19)、螺母副支撑座(14)、双推力球轴承(24)和轴承座(25)，螺母副支撑座(14)焊接在第一底座(16)上，滚珠丝杠螺母副(19)固定嵌设在螺母副支撑座(14)内，并通过螺栓固定；所述滚珠丝杠(12)上端丝杠部分套在滚珠丝杠螺母副(19)内，下端阶梯轴部分穿过双推力球轴承(24)，并在轴向采用轴肩对滚珠丝杠(12)定位，所述双推力球轴承(24)套在轴承座(25)内，轴承座(25)与外缸体(7)之间通过螺栓固连；且滚珠丝杠(12)的末端伸出轴承座(25)外，其伸出段与转换组件连接；

所述的转换组件包括第一单向轴承(27)、第二单向轴承(30)、第一锥齿轮(26)、第二锥齿轮(29)、角接触轴承(3)和轴承密封端盖(6)，其中第一单向轴承(27)与第二单向轴承(30)的转动方向相反，所述第一单向轴承(27)和第二单向轴承(30)依次套设在滚珠丝杠(12)的伸出段上，且在第一单向轴承(27)上设置有第一锥齿轮(26)，第二单向轴承(30)上设置有第二锥齿轮(29)；所述第一锥齿轮(26)与第二锥齿轮(29)之间还设置有小锥齿轮(31)，输出轴(4)外端穿过小锥齿轮(31)，且与小锥齿轮(31)固定连接；所述输出轴(4)上还设置有角接触轴承(3)，角接触轴承(3)外圈固定在上部缸体(2)上，且外圈外侧通过轴承密封端盖(6)与上部缸体(2)密封连接；

所述的冷却机构包括压缩机(5)、膨胀阀(8)、蒸发器(13)、冷凝器(20)和连接管路(32)，所述压缩机(5)的输入轴为输出轴(4)，压缩机(5)的制冷剂输出端与连接管路(32)连接，连接管路(32)的另一端与冷凝器(20)连接，冷凝器(20)通过管路与膨胀阀(8)连接，膨胀阀(8)与第一冷却软管(9)连接，第一冷却软管(9)与蒸发器(13)的首端连接，蒸发器(13)的末端与第二冷却软管(34)连接，第二冷却软管(34)与外部管路(33)连接，气态制冷剂经外部管路(33)吸入压缩机(5)。

2.根据权利要求1所述的一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，其特征在于：所述的活塞杆(10)内设置有嵌套连接的环形缸体(17)和内部环形缸体(21)，其中环形缸体(17)焊接在第一底座(16)上，第一底座(16)设置在活塞杆(10)内部，内部环形缸体(21)焊接在第二底座(22)上，第二底座(22)通过螺栓与外缸体(7)的上底面连接，且第二底座(22)与外缸体(7)之间采用静密封方式密封，在内部缸体中形成无油液空腔。

3.根据权利要求1所述的一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，其特征在于：所述的外缸体(7)上还设置有进冷却液口(71)和出冷却液口(72)，进冷却液口(71)与第一冷却软管(9)连接，出冷却液口(72)与第二冷却软管(34)连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，其特征在于：所述的压缩机(5)与输出轴(4)之间设置有增速器。

5.根据权利要求1所述的一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，其特征在于：所述的冷凝器(20)和蒸发器(13)在油气弹簧外部和内部均采用蛇形结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有自冷却功能的复合油气弹簧装置，其特征在于：所述的活塞杆(10)上还设置阻尼孔(18)和单向阀(11)。

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