CN1918400A - 用于气体填充的减振器的导向座和密封系统 - Google Patents

Abstract

一种气体减振器，其具有一个限定一个工作腔的压力缸。一个活塞组件将该工作腔分为一个上工作腔和一个下工作腔。至少两个扩张通道延伸过该活塞组件，并由一个扩张阀组件来开闭。至少两个压缩通道延伸过该活塞组件，并由一个压缩阀组件来开闭。一个导向座组件位于该压力缸和该活塞杆之间。该导向座组件包括一个用于密封和润滑该活塞杆的油腔。一个可轴向移动的活塞组件以平衡油腔中的压力与上工作腔中的压力。

Description

用于气体填充的减振器的导向座和密封系统

技术领域

本发明总体上涉及用于悬架系统的阻尼器和减振器，例如用在汽车中的悬架系统所用的阻尼器和减振器。更具体地说，本发明涉及使用气体而非液压油作为阻尼介质的减振器所用的导向座组件。

背景技术

减振器与汽车悬架系统结合使用以吸收行驶过程中产生的有害振动。为吸收这些有害振动，一般在汽车的簧上部分(车身)和簧下部分(悬架)之间连接复数个减振器。活塞位于减振器的压力缸中，并且压力缸通常与车辆的簧下部分相连接。活塞通常通过延伸过该压力缸的活塞杆连接到车辆的簧上部分。活塞将压力缸划分为上工作腔和下工作腔，这两个工作腔一般都填充以液压油。由于在减振器压缩或者扩张时，活塞能够通过用阀调节来限制上工作腔和下工作腔之间的液压油流动，所以减振器能够产生用于消除振动的阻尼力，若非如此，振动将从车辆的簧下部分传递到车辆的簧上部分。在双缸减振器中，蓄油器或储油腔限定在压力缸和储油缸之间。底阀位于下工作腔和储液腔之间以便同样产生用于消除振动的阻尼力，若非如此，振动亦将从车辆的簧下部分传到车辆的簧上部分。

液压油填充的减振器在整个汽车工业界取得了一连串成功。但是在汽车工业界取得这一连串成功的同时，液压油填充的减振器面临着问题。当今减振器面临的问题之一是它们对振动的频率不够敏感。已经开发了复杂的系统以制造这样一种液压油填充的减振器，其在高频振动时相对较软，而在低频振动时相对较硬。与现有液压油填充的减振器相关的其它问题包括，减振器的阻尼力相对于液压油温度改变的易变性。随着液压油的温度变化，油的黏滞性亦随之改变，这极大地影响了油的阻尼力特性。另外，由于压缩气体进入到不可压缩的液压油中，导致液压油在工作期间的任何气泡都会对阻尼器的工作造成负面影响。最后，液压油增加了减振器的重量，同时液压油的使用还造成了环境问题。

为克服使用液压油作为阻尼介质的减振器的某些问题，已经开发了使用诸如空气之类的气体作为阻尼介质的减振器。使用气体作为阻尼介质，可制造出受频率影响的阻尼器，其较之液压油阻尼器来说对于温度的变化更不敏感，并且由于不再使用液压油，所以其不会随时间流逝受到气泡的负面影响、重量更小、更利于环保。

尽管气体填充的减振器已克服了与液压油阻尼器相关的一些问题，还是它们也存在自身独有的问题。造成了气体填充的减振器的诸多问题的一个方面是合并在导向座组件内、密封和润滑活塞杆的密封系统。在多数现有气体弹簧或填充以气体的减振器中，合并在导向座组件内的密封系统包括二者之间放置有一个油腔的两个密封件。这些油润滑密封件，并进一步隔离气体分子以确保绝对密封。现有设计的一个问题是随着时间的流逝，油腔内的压力会升高。尽管在制造减振器时，油腔内的压力等于大气压力，但是随着时间的流逝，该压力会升高至工作腔的静压力，或者更严重地，升至工作腔内出现的最大动压力。这种压力增长会加重密封摩擦，进而加速密封件的磨损。造成压力增长的原因在于气体分子经过密封件从高压力侧(工作腔)迁移到低压力侧(油腔)。

解决上述问题的用于导向座组件的改良密封系统的发展，关乎到气体填充的减振器的后续发展。

发明内容

本发明提供了一种关乎导向座组件所用的改良密封系统的技术。该密封系统包括二者之间放置有一个油腔的一对密封件。下密封件置于一个活动活塞之上。该活动活塞在工作腔中轴向移动以平衡减振器的油腔和工作腔之间的压力。

根据下述详细描述，本发明的更广泛应用范围将变得显而易见。应理解，用于说明本发明优选实施例的详细描述和具体示例，都仅用于示例的目的，而非用于限制本发明的范围。

附图说明

根据详细说明和附图，本发明将变得更易于理解，附图包括：

图1是一辆汽车的图，该汽车具有包括根据本发明的密封系统的气体填充的减振器；

图2是图1所示具有根据本发明的密封系统的减振器的侧视局部剖面图；

图3是图2所示活塞阀系统的放大示意剖面图；

图4是图2所示具有根据本发明的密封系统的导向座组件的放大剖面图；

图5是填充油的现有减振器和根据本发明的气体填充的减振器的频率-耗散图；

图6是根据本发明另一实施例的导向座组件的放大剖面图；和

图7是根据本发明另一实施例的导向座组件的放大剖面图。

具体实施方式

以下对优选实施例的说明在本质上仅是示例性的，决非用于限制本发明、本发明的用途或使用。

现在参见附图，在所有附图中，相同的附图标记始终标识相同或相应的部件，图1中所示的包含有悬架系统的车辆总体上由附图标记10来标识，该悬架系统具有根据本发明的受频率影响的阻尼器。车辆10包括后悬架系统12、前悬架系统14、和车身16。后悬架系统12包括一对用于有效支撑一对后轮18的独立悬架。各个后独立悬架通过一个减振器20和一个螺旋卷簧22连接到车身16。与此相类，前悬架14包括一对用于有效支撑一对前轮24的独立悬架。各个前独立悬架通过一个减振器26和一个螺旋卷簧28连接到车身16。后减振器20和前减振器26用于缓冲车辆10的簧下部分(即，前后悬架系统12和14分别)相对于车辆10的簧上部分(即，车身16)的相对运动。尽管车辆10被描述为具有独立前、后悬架的乘用车，但是减振器20和26可以用在具有其它类型的悬架和弹簧的其它类型车辆中，或者用在其它类型应用中，这些应用包括但不限于，包含有空气弹簧、钢板弹簧、非独立前和/或非独立后悬架系统的车辆。本发明的一个独有特征是，如果减振器与空气弹簧相结合，那么空气弹簧和减振器可以是分立的单元，也可以是相互连通的单元。尽管空气弹簧和减振器之间没有必要连通，但是这一选择权可提供某些益处。进一步，由于这里使用的术语“减振器”指的是常规意义上的阻尼器，所以会包括麦弗逊支柱、弹簧座单元和其它当前已知的减振器设计。

参见图2，其中更详细地显示了后减振器20。尽管图2仅示出了后减振器20，但是应理解，前减振器26也可设计为具有根据本发明的导向座组件的受频率影响的阻尼器。前减振器26与后减振器20的唯一不同之处在于，它们连接到车辆10的簧上和簧下部分的方式以及各种部件的尺寸不同。减振器20包括一个压力缸30、一个活塞组件32、一个活塞杆34和一个导向座组件36。

压力缸30限定了一个工作腔42。工作腔42填充以特定压力的气体，优选空气，作为阻尼介质。活塞组件32可滑动地设置在工作腔42内，并将工作腔42划分为上工作腔44和下工作腔46。一个密封组件48设置在活塞组件32和压力缸30之间，以允许活塞组件32相对于压力缸30滑行运动，而不产生过度的摩擦力，同时使上工作腔44和下工作腔46密封隔开。活塞杆34连接到活塞组件32，并延伸过上工作腔44和封闭压力缸30上端的导向座组件36。活塞杆34的与活塞组件32相对的一端，适于固定到车辆10的簧上部分。压力缸30的与导向座组件36相对的一端，适于连接到车辆10的簧下部分。尽管在图中活塞杆34适于连接到车辆10的簧上部分，而压力缸30适于连接到车辆10的簧下部分，但是由于作为阻尼介质的气体的作用，如果需要的话，使活塞杆34适于连接到车辆10的簧下部分而使压力缸30连接到车辆10的簧上部分，亦在本发明的范围之内。

现在参见图2和图3，活塞组件32包括一个活塞体52、一个压缩阀组件54和一个回弹阀组件56。活塞杆34限定一个直径缩减部分(reduceddiameter section)58，活塞组件32位于直径缩减部分58之上。一个螺母60和一个垫圈62将活塞组件32固定到活塞杆34的部分58上，而活塞组件32与位于活塞杆34之上的肩64邻接。

密封组件48包括一个位于活塞体52和压力缸30之间、靠近上工作腔44位置处的第一环形密封件66，和一个位于活塞体52和压力缸30之间、靠近下工作腔46位置处的第二环形密封件68。尽管密封组件48被描述为多件的部件，但是如果需要的话，将密封组件48制造成单件的部件也在本发明的范围之内。密封组件48允许活塞体52相对于压力缸30滑行运动，而不产生过度的摩擦力，同时还在上工作腔44和下工作腔46之间形成密封。由于工作腔44和46内产生的高压力，以及限制活塞组件32和压力缸30之间产生的滑动力这一持续需求，所以密封组件48扮演的双重角色对于气体减振器来说极为重要。

活塞体52限定了至少两个压缩通道70和至少两个扩张通道72。如下所述，在减振器20的压缩运动期间，气体从下工作腔46经压缩通道70流入上工作腔44。如下所述，在减振器20的扩张运动期间，气体从下工作腔44经扩张通道72流入下工作腔46。

压缩阀组件54包括至少两个保持架74、至少两个阀弹簧76和至少两个阀构件78。各个阀构件78由各自的阀弹簧76偏压到阀体52上，而各自的阀弹簧76对各自的保持架74施加抗力，以便常闭所述至少两个压缩通道70中各自的一个通道。在减振器20的压缩行程中，下工作腔46中的气体压缩，这其中也包括所述至少两个压缩通道70中的气体。压缩通道70中的压缩气体在使压缩通道70保持固定关闭的阀构件78上施加一个力，直至由气体压力产生的力克服阀弹簧76的偏压载荷，使阀构件78脱离阀体52，允许气体从下工作腔46经压缩通道70流入上工作腔44。尽管阀构件78在图中示意性地描述为球，但是也可使用包括阀盘或其它可开、闭通道70的装置在内的任意阀构件。

回弹阀组件56包括至少两个保持架84、至少两个阀弹簧86和至少两个阀构件88。各个阀构件88由各自的阀弹簧86偏压到阀体52上，而各自的阀弹簧76对各自的保持架84施加抗力，以便常闭所述至少两个扩张通道72中各自的一个通道。在减振器20的扩张行程中，上工作腔44中的气体压缩，这其中也包括所述至少两个扩张通道72中的气体。扩张通道72中的压缩气体在使扩张通道72保持固定关闭的阀构件88上施加一个力，直至由气体压力产生的力克服阀弹簧86的偏压载荷，使阀构件88脱离阀体52，允许气体从上工作腔44经扩张通道72流入下工作腔46。尽管阀构件88在图中示意性地描述为球，但是也可使用包括阀盘或其它可开、闭通道70的装置在内的任意阀构件。

现在参见图2和图4，对减振器26来说，导向座组件36在起到密封作用的同时还起到了润滑作用。导向座组件36包括一个主壳体90、一个除尘器92、一个上密封件94、一个轴承96、一个活塞组件98和一个保持架100。主壳体室90通过一个用以密封自身与压力缸30之间的接触面的密封件102与压力缸30配合。密封件102防止气体利用主壳体90与压力缸30之间从上工作腔44逃逸。压力缸30的成形部分104被压成一道由主壳体90来限定的凹槽，以便使主壳体90固定在压力缸30内。

除尘器92是一个可选部件，其设置在主壳体90和活塞杆34之间。除尘器92防止污垢进入导向座组件36。上密封件94设置在除尘器92下面并介于主壳体90和活塞杆34之间。上密封件94使一个油腔106与减振器20周围的环境密封开来。油腔106设置在上密封件94和活塞组件98之间。轴承96设置在上密封件94下面并介于主壳体90和活塞杆34之间。轴承96为活塞杆34的运动提供导引。一个润滑道108在油腔106和上密封件94之间延伸，以便为上密封件94提供润滑。

活塞组件98可滑动地设置在由主壳体90限定的孔110内。活塞组件98可在孔100的上端和保持架100之间运动以改变油腔106的容量。保持架100连接到孔110一端的连接到主壳体90，以充当活塞组件98的止动器。活塞组件98包括一个活塞体112、一个O型环114和一个下密封件116。O型环114设置在活塞体112和主壳体90之间，以使油腔106与上工作腔44密封开来。下密封件116设置在活塞体112和活塞杆34之间，亦使油腔106与上工作腔44密封开来。

活塞组件98可在主壳体90内轴向滑动，以平衡上工作腔44中的气压和油腔106中的油压。利用这种结构，上工作腔44中的压力和油腔106中的压力将总为相等。保持架100提供了一个用以限制活塞组件32的扩张运动和活塞组件98的行程的止动器。

上述气体填充的减振器20提供了一个受频率影响的阻尼器，其可根据具体应用调整到具体的性能指标。在现有油填充的减振器的压缩和扩张运动中，油要么从下工作腔流入上工作腔，要么从上工作腔流到下工作腔。这里提供了频率-耗散的响应曲线，由于衰减的振动的频率增长导致在较高频率下呈现指数形曲线，所以该曲线以一直增长的速率持续上升。本发明为悬架系统设计人员提供了一个使图5所示曲线变得平坦的机会。

使该曲线变平坦的原因在于气体的可压缩性与油的非可压缩性。在减振器20低速或低频运动期间，气体的会出现少量压缩，并且活塞组件32的运动会在压力缸30的下、下工作腔44和46之间传送气体。随着运动的频率增加，气体的压缩还将导致耗散的变化加剧，这是因为压缩气体开始像空气弹簧一样工作。通过为通道70和72选择不同尺寸，可以调整气体振动曲线弯离油振动曲线的定点。另外，为改变图5所示曲线的形状，可通过改变工作腔42内的初始压力来调整曲线高度。

减振器20的两个可调点允许调整减振器20的车身固有频率和车轮悬架固有频率，以便就这两个频率上优化减振器20的性能。尽管现有的油减振器可以调整到特定频率响应，但是残留的频率响应是无法改变的曲线的结果。

现在参见图6，该图显示了根据本发明的另一实施例的导向座组件136。导向座组件136直接替换导向座组件36。

对于减振器20来说，导向座组件136既起到了密封作用又起到了润滑作用。导向座组件136包括一个主壳体190、一个除尘器192、一个上密封件194、一个轴承196、一个活塞组件198和一个保持架200。主壳体190通过一个用以密封自身与压力缸30之间的接触面的密封件202与压力缸30配合。密封件202防止气体利用主壳体190与压力缸30之间从上工作腔44逃逸。压力缸30的成形部分204被压成一道由主壳体190限定的凹槽，以便使主壳体190固定在压力缸30内。

除尘器192是一个可选部件，其设置在主壳体190和活塞杆34之间。除尘器192防止污垢进入导向座组件136中。上密封件194设置在除尘器192下面并介于主壳体190和活塞杆34之间。上密封件194使一个油腔206与减振器20周围的环境密封开来。油腔206设置在上密封件194和活塞组件198之间。轴承196设置于上密封件194下面并介于主壳体190和活塞杆34之间。轴承196为活塞杆34的运动提供导引。一个润滑道208在油腔206和上密封件194之间延伸，以便为上密封件194提供润滑。

活塞组件198可滑动地设置在压力缸30内。活塞组件198可在主壳体190的下端和保持架200之间运动以改变油腔206的容量。保持架200通过焊接或其它现有已知手段连接到压力缸30，以充当活塞组件198的止动器。活塞组件198包括一个活塞体212、一个O型环214和一个下密封件216。0型环214设置在活塞体212和压力缸30之间，以使油腔206与上工作腔44密封开来。下密封件216设置在活塞体212和活塞杆34之间，亦使油腔206与上工作腔44密封开来。

活塞组件198可在压力缸30内轴向滑动，以平衡上工作腔44中的气压和油腔206中的油压。利用这种结构，上工作腔44中的压力和油腔206中的压力将总为相等。保持架200提供了一个用以限制活塞组件32的扩张运动和活塞组件198的行程的止动器。

现在参见图7，该图显示了根据本发明另一实施例的导向座组件236。导向座组件236直接替换导向座组件36或136。

对于减振器20来说，导向座组件236即起到了密封作用又起到了润滑作用。导向座组件236包括一个主壳体290、一个除尘器292、一个上密封件294、一个轴承296、一个活塞组件298和一个保持架300。主壳体290通过一个用以密封自身与压力缸30之间的接触面的密封件302与压力缸30配合。密封件302防止气体利用主壳体290与压力缸30之间从上工作腔44逃逸。压力缸30的成形部分304被压成一道由主壳体290限定的凹槽，以便使主壳体290固定在压力缸30内。

除尘器292是一个可选部件，其设置在主壳体290和活塞杆34之间。除尘器292可防止污垢进入导向座组件236中。上密封件294设置在除尘器292下面并介于主壳体290和活塞杆34之间。上密封件294使一个油腔306与减振器20的周围的环境密封开来。油腔306设置在上密封件294和活塞组件298之间。轴承296设置在上密封件294下面并介于主壳体290和活塞杆34之间。轴承296为活塞杆34的运动提供导引。一个润滑道308在油腔306和上密封件294之间延伸，以便为上密封件294提供润滑。

活塞组件298可滑动地设置在与主壳体290邻接的套筒310中。一个密封件312设置在套筒310和主壳体290之间以密封油腔306。活塞组件298可在主壳体290的下端与保持架300之间运动。保持架300与套筒310邻接，并通过焊接或其它现有已知手段利用一个开口环连接到压力缸30，以充当活塞组件198的止动器。

活塞组件298包括一个活塞体314、一个O型环316和一个下密封件318。O型环316设置在活塞体314和套筒310之间，以使油腔306与上工作腔44密封开来。下密封件318设置在活塞体314和活塞杆34之间，亦使油腔306与上工作腔44密封开来。

活塞组件298可在套筒310内轴向滑动，以平衡上工作腔44中的气压和油腔306中的油压。利用这种结构，上工作腔44中的压力和油腔306中的压力将总为相等。保持架300提供了一个用以限制活塞组件32的扩张运动和活塞组件298的行程的止动器。

对本发明的描述在本质上只是示例性的，因此，在不脱离本发明要旨的前题下作出的改动都包括在本发明的范围之内。这些改动不应被认为是脱离了本发明的精神和范围。

Claims (24)

1、一种阻尼器，包括：

一个压力缸，其限定一根纵轴并形成一个工作腔；

一个阻尼器活塞，其设置在所述工作腔内并将所述工作腔划分为一个上工作腔和一个下工作腔；

一个活塞杆，其连接到所述阻尼器活塞并延伸过所述压力缸；

一个导向座组件，其设置在所述活塞杆和所述压力缸之间；所述导向座组件包括：

一个主壳体；

一个第一密封件，其设置在所述活塞杆和所述导向座组件的第一部件之间；

一个第二密封件，其设置在所述活塞杆和所述导向座组件的第二部件之间；

一个流体腔，其设置在所述第一密封件和所述第二密封件之间；和

一个导向活塞，其可相对于所述流体腔运动以改变所述流体腔的容量。

2、如权利要求1所述的阻尼器，其中所述第一部件是所述主壳体。

3、如权利要求2所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

4、如权利要求1所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

5、如权利要求1所述的阻尼器，其中所述导向活塞可滑动地接合到所述主壳体。

6、如权利要求5所述的阻尼器，其中所述第一部件是所述主壳体。

7、如权利要求6所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

8、如权利要求5所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

9、如权利要求1所述的阻尼器，其中所述导向活塞可滑动地接合到所述压力缸。

10、如权利要求9所述的阻尼器，其中所述第一部件是所述主壳体。

11、如权利要求10所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

12、如权利要求9所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

13、如权利要求1所述的阻尼器，其中所述导向活塞可滑动地接合到一个位于所述压力缸和所述活塞之间的套筒。

14、如权利要求13所述的阻尼器，其中所述第一部件是所述主壳体。

15、如权利要求14所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

16、如权利要求13所述的阻尼器，其中所述第二部件是所述导向活塞。

17、如权利要求13所述的阻尼器，其中所述套筒连接到所述主壳体。

18、如权利要求13所述的阻尼器，其中所述导向座组件进一步包括一个设置在所述导向活塞和所述阻尼器活塞之间的保持架，所述保持架作为所述导向活塞的一个止动器。

19、如权利要求18所述的阻尼器，其中所述保持架作为所述阻尼器活塞的一个止动器。

20、如权利要求18所述的阻尼器，其中所述保持架与所述套筒邻接。

21、如权利要求1所述的阻尼器，其中所述导向座组件进一步包括一个设置在所述导向活塞和所述阻尼器活塞之间的保持架，所述保持架作为所述导向活塞的一个止动器。

22、如权利要求21所述的阻尼器，其中所述保持架连接到所述主壳体。

23、如权利要求21所述的阻尼器，其中所述保持架连接到所述压力缸。

24、如权利要求1所述的阻尼器，进一步包括一个设置在所述导向座组件和所述活塞杆之间的除尘器。

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