CN1201099C - 具有阻尼的悬挂支柱 - Google Patents

Abstract

一种悬挂支柱包括套管组件，该套管组件包括第一和第二相对的套管元件(20-30)。第一和第二套管元件可沿轴线相对移动。至少第一套管元件包括接合表面。至少一个可压缩弹性元件(50)设置在第一和第二套管之间。该弹性元件包括外围部分。其中所述支柱这样成型，当第一和第二套管元件(20-30)沿轴线在预定方向相对移动时，弹性元件(50)被轴向压缩，以提供弹性力抵抗沿预定方向在第一与第二套管元件(20-30)之间的进一步相对移动，且所述外围部分以一定的接合面积摩擦地接合在接合表面上，以便在第一和第二套管元件(20-30)之间提供动态阻尼。

Description

具有阻尼的悬挂支柱

技术领域

本发明涉及悬挂支柱，更具体的是，涉及具有阻尼的悬挂支柱。

背景技术

悬挂支柱可用来连接被悬挂物体与悬挂物体，例如，机车体与机车车轮和/或其它悬挂元件。例如，这样的悬挂支柱可用于采矿车和类似机车。采矿车和类似机车的悬挂支柱可能会承受多种载荷。更具体地说，当采矿车空载时，悬挂支柱可能只承受机车体的相对较小的载荷。但是，所述机车的完全载重量可能超过80吨。用于这种机车的悬挂支柱应该能充分地吸收机车设计范围内的任何载荷或位移下的车轮运转或振动，从而减小或消除机车或其货物被破坏的可能性。尤其需要的是，防止在使用中悬挂支柱到达最低点。悬挂支柱在抗疲劳与抵抗来自碰撞的损坏，过载和各种环境危害方面都应该持久。

还需要使采矿车或其它被悬挂物体的摇晃和振动最小化。要使这些不稳定的运动最小化，就需要悬挂支柱的压缩和/或延伸的阻尼。

发明内容

根据本发明的实施例，一种悬挂支柱包括套管组件，该套管组件包括第一和第二相对的套管元件。第一和第二套管元件可沿轴线相对移动。至少第一套管元件包括接合表面。至少一个可压缩弹性元件设置在第一和第二套管之间。该弹性元件包括外围部分。其中所述支柱这样成型，当第一和第二套管沿轴线在预定方向相对移动时，弹性元件被轴向压缩，以提供弹性力抵抗沿预定方向在第一与第二套管元件之间的进一步相对移动，且所述外围部分以一定的接合面积摩擦地接合在接合表面上，以便在第一和第二套管元件之间提供动态阻尼。

优选的是，在第一与第二套管元件之间沿预定方向的相对位移的选定范围内，外围部分与接合表面之间的接合面积增加，从而增大动态阻尼。优选的是，套管组件与弹性元件相对布置并成型为弹性元件相应于轴向压缩的变形被套管组件限制。

弹性元件可由弹性材料制成。弹性元件可呈环形。多个弹性元件可相互堆迭。隔板可放置在至少两个弹性元件之间。

弹性元件可包括从弹性元件外围伸出的突起，外围部分形成突起的一部分。第一套管元件可包括具有内表面的管状套筒，接合表面形成内表面的一部分。

该悬挂支柱可包括形成第二套管一部分的第二管，其滑动地容纳在第一管内，第二管具有第二接合面，设置在所述第二管内的第二弹性件，其与第二接合表面滑动地接合。隔距块可设置于第一弹性件与第二弹性件之间。隔距块可相对于各第一和第二管轴向移动。支撑件可围绕第二管并设置在第一与第二管之间。

通过阅读图和下面对优选实施例的详细描述，本领域的普通技术人员可实现本发明的目的，下面的描述只用于说明本发明。

附图说明

图1是根据本发明实施例的悬挂支柱的透视图；

图2是图1悬挂支柱的侧正视图；

图3是沿图2中的线3-3剖开的图1悬挂支柱的横截面视图；其中悬挂支柱处于完全伸长位置；

图4是沿图3中所示同样的横截面看过去的图1悬挂支柱的横截面视图，但是其中悬挂支柱处于压缩状态；

图5是形成图1悬挂支柱一部分的弹性件的俯视平面视图；

图6是图5弹性件的透视图；

图7是沿图5的线7-7剖开的图5弹性件的横截面视图；

图8是形成图1悬挂支柱一部分的支撑件的侧正视图；

图9是图8支撑件的透视图；

图10是形成图1悬挂支柱一部分的隔板俯视图；

图11是形成图1悬挂支柱一部分的轴承的透视图；

图12是形成图1悬挂支柱一部分的隔距块的透视图；

图13是图1悬挂支柱的透视图，但为清楚起见，其中顶管和底管被去除掉；

图14是弹性件、临近隔板和形成图1悬挂支柱一部分的管壁的示意图；

图15是图14所示元件的示意图，但其中更大的载荷施加到弹性件上；

图16是包括第一曲线和第二曲线的载荷变形曲线图，其中第一曲线示出图1悬挂支柱压缩反应，第二曲线示出悬挂支柱释放反应。

具体实施方式

以下将参照附图更加完整地描述本发明，其中附图示出了本发明的优选实施例。但是，本发明可以多种不同方式实施，不应理解为限制于这里描述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使公开更加详细和完整，并向本领域普通技术人员完全传达本发明的范围。相同数字在全文中指相同元件。

参照图1-4，其中示出了根据本发明实施例的悬挂支柱，并都用100指出。悬挂支柱100包括套管组件12，所述套管组件12包括底套管30和顶套管20，其中顶套管20可滑动并伸缩地容纳在底套管30中。参照图3，底套管30包括底管32和连接(例如，通过焊接或其它方式)到底管32上的底端盘36。底轴承盘或轴套38连接到底端盘36上。球形轴承38A压配到轴承盘38内，并被各侧的挡圈38B固定住。顶套管20包括顶管22和与其相连接的顶端盘26。顶管22的底部设置在底管32内，顶管22的上部通过底管32的开口31伸出。顶轴承盘28(球形轴承28A压配到其中而且通过挡圈28B固定)连接到顶端盘26上。管22，32，端盘26，36，以及轴承盘28，38优选用钢或其它合适的材料制成。

为防止悬挂支柱100过度伸长(即，防止顶套管20过度伸出底套管30)，可把底管32的上外围边缘卷曲，如图3所示，以形成向内延伸的圆周限位凸缘33。顶管22包括向外延伸的上圆周限位凸缘23，从而与限位凸缘33配合。限位凸缘23优选与顶管22一体形成，但可选择的是，其可焊接或用其它方法固定到顶管22上。

参照图3，4，8和9，顶管22还包括底圆周限位凸缘24。圆柱支撑件40位于凸缘23与24之间，并围绕顶管22在其间的部分。支撑件40优选采用弹性合成材料制成。支撑件40包括裂缝42，其使支撑件40可暂时膨胀以便把支撑件40安装到凸缘24上。优选的是，支撑件40由具有良好耐磨性和摩擦特性的坚固材料制成，如油浸尼龙。

如图3，5-7和13所示，三个弹性件50B套在底套管30内，两个弹性件50A套在顶套管20内。如图3所示，弹性件50B比弹性件50A大。弹性件50A优选彼此相同，且弹性件50B也优选彼此相同。弹性件50A和50B可具有相同的形状，只是尺寸相对不同。

参照图5-7，其中所示的弹性件50B是本发明各种实施例的一个例子，其通常具有环形或“面包圈”形状。弹性件50B具有主体52，所述主体52具有形成轴向通道53的内壁54，所述轴向通道53又反过来形成轴B-B(见图7)。圆周肋或突起56与主体52一体成型并从主体52上向外径向伸出。突起56包括上下相对的凹壁57。突起56还包括通常轴向延伸的外围58B。

优选的是，由外围58B确定的弹性件50B的外径OD(见图5)是管32的相应内径的百分之95到百分之120。优选的是，由内壁54确定的弹性件50B的内径ID(见图7)是外径OD的0％到70％。优选的是，弹性件50A的相应外径是管22的相应内径的95％到1 20％，弹性件50A的相应内径是外径的0％到70％。优选的是，各凹壁57的半径在大约0.5到5英寸之间，更优选的是，在大约0.5到1.5英寸之间。

各弹性件50A，50B优选由弹性回复材料制成。更优选的是，各弹性件50A，50B由天然橡胶或尿烷制成。也可采用氯丁橡胶或腈。优选的是，弹性件模制而成。其它具有不同固有阻尼特性的弹性体也可被采用以在不同的阻尼程度内调节支柱阻尼。

多个隔板80B和80A临近并位于各个弹性件50A，50B之间，以提供刚性承载表面。隔板80B的一个例子在图10中示出，其上形成有通孔82。各隔板80B的优选外径P在大约小于管32内径0.001到0.10英寸之间。隔板80A与隔板80B可以只是外径不同。优选的是，各隔板80A的外径在大约小于管22内径0.001到0.10英寸之间。隔板80A，80B优选用刚性材料制成。可用于隔板80A，80B的材料包括乙缩醛，钢和任何其它合适的刚性材料。弹性件50A，50B可粘贴或粘结到隔板80A，80B上。

如图3和13所示，最下面的弹性件50B封装在管32中并位于端盘的内表面36A与隔板80B之间。中间和上面的弹性元件50B封装在管32中并位于一对隔板80B之间。同样，最上面的弹性件50A封装在顶管22中并位于盘表面26A与隔板80A之间。下面的弹性元件50A封装在管22中并位于一对隔板80A之间。因为突起56具有弧形轮廓，因此围绕弹性件50B形成空隙37，围绕弹性件50A形成空隙27。

继续参照图3和13，隔距块70与隔距轴承60设置在最下面的隔板80A与最上面的隔板80B之间。隔距块70容纳在轴承60的通道66(见图11)中。轴承60的内凸缘64容纳在隔距块70内的互补圆周凹口74(见图12)内。轴承60还包括圆周凸缘62。隔距块70上具有形成于其上的贯通通道72(见图12)。优选的是，隔距块70由刚性材料制成，如钢。优选的是，隔距轴承60由刚性的，摩擦较低的材料制成，如油浸尼龙。

当悬挂支柱100处于如图3所示的完全伸长位置时，隔距轴承60的上部与隔距块70的上部通过顶管22下面的孔21伸出。凸缘24，凸缘62，隔距轴承60的外表面和管22的内表面22A形成圆周间隙68。

如图3所示，弹性件50A，50B，隔板80A，80B，隔距轴承60和隔距块70都不固定在顶管22或底管32上。相反，这些元件都能够相对于管22，32轴向滑动(即，沿图4中的轴线A-A上或下)。支撑件40封装在凸缘23与24之间，因此与顶管22一起滑动，但可相对于底管32轴向滑动。凸缘23，24和支撑件40有助于防止悬挂支柱100上的堆叠载荷。

悬挂支柱100可这样安装，即通过安装盘28把顶套管20直接或间接地固定到被悬挂物体，如被悬挂的机车体上，通过安装盘38，把底套管30直接或间接地安装到未被悬挂的物体，例如车轮上。在使用中，悬挂支柱100可被交替地加载和卸载，在加载时，安装盘28被沿方向C(见图4)向安装盘38推压，在卸载时，安装盘28被从底安装盘38向外推开。在加载时，顶套管20和底套管30向弹性件50A，50B施加轴向压缩力。弹性件50A，50B呈现如图4所示的膨胀的，轴向压缩的状态。然后，顶管22可进一步向底管32内滑动，隔距轴承60和隔距块70可进一步向顶管22内滑动。

如图4，14和15所示，表面58A，58B与表面22A，32A之间的接触面积和力都会随着各弹性件50A，50B的轴向受压而各自增加。例如，如图14所示受到第一载荷(可能没有载荷)的弹性件50B受到更大的载荷时，弹性件50B可呈现出如图15所示的状态。就是说，当弹性件50B受到更大的载荷时，该弹性件会进一步轴向压缩，因此会在径向和轴向膨胀或变形以进一步填满空隙37(以及在弹性件50B内形成的中央空隙)，并且增加所述弹性件外表面58B与所述套管内表面32A之间的接触面积。而且，所述弹性件外表面58B施加到内表面32A上的径向载荷也会增加。

值得注意的是，弹性件50A，50B的膨胀(即变形)被临近的内管表面22A，32A，临近的隔板80A，80B以及端盘表面26A，36A所限制或抵触。结果，当隔板80A，80B周围与管22，32之间的接触区域增加，且被所述弹性件施加到这些元件上的载荷增加时，由于弹簧刚度的增加和弹性件50A，50B与表面22A，32A之间的摩擦，需要进一步轴向压缩各弹性件50A，50B的载荷以更大的速率增加。因此，弹性件的膨胀被套管20，30限制，该限制归功于弹性件的压缩弹簧刚度。

例如，如图16所示，其示范地展示了根据本发明悬挂支柱的压缩和释放载荷-变形反应曲线，支柱100在低载(小变形)时具有较低的弹簧刚度，如各条曲线第一段持续的直线部分。但是，当支柱100接近其设定的最大变形量时，对应于进一步的变形，弹性刚度急剧增加(曲线接近垂直)。这样，支柱100可在较大的变形范围内提供更接近于线性的平滑的弹性刚度，从而加强与被悬挂物体的隔离(例如在正常工作状态下)，而同时在变形接近于最大允许的变形时，提供较高的弹簧刚度(例如在受到大的冲击载荷或过载时防止到达悬挂元件的最低点)。

以上描述的对弹性件50A，50B膨胀的限制还为支柱100提供了需要的刚度，同时限制了所需弹性件变形的自由。对变形的这种限制可减小弹性件的应变，从而延长支柱的寿命。

另外，当悬挂支柱100被轴向压缩或从压缩状态释放时，各弹性件50B的圆周外表面58B接合在底管32的内表面32A的一部分上，并沿其滑动。同样，各弹性件50A的圆周外表面58A接合在顶管22的内表面22A的一部分上，并沿其滑动。可选择表面22A，32A以及弹性件50A，50B的材料以便在其间提供预定量的摩擦阻力。而且，该摩擦阻力可为悬挂支柱100提供动态阻尼。该摩擦阻力提供压缩和回弹(即释放或延伸)阻尼。这样，被悬挂物体的弹跳或振动可被减小或最小化。

如上所述，对应于轴向压力的增加，弹性件表面50A，50B与管内表面22A，32A之间的接触面积和载荷也会增加。结果，弹性件50A，50B与内表面22A，32A之间的摩擦阻力也会增加，从而提供更大的阻尼。因此，悬挂支柱100可为更大的变形，即为更大的载荷提供更大的阻尼。

以上参照图14和15的讨论是各弹性件50A，50B和各管表面22A，32A性能的示例。但是，给定弹性件50A，50B提供的摩擦阻力的大小是不同的。特别的，对于给定压力的悬挂支柱100，接近隔距块70的弹性件50A，50B通常相对于接合面22A，32A移动的距离更长，因此与接近于端盘26，36的弹性件50A，50B相比，其各自提供更大的阻尼力。

上述摩擦阻尼有如下的优点。所述摩擦阻尼会补偿弹性件50A，50B的材料阻尼(即由于材料损失的原因)。因此，选定的弹性件材料所提供的阻尼的最大值，弹性件几何尺寸和支柱尺寸都可增加。在变形范围内可提供更广范围的阻尼度。与较小的变形相比，对于更大的变形，作为变形量函数的阻尼提高速率会增加(见图16)。可对弹性件50A，50B和套管12接合面22A，32A的材料进行选择，以提供各种应用所需要的摩擦与变形特性的结合。通过调节一个或更多参数，可以更容易和有效地调节支柱的阻尼率。例如，阻尼特性可通过以下方法调节：

1)改变弹性件50A，50B的弹性材料；

2)改变弹性件50A，50B中的孔的几何尺寸或去掉该孔；

3)改变弹性件50A，50B的高度；

4)改变弹性件50A，50B的形状；

5)改变内套管接合面22A，32A的摩擦特性。这可通过以下方式实现，例如选择管22，32的材料，或利用如粘结树脂润滑涂层的涂层，其中粘结树脂润滑涂层如密歇根(Michigan)Port Huron的Acheson Colloids Company提供的Emralon^TM333涂层，特氟纶基涂层，或其它合适的涂层；

6)在弹性件58A，58B与内套管接合面22A，32A之间提供润滑；

7)改变弹性件50A，50B相对于管22，32的对应内径的外径。例如，弹性件50A，50B的外径可小于管22，32相应的内径或与之相同，因此弹性件50A，50B滑动配合到管22，32中。或者，弹性件50A，50B的外径大于管22，32相应的内径，因此弹性件50A，50B干涉配合到管22，32中，从而为一个或更多弹性件50A，50B提供径向预压力。

因此，支柱100在调节支柱阻尼方面具有灵活性，不论所需的调节状态是临界阻尼，欠阻尼或过阻尼。

孔53，72和82有利于空气流过悬挂支柱100，以便进行冷却，并把压缩残存空气的影响最小化或消除，其中压缩残存空气会影响弹簧刚度或悬挂支柱的其它性能。另外，孔53，72和82可用来辅助组装和拆卸支柱。例如，弯曲的铁丝或类似工具可插入到所述孔中，以把元件堆栈从套管12中拉出。

尽管前述元件以“顶”和“底”的方向描述，但可以理解的是，所述方向可以倒转。而且，悬挂支柱100可水平或在竖直与水平之间的一个角度放置。

除了上述优点，套管20，30可保护弹性件50A，50B不受冲击，灰尘，腐蚀和其它环境的侵害。

尽管在上述实施例中，所示弹性件在套管20，30中都存在，在本发明的其它实施例中没有必要这样设置。而且，根据其它实施例，隔距块70与轴承60可以省略。

Claims (13)

1.一种悬挂支柱，其包括：

a)套管组件，其包括相对的第一和第二套管元件，所述第一和第二套管元件可沿轴线相对移动，至少所述第一套管元件包括接合表面；

b)至少一个可压缩弹性元件，其设置在所述第一和第二套管元件之间，所述弹性元件包括外围部分；

c)其中所述支柱成型为当所述第一和第二套管元件沿所述轴线在预定方向相对移动时：

所述弹性元件被轴向压缩，以提供弹性力抵抗所述第一与第二套管元件之间沿预定方向的进一步相对移动；和

所述外围部分以一定的接合面积摩擦地接合在所述接合表面上，以便在所述第一和第二套管元件之间提供动态阻尼；

形成所述第二套管元件一部分的第二管，其滑动地容纳在所述第一套管元件内，所述第二管具有第二接合表面；以及

设置在所述第二管内的第二弹性件，其与所述第二接合表面摩擦地接合。

2.根据权利要求1所述的悬挂支柱，其特征在于，在所述第一与第二套管元件之间沿所述预定方向的相对位移的选定范围内，所述外围部分与所述接合表面之间的接合面积增加，从而增大所述动态阻尼。

3.根据权利要求1所述的悬挂支柱，其特征在于，所述套管组件与所述弹性元件相对布置并成型为所述弹性元件相应于轴向压缩的变形被所述套管组件限制。

4.根据权利要求1所述的悬挂支柱，其特征在于，所述弹性元件由弹性材料制成。

5.根据权利要求1所述的悬挂支柱，其特征在于，所述弹性元件呈环形。

6.根据权利要求1所述的悬挂支柱，包括多个相互堆迭的所述弹性元件。

7.根据权利要求6所述的悬挂支柱，包括放置在至少两个所述弹性元件之间的隔板。

8.根据权利要求1所述的悬挂支柱，其特征在于，所述弹性元件包括从所述弹性元件外围伸出的突起，所述外围部分包括所述突起的一部分。

9.根据权利要求8所述的悬挂支柱，其特征在于，所述第一套管元件包括具有内表面的管状套筒，所述接合表面包括所述内表面的一部分。

10.根据权利要求9所述的悬挂支柱，其特征在于，所述突起包括具有相对的弧形壁的圆周肋。

11.根据权利要求10所述的悬挂支柱，其特征在于，所述各弧形壁的半径在大约0.5到5英寸之间。

12.根据权利要求1所述的悬挂支柱，包括设置于所述第一弹性件与所述第二弹性件之间的隔距块，其中所述隔距块可相对于所述第一套管元件和所述第二管中的每一个轴向移动。

13.根据权利要求1所述的悬挂支柱，包括围绕所述第二管并设置在所述第一套管元件与所述第二管之间的支撑件。

Images