CN201116580Y - 油气弹簧的节流阀片组 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种油气弹簧的节流阀片组，油气弹簧的活塞杆套装在缸筒中，活塞杆上端与活塞总成相连，活塞总成装有阻尼阀。所述节流阀片组由不同厚度、不同材料的节流阀片叠加组合而成，所述阻尼阀通过不同组合方式的节流阀片组变形产生缝隙，对油液进行节流而形成阻尼力，以满足不同车辆的特性要求，并充分继承了现有油气弹簧所具有的普遍特点。

Description

油气弹簧的节流阀片组

技术领域

本实用新型涉及一种油气弹簧的节流阀片组。属于液压机械和机动车应用领域，主要用于衰减车身振动，提高车辆的安全性、平顺性以及越野速度。

背景技术

悬挂是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切传力连接装置的总称。从通俗意义上讲，悬挂系统由弹性元件、阻尼元件和导向装置等组成。当然，在具体的结构实现上，上述各元件未必都以独立的形式出现。

现有技术中，除去油气弹簧，车辆悬挂系统所使用的弹性元件种类主要还有：钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、橡胶弹簧和气体弹簧。钢板弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧的单位质量储能比较小，在车辆行驶过程中吸收振动能量很有限，且质量较大；同时弹簧刚度均呈线性特性，不能根据车辆行驶在不同等级路面而发生变化，从而无法实现车辆平顺性的最优化。橡胶弹簧则是利用橡胶本身的弹性来吸收振动能量，但寿命较短，易于老化，所以应用范围较小。气体弹簧一般是以惰性气体(氮)作为弹性介质，刚度曲线呈现出很好的非线性特性；同时它的储能比很大，但其本身只能吸收和释放部分路面激励对车体产生的冲击，要消耗大部分振动能量，满足车辆的行驶要求还需外加减振装置，而且气体弹簧本身也不具有导向作用。

近些年来，油气弹簧的发展有了长足的进步，在一些工程车辆以及军用车辆上都有所应用，与以上几种弹簧形式相比，油气弹簧普遍具有以下特点：

(1)非线性变刚度特性

由于油气弹簧使用高压惰性气体(氮气)充当传统意义上的弹性元件，具有典型的非线性刚度及渐增性特点，所以能够最大限度地满足车辆平顺性及稳定性要求。当车辆在平坦路面行驶时，油气弹簧的相对伸缩量较小，惰性气体所产生的刚度也较小，可以充分满足乘员的舒适性要求；当车辆在起伏地行驶时，动行程增大，使得油气弹簧刚度变大，能够吸收较多的冲击能量，从而保证了乘员的安全性。另外，针对载荷变化较大的车辆，油气弹簧的变刚度特性能够使车身固有频率保持在一个相对稳定的范围，以便提高车辆的平顺性。

(2)非线性变阻尼特性

按不同节流方式所组成的阻尼阀，加装在油气弹簧上，也具有非线性阻尼特性，产生的阻尼力和阻尼系数都随着车架与车桥相对速度的变化而变化。所以在加装阻尼阀后，油气弹簧同时起到了减振器的作用。

(3)车姿调节功能

油气弹簧通过附加一套车姿调节系统，还可以实现车体的升降，前后俯仰和左右倾斜，以便提高车辆的通过性。对于车姿的调节功能通常只有在主动悬挂中才能实现，从而体现出油气悬挂的优越性和良好的发展前景。

现有油气弹簧的不足之处：

现有内置阻尼阀的油气弹簧中，阻尼阀结构形式虽然多种多样，但都较为复杂，大多通过不同的阀系组合到一起，这对加工和装配精度提出了很高的要求，增加了生产成本，而且由于理论建模很复杂，所以不易达到性能指标。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种油气弹簧节流阀片组，油气弹簧的活塞杆套装在缸筒中，活塞杆上端与组合式活塞相连，组合式活塞具有阻尼阀，所述阻尼阀通过不同组合方式的节流阀片组变形产生缝隙，对油液进行节流而形成阻尼力。

节流阀片组由不同材料的节流阀片叠加组合而成，以产生不同的变形量和阻尼力。

节流阀片组由不同厚度的节流阀片叠加组合而成，以产生不同的变形量和阻尼力。

节流阀片组由不同厚度和不同材料的节流阀片叠加组合而成，以产生不同的变形量和阻尼力。

采用本实用新型通过将不同材料和/或不同厚度的节流阀片叠加在一起，使载荷与挠度之间的函数关系发生变化，从而使油气弹簧产生不同的阻尼力，以满足不同车辆的特性要求，并充分继承了现有油气弹簧所具有的普遍特点。

附图说明

图1为油气弹簧的总成结构图；

图2为油气弹簧上缓冲装置结构图；

图3为油气弹簧下缓冲装置结构图；

图4为油气弹簧上接头总成结构图；

图5为油气弹簧下接头总成结构图；

图6为油气弹簧下接头总成套筒端面结构图；

图7为油气弹簧下接头总成下连接盖主视图；

图8为油气弹簧下接头总成下连接盖左视图；

图9为油气弹簧组合式活塞结构图；

图10为油气弹簧组合式活塞局部放大图；

图11为油气弹簧活塞端盖主视图；

图12为油气弹簧活塞端盖俯视图；

图13为油气弹簧承力盖主视图；

图14为油气弹簧承力盖A向视图；

图15为油气弹簧节流阀片受力示意图；

图中：1-活塞杆，2-缸筒，3-下支承锁紧螺母，4-下端盖，5-下支承总成，6-下接头锁紧螺母，7-下压盖，8-下接头总成，9-下接头密封件，10-下支承密封件，11-下缓冲装置、12-浮动活塞，13-组合式活塞，14-上接头密封件，15-上接头总成，16-上压盖，17-上缓冲装置，18-上接头锁紧螺母，19-套筒，20-端盖总成，21-端盖大密封件，22-端盖小密封件，23-螺纹紧固件，24-下连接盖，25-下支承装配孔，26-下接头装配孔，27-上接头装配孔，28-上缓冲块，29-上护板，30-小凸圆，31-大凸圆端面，32-套筒装配槽，33-螺纹孔，34-下缓冲块，35-下护板，36-光孔，37-凸块，38-活塞环，39-活塞端盖，40-承力盖，41-折角过油孔，42-装配过油孔，43-上环形槽，44-壁面，45-节流阀片组，46-调整垫片，47-上环形限位块，48-下环形槽，49-节流阀片槽，50-下环形限位块，51-下中心孔

A-活塞杆油腔，B-活塞杆气腔，C-缸筒环形油腔，D-缸筒油腔，E-套筒气腔，F-车桥转向机构

具体实施方式

下面结合附图对油气弹簧缓冲装置做详细描述：

中空的活塞杆1套装在缸筒2内，活塞杆1的上端装有组合式活塞13，并通过螺纹连接到一起，下端装配有下接头总成8，形成端部封闭，以便通过连接件和车桥的连接臂相连。活塞杆内腔装有浮动活塞12，将活塞杆内腔分成两个腔室，其中上腔室充满油液，称为活塞杆油腔A，下腔室根据车辆静载充入对应的高压惰性气体，称为活塞杆气腔B。缸筒2上端装配有上接头总成15，并形成端部封闭，以便通过连接件和车厢或车架的连接臂相连；缸筒2下端装有下支承总成5，主要对活塞杆1起到导向和支承的作用，这样就在活塞杆1和缸筒2之间形成了缸筒环形油腔C，在缸筒2、上接头总成15以及组合式活塞13之间形成了缸筒油腔D。从图中可以看出，缸筒油腔D通过组合式活塞13的中心孔与活塞杆油腔A连通；在油气弹簧工作过程中，由于组合式活塞13中心孔足够大，所产生的局部压力损失可以忽略不计，所以缸筒油腔D与活塞杆油腔A的压力是相等的，同时还等于活塞杆气腔B的气体压力。

图2所示为上缓冲装置17的装配图，其中上缓冲块28由橡胶等具有弹性性质的材料加工而成，上护板29可由硬质材料制成，通过硫化或胶粘的方式与上缓冲块28粘结在一起。

图3所示为下缓冲装置11的装配图，其中下缓冲块34由橡胶等具有弹性性质的材料加工而成，下护板35可由硬质材料制成，通过硫化或胶粘的方式与下缓冲块34粘结在一起。

如图1所示上缓冲装置17和下缓冲装置11分别加装在缸筒2内腔的上下端部。装配时下缓冲装置11直接套装在活塞杆1上，下护板35一侧应朝向组合式活塞13。在油气弹簧装车后，下缓冲装置11会依靠自身重力保持在缸筒2下端，并与下支承总成5接触，所以不需要采用特别的固定措施，减少了装配工序；另外，由于上缓冲装置17处于油气弹簧内腔室的上端，在油气弹簧工作过程中，为防止其依靠自身重力或受其他外力影响滑落至缸筒油腔D内，干涉组合式活塞13的往复运动，对油气弹簧本身产生不必要的破坏，所以将其套装在上接头总成15的小凸圆30上，如图4所示，上护板29一侧也应朝向组合式活塞13，同时要将上缓冲块28与上接头总成15的接触部分粘结在一起。

当车辆在恶劣路况下高速行驶时，若车体上的限位块失效，将很有可能导致组合式活塞13的超行程运动，从而与上接头总成15和下支承总成5产生激烈碰撞，这将很容易造成油气弹簧的泄漏直至毁坏。在油气弹簧中加装上、下缓冲装置17和11后，由弹性材料制成的上、下缓冲块28和34将充分吸收来自组合式活塞13的冲击，而其外端粘结的硬质上、下护板29和35则会对上、下缓冲块28和34起到必要的保护作用，防止其被组合式活塞13撞坏。这样将有效地提高油气弹簧抗冲击的可靠性。

如图1、4所示，上接头总成15处第一密封组合装置的装配方式如下：

将上接头总成15带有上接头密封件14的部分压入缸筒2中，再将上压盖16通过螺纹和缸筒2相连；上压盖16上加工有周向的用于拆装的上接头装配孔27，以便将上接头总成15的大凸圆端面31与缸筒2的端面压紧，而后使用上接头锁紧螺母18将上压盖16轴向锁死，防止其在振动过程中旋松；上接头密封件14用来防止缸筒油腔中油液的泄漏。

如图1所示，下支承总成5处第二密封组合装置的装配方式如下：

将下支承总成5带有下支承密封件10的部分压入缸筒2中，再将下端盖4通过螺纹和缸筒2相连，下端盖4上加工有周向的用于拆装的下支承装配孔25，以便将下支承总成5与缸筒2的端面压紧，而后使用下支承锁紧螺母3将下端盖4轴向锁死，防止其在振动过程中旋松；下支承密封件10用来防止缸筒环形油腔中油液的泄漏。

如图1所示，下接头总成8处第三密封组合装置的装配方式如下：

将下接头总成8带有下接头密封件9的部分压入活塞杆1中，再将下压盖7通过螺纹和活塞杆1相连，下压盖7上加工有周向的用于拆装的下接头装配孔26，以便将下接头总成8与活塞杆1的端面压紧，而后使用下接头锁紧螺母6将下压盖7轴向锁死，防止其在振动过程中旋松；下接头密封件9用来防止活塞杆气腔中惰性气体的泄漏。

如图5所示，为油气弹簧下接头连接方式的又一实施例，特别适用于车辆前桥的转向结构，从而能够满足全底盘油气弹簧车辆的要求。其中端盖总成20处第四密封组合装置的装配方式如下：

将端盖总成20带有端盖小密封件22的一端按图中所示压入活塞杆1中，再将与车桥转向机构F(图中双点划线所示)相配合的套筒19通过螺纹和活塞杆1相连，套筒19上加工有周向的用于拆装的套筒装配槽32，以便将端盖总成20与活塞杆1的端面压紧，而后使用下接头锁紧螺母6将套筒19轴向锁死，防止其在车辆转向过程中旋松；端盖小密封件22用来防止活塞杆气腔B内惰性气体的泄漏。由于套筒气腔E与活塞杆气腔B连通，充有高压惰性气体，所以在端盖总成20上还需至少再加装一道端盖大密封件21，用来防止套筒气腔E中的惰性气体产生泄漏。

如图5、6、7和8所示，首先将套筒19装入车桥转向机构F中，再把下连接盖24上的凸块37扣入与其对应的车桥转向机构F的凹槽里，而后通过下连接盖24中周向的光孔36和套筒19中对应周向的螺纹孔33，用螺纹紧固件23将它们紧固到一起，孔和螺纹紧固件的数量并不局限于本实施例所示的4个，可根据具体情况而定。这样，活塞杆1的下接头便与车辆的转向机构连接到一起，在车辆转向时，活塞杆1可随转向机构一起沿轴线转动，从而满足了车辆前桥装配油气弹簧的要求。

如图1、5所示，不难发现，以上四种密封组合装置的连接方式都是相似的：带有密封件的接头和端部总成分别通过压紧部件压紧，再使用不同内外径尺寸的锁紧螺母将压紧部件轴向锁死。需要强调的是，上下接头总成与车架和车桥的连接方式并不仅仅局限于上述实施例中所示，需要视具体情况而定。由于油气弹簧在工作过程中其腔内压力往往要达到十几甚至是几十兆帕，这样的高压对密封装置的要求很苛刻，稍有不慎就会造成油液以及气体的泄漏，尤其是在缸筒2的上接头总成15和活塞杆1的下接头总成8处，又每时每刻都承受着很大的来自车架和车桥的变化动载，所以也就成为油气弹簧的主要泄漏点之一，同时也是制约油气弹簧发展的一个主要瓶颈。而采用上述密封组合装置，可充分减小油气弹簧产生泄漏的可能性。从实地跑车试验情况来看，车辆在各种路面行驶了近两万公里，使用这种密封组合装置的油气弹簧没有出现任何漏油、漏气的情况，大大提高了油气弹簧抗泄漏的可靠性，保证了车辆及乘员的行驶安全；另外，采用这样的密封组合装置，减小了单个零部件的重量以及加工难度，并有效地提高了装配质量和效率。

如图9、10所示，为组合式活塞13的结构图。其中承力盖40通过螺纹与活塞杆1相连，并将活塞环38压紧；节流阀片组45套装在承力盖40上；活塞端盖39通过螺纹与活塞环38相连，并将节流阀片组45的内圈压紧，同时也起到了锁紧承力盖40的作用，防止其与活塞杆1之间螺纹旋松。

如图11、12所示，活塞端盖39周向有一定数量的装配过油孔42。装配过油孔42的数量并不仅仅局限于本实施例中所显示的6个，需根据具体情况而定。装配过油孔42的作用主要有两个，一方面是便于使用专门的装配工具使活塞端盖39获得足够的压紧力；另一方面，在油气弹簧工作过程中起到过油作用。除了装配过油孔42，还加工有上环形槽43，并且二者连通。在上环形槽43中，留有上环形限位块47，用来限制图10中节流阀片组45的最大变形量，保护阀片不超过强度极限而发生断裂；活塞端盖39的上中心孔用于将缸筒油腔D和活塞杆油腔A连通到一起。

如图13、14所示，为承力盖40的结构视图，具有用于套装节流阀片组45的节流阀片槽49，以及一个与节流阀片槽49连通的下环形槽48；在下环形槽48中，留有下环形限位块50，用来限制图10中节流阀片组45的最大变形量，保护阀片不超过强度极限而发生断裂。在A向视图中可以看出，承力盖40的下中心孔51为六边形，以便使用专门的装配工具让承力盖40获得足够的压紧力，同时这个中心孔也将缸筒油腔和活塞杆油腔连通到一起。

如图9、13所示，活塞环38带有周向的折角过油孔41。折角过油孔41的数量可根据具体情况而定，并与承力盖40的下环形槽48连通；活塞环38主要对活塞杆1起到支承和导向的作用。

如图10所示，节流阀片组45是由一定数量的节流阀片叠加而成的，其中两侧的阀片比中心位置处阀片的外径略小，以避免在节流阀片组45整体变形时两侧阀片与承力盖40的壁面44发生干涉。本实施例的油气弹簧主要依靠节流阀片组45外边缘变形，与承力盖40和活塞端盖39之间形成环形缝隙对油液进行节流产生阻尼力。通过以下两种方式可以改变阻力值：①、由于阻尼力和环形缝隙的宽度有直接关系，所以通过改变与节流阀片组45相配合的承力盖40和活塞端盖39壁面44的几何尺寸，就可以改变阻尼力；②、由于节流阀片组45处于活塞端盖39和承力盖40的上、下环形槽43、48内，所以节流阀片受力属于均布载荷，如图11所示，通过弹性力学薄板挠曲理论自行推导的节流阀片均布载荷挠曲函数公式：

$w=G_L\frac{q}{{\mathrm{Eh}}^3}---\left(1\right)$

其中：q——节流阀片所受均布载荷

E——节流阀片弹性模量

h——节流阀片的厚度

G_L——均布载荷下与节流阀片内外径结构尺寸r_a、r_b相关的系数

w——节流阀片变形量

当节流阀片的内外径尺寸确定后，G_L系数为常数，节流阀片所选用材料的弹性模量以及阀片本身的厚度直接影响着其所受压力与变形量之间的函数关系；也就是说，选用相同内外径参数但具有不同材料或厚度的节流阀片，能够使阻尼阀产生不同的阻尼力。通过上述公式还可以进一步推导出均布载荷下叠加节流阀片组的具体函数形式如下：

$w=\frac{G_L\mathrm{\Δp}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_i{h_i}^3}---\left(2\right)$

其中：i——每只节流阀片的代号

n——节流阀片总数

Δp——节流阀片组所受的总均布载荷

由(2)式可以看出，在本实施例中节流阀片组45的装配方式下，不同材料、不同厚度的阀片叠加在一起将使载荷与挠度之间的函数关系发生变化，也就是说，将使油气弹簧产生不同的阻尼力。

由图1、9、10、11、12、13和14所示，可以看出油气弹簧中组合式活塞13在结构上的独特性。若油气弹簧组装完成后，发现阻尼阀无法正常工作或需要调整阻尼阀的结构形式来达到不同的阻尼效果，可以先将油气弹簧气腔的惰性气体放掉，而后把活塞杆1压缩进缸筒2中，分别旋松上接头锁紧螺母18和上压盖16，并将上压盖16拆下；由于上接头密封件14就处于缸筒2的端部位置，所以采取轻拽的方式便可以将上接头总成15从缸筒2中取出，为了在拆装时不损坏上接头密封件14，缸筒2的端部加工有导向角；上接头总成15拆下后，便可以看到活塞端盖39，使用拆卸工具通过装配过油孔42将其取下，露出节流阀片组45，通过更换和调整上述不同材料和厚度的节流阀片叠加组合就可以达到改变阻尼力的目的；需要特别说明，承力盖40上的节流阀片槽49可适当加工深些，以扩大调节范围；为保证活塞端盖39将节流阀片组45内边缘压紧，可通过不同数量和厚度的调整垫片46与节流阀片组45配合使用；调整垫片46的内外径尺寸应与节流阀片槽49相同，这样就不会影响节流阀片组45的受力变形；另外，还可以使用调整垫片46来调整节流阀片组45两侧端面与活塞端盖39和承力盖40中上、下环形限位块47、50的相对位置，改变节流阀片组45的最大变形量，从而使最大阻力值发生变化；使用专门的装配工具还可以通过下中心孔51将承力盖40拆下，以更换零部件的方式来改变活塞端盖39和承力盖40壁面44的几何尺寸及上、下环形限位块47、50的高度和位置，从而改变阻力值和最大阻力值。

通过上述方式，整个组合式活塞13中用于产生阻尼力的核心部件都已拆卸下来，对相应的零部件进行调整和更换后，可按上述装配方法复原；活塞环38主要起到对活塞杆1的导向和支承作用，所以一般情况下不需要拆卸。这样就能很方便地在原有油气弹簧的基础上改变阻力值，以达到不同车辆的行驶要求。由于没有破坏缸内的密封件，从而能够使油气弹簧的通用性得到大幅提高。

下面结合图1、9、10、11、12、13和14对油气弹簧的工作原理进行详细描述。上接头总成15通过连接件与车架相连，下接头总成8通过连接件与车桥相连；车辆在行驶过程中，车轮会随着路面的凹凸不平而上下跳跃，从而使油气弹簧活塞杆1与缸筒2之间产生往复的相对运动。

当活塞杆1处于压缩行程时，缸筒油腔D容积变小，腔内压力增大，其中的一部分油液将通过活塞端盖39的上中心孔以及承力盖40的下中心孔51进入活塞杆油腔A，并推动浮动活塞12压缩活塞杆气腔B中的惰性气体，以产生高压增大弹簧刚度充分吸收来自地面的冲击能量。同时由于缸筒环形油腔C的容积变大，腔内压力减小，所以节流阀片组45两端将产生压差，并向承力盖40一侧变形，这样节流阀片组45和承力盖40的壁面44之间便形成了环形缝隙，缸筒油腔的另一部分油液就会先后从活塞端盖39的装配过油孔42和上环形槽43、节流阀片组45的环形缝隙、承力盖40的下环形槽48以及活塞环38的折角过油孔41流入缸筒环形油腔C，以补充其增大的容积。由于环形缝隙面积很小，会对流过的油液进行节流，将产生压缩阻尼力以消耗地面的冲击能量；当活塞杆1处于复原行程时，缸筒油腔D容积变大，腔内压力减小，活塞杆气腔B中的高压惰性气体将推动浮动活塞12压缩活塞杆油腔A中的油液，通过承力盖40的下中心孔51以及活塞端盖39的上中心孔进入缸筒油腔D，以补充其增大的容积。同时由于缸筒环形油腔C的容积变小，腔内压力增大，所以节流阀片组45两端将产生压差，并向活塞端盖39一侧变形，这样节流阀片组45便先后与承力盖40以及活塞端盖39的壁面44之间形成了环形缝隙，缸筒环形油腔C的部分油液就会先后从活塞环38的折角过油孔41、承力盖40的下环形槽48、节流阀片组45的环形缝隙以及活塞端盖39的上环形槽43和装配过油孔42流入缸筒油腔D。由于环形缝隙面积很小，对流过的油液进行节流，从而将产生复原阻尼力以消耗地面的冲击能量。

尽管附图中示出的是单气室油气弹簧，但是本领域技术人员可以容易地理解，本实用新型所涉及的节流阀片组同样可以上述方式安装在其它类型的油气弹簧中，并且在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型进行各种不同的更改和改变。

Claims (1)

1. 一种用于油气弹簧的节流阀片组，油气弹簧的活塞杆套装在缸筒中，活塞杆上端与活塞总成相连，活塞总成具有阻尼阀，其特征在于：所述节流阀片组由不同材料和/或厚度的节流阀片叠加组合而成。

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