CN209026088U - 油气弹簧装置、减振部件、悬架结构以及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油气弹簧装置、减振部件、悬架结构以及车辆，其中油气弹簧装置包括油缸、主活塞、气缸、浮动活塞以及螺旋细长管，所述主活塞和所述油缸组成所述油气弹簧装置的油缸总成，所述浮动活塞和所述气缸组成油气弹簧装置的气缸总成；所述主活塞能够在所述油缸内往复运动，并且将所述油缸分隔为油缸上腔和油缸下腔，所述油缸上腔内充满传力介质；所述浮动活塞能够在所述气缸内往复运动，并且将所述气缸分隔为气缸上腔和气缸下腔，所述气缸下腔内充满弹性介质，上腔内充满传力介质；所述螺旋细长管连通所述油缸上腔和所述气缸上腔。采用本实用新型的油气弹簧装置，能更大幅度地降低振动，并且结构紧凑，易于安装布置。

Description

油气弹簧装置、减振部件、悬架结构以及车辆

技术领域

本实用新型涉及减振技术领域，尤其涉及一种油气弹簧装置、减振部件、悬架结构以及车辆。

背景技术

油气弹簧是一种以高压惰性气体作为弹性介质、以油液作为传力介质的减振元件，它具有良好的非线性刚度特性，而且集弹性和阻尼元件一体，加装液压系统以后，还可以实现车体姿态的调节。

为了减少占用轮舱的体积，提高安装的灵活性，通常将油气弹簧的油缸和气缸分开布置，并采用管路将其连接起来。为了使管路美观整洁、安装方便，在车辆上一般尽量减少管线的折弯。又由于油液在长直管中的沿程阻尼损失较小，难以提供足够的阻尼力迅速衰减车辆振动，通常还需要在管路中间附加额外的阻尼阀块，增加了整体成本和泄漏隐患。因此，在保证管线通流面积，而且不增加管线长度的基础上，大幅提高油液流经管路的阻尼损失，产生足够大的阻尼力，去除附加的阻尼阀系，具有重大的现实意义和工程价值。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种油气弹簧装置，在保证管线通流面积，而且不增加管线长度的基础上，大幅提高管路流经的阻尼损失，产生足够大的阻尼力，最终去除附加的阻尼阀系，简化结构。

本实用新型的一个方面提供一种油气弹簧装置，包括油缸、主活塞、气缸、浮动活塞以及螺旋细长管，所述主活塞和所述油缸组成所述油气弹簧装置的油缸总成，所述浮动活塞和所述气缸组成油气弹簧装置的气缸总成；所述主活塞能够在所述油缸内往复运动，并且将所述油缸分隔为油缸上腔和油缸下腔，所述油缸上腔内充满传力介质；所述浮动活塞能够在所述气缸内往复运动，并且将所述气缸分隔为气缸上腔和气缸下腔，所述气缸下腔内充满弹性介质，上腔内充满传力介质；所述螺旋细长管连通所述油缸上腔和所述气缸上腔。

优选地，所述螺旋细长管的至少一部分为螺旋形管路。

优选地，所述传力介质为油液，所述弹性介质为高压惰性气体。

优选地，所述惰性气体为氮气。

优选地，所述浮动活塞与所述主活塞的横截面积相等。

本实用新型的另一个方面提供一种减振部件，包括上述的油气弹簧装置。

本实用新型的另一个方面提供一种车辆的悬架结构，包括一个或多个上述的减振部件。

本实用新型的又一个方面提供一种车辆，包括上述的悬架结构。

根据本实用新型的上述方面的技术方案，提供了一种采用螺旋细长管产生阻尼力的油气弹簧装置，该装置将油气弹簧装置的油缸和气缸之间的连接管路设计成螺旋形，利用高压惰性气体作为弹性介质，油液作为传力介质，依靠油液在螺旋细长管路中高速往复流动提供阻尼力，可以大幅提升其减振性能，并且由于不需要附加的阻尼阀系，能够简化结构。

附图说明

为了进一步阐述本实用新型的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。具有相同的功能和结构的元件用相同的参考标号表示。应当理解，这些附图仅描述本实用新型的典型示例，而不应看作是对本实用新型的范围的限定。在附图中：

图1是本实用新型一种实施方式的采用螺旋细长管提供阻尼力的油气弹簧装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施方式的油液在螺旋细长管中流动时产生的二次流现象的示意图；

图3是本实用新型一种实施方式的螺旋细长管的动作原理图；

图4是本实用新型一种实施方式的油液流经螺旋细长管时的力学特性等效图；

图5是本实用新型一种实施方式的采用螺旋细长管的油气弹簧装置的力学特性等效图；

图6是采用本实用新型一种实施方式的油气弹簧装置作为减振部件的二自由度动力学模型；

图7是50mm的阶跃激励下车体悬上质量振动加速度均方根值与螺旋细长管内径的关系曲线。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施方式进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施方式的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

图1是本实用新型一种实施方式的采用螺旋细长管提供阻尼力的油气弹簧装置的结构示意图。如图1所示，本实施方式的油气弹簧装置包括油缸11、主活塞10、气缸15、浮动活塞14以及细长管13，主活塞10和油缸11组成了油气弹簧装置的油缸总成，浮动活塞14和气缸15组成了油气弹簧装置的气缸总成，通过外置的螺旋细长管13将油缸11和气缸15连接起来。

主活塞10能够在油缸11内往复运动，并且将所述油缸11分隔为油缸上腔和油缸下腔，在油缸上腔内充满传力介质。所述传力介质优选为图1中的油液12，也可以是其它传力介质，以下以油液为例进行说明。

浮动活塞14能够在所述气缸15内往复运动，并且将气缸15分隔为气缸上腔和气缸下腔，气缸下腔内充满弹性介质，所述弹性介质优选为图1中的高压氮气16，也可以是其它弹性介质，以下以高压氮气为例进行说明。

螺旋细长管13连通所述油缸上腔和所述气缸上腔，从而油液12能够在所述细长管13内往复通过。在本实施方式中，螺旋细长管13的主要作用是提供阻尼力，因为油液在螺旋细长管13中高速流动时，除沿着管路轴线方向的主流以外，在离心力的作用下，会产生二次流现象。图2是本实用新型一种实施方式的油液在螺旋细长管中流动时产生的二次流现象的示意图。如图2所示，该二次流垂直于螺旋细长管13的轴线，流向从管中心指向弯管外侧，在管壁附近指向内侧。其中，R为螺旋管的弯曲半径，D_h为螺旋管横截面直径。由于二次流的存在，使最大流速区域向外壁偏移，产生的阻尼力要比相同长度的长直管大得多。

图3是本实用新型一种实施方式的螺旋细长管提供阻尼力和惯性力的动作原理图。在图3中，活塞4对应于上述图1中的主活塞10，液压缸6的左腔2对应于上述图1中的油缸上腔，右腔5对应于上述图1中的气缸上腔。其中，α为螺旋细长管13的横截面直径，h为螺旋细长管13的螺距，r_ch为螺旋细长管13的内径，r_r为活塞4的内径，r_c为油缸11和气缸15的内径，R为螺旋细长管13的弯曲半径。

如图3所示，当活塞4向左运动时，左腔2的压力升高，油液从左腔2通过外置的螺旋细长管13到达右腔5。当活塞4向右运动时，右腔5的压力升高，油液从右腔5通过外置的螺旋细长管13到达左腔2。在活塞4左右运动的过程中，油液往复高速通过螺旋细长管13，管壁与油液分子间的摩擦及油液分子间的内摩擦便产生了阻尼力，同时油液加速或减速运动产生了惯性力，所以会同时产生阻尼力和惯性力。因此，本实施方式的螺旋细长管13构成的减振管路的等效力学特性如图4所示，相当于惯容器b和阻尼器c的并联结构，当如图3的箭头所示，油液高速流经螺旋细长管13时，提供耦合的阻尼力和惯性力。

本实施方式的采用螺旋细长管13的油气弹簧装置的等效力学特性如图5所示。气缸15和浮动活塞14之间的密闭空间内充有高压氮气16作为弹性介质，提供弹性力，油液往复高速流经螺旋细长管13，同时产生阻尼力和惯性力。因此，本实施方式的采用螺旋细长管提供阻尼力的油气弹簧装置相当于油气弹簧k、惯容器b和阻尼器c并联构成。

图6为采用本实施方式的油气弹簧装置作为减振部件的二自由度动力学模型，悬上质量m₂的绝对坐标为z₂，悬下质量m₁的绝对坐标为z₁，弹簧k_t作为一级减振，本实施方式的油气弹簧装置作为二级减振，可以简化为油气弹簧k、惯容器b和阻尼器c的并联结构，q为外界激励位移信号。

假设气缸15内的初始充气压力为P_g0，初始气体体积为V₀，浮动活塞14和主活塞10的横截面积都为A_c，气体多变指数为r，则弹性力F_k为：

假设螺旋细长管13的螺距为h，弯曲半径为R，内径为r_ch，螺旋细长管圈数为n，油缸11和气缸15的内径均为r_c，油液的密度为ρ，动力粘度为μ，则阻尼力F_c为：

其中：

惯性力F_b为：

其中表示求Z的两阶导数，并且其中：

螺旋细长管13、油缸11和气缸15的上述结构尺寸的范围可由本领域技术人员根据使用环境来确定。

上面以浮动活塞14和主活塞10的横截面积相等、油缸11和气缸15的内径相等为例进行了说明，但浮动活塞14和主活塞10的横截面积、油缸11和气缸15的内径也可以不相等。

图7为针对图6所示的动力学模型，当外界激励位移信号q为50mm的阶跃激励时，螺旋细长管13的内径r_ch与悬上质量m₂的振动加速度均方根值之间的关系曲线，其中实线表示采用本实施方式的螺旋形细长管13时的情况，点线表示采用相同长度直管时的情况。由此可以看出：采用螺旋形管路时，悬上质量振动加速度的均方根值的最小值由1.236m/s²降低到1.025m/s²，因此，在相同管路长度下，采用本实施方式的螺旋细长管能更大幅度地降低振动。另一方面，本实施方式结构紧凑，易于安装布置。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种油气弹簧装置，其特征在于，包括油缸(11)、主活塞(10)、气缸(15)、浮动活塞(14)以及螺旋细长管(13)，所述主活塞(10)和所述油缸(11)组成所述油气弹簧装置的油缸总成，所述浮动活塞(14)和所述气缸(15)组成油气弹簧装置的气缸总成；

所述主活塞(10)能够在所述油缸(11)内往复运动，并且将所述油缸(11)分隔为油缸上腔和油缸下腔，所述油缸上腔内充满传力介质；

所述浮动活塞(14)能够在所述气缸(15)内往复运动，并且将所述气缸(15)分隔为气缸上腔和气缸下腔，所述气缸下腔内充满弹性介质，上腔内充满传力介质；

所述螺旋细长管(13)连通所述油缸上腔和所述气缸上腔。

2.根据权利要求1所述的油气弹簧装置，其特征在于，所述螺旋细长管(13)的至少一部分为螺旋形管路。

3.根据权利要求1或2所述的油气弹簧装置，其特征在于，所述传力介质为油液，所述弹性介质为高压惰性气体。

4.根据权利要求3所述的油气弹簧装置，其特征在于，所述惰性气体为氮气。

5.根据权利要求1或2所述的油气弹簧装置，其特征在于，所述浮动活塞(14)与所述主活塞(10)的横截面积相等。

6.一种减振部件，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的油气弹簧装置。

7.一种车辆的悬架结构，其特征在于，包括一个或多个权利要求6所述的减振部件。

8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7所述的悬架结构。