專利名稱：一種剛度和阻尼可調(diào)的車用油氣彈簧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車懸架系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及在汽車懸架系統(tǒng)中作為彈性和阻尼元件的油氣彈簧。
背景技術(shù)：
在汽車懸架系統(tǒng)中，油氣彈簧是通過充入缸內(nèi)的液壓油來作為密封介質(zhì)和傳力介質(zhì)，通過充入缸內(nèi)的高壓氣體作為受力和工作介質(zhì)，使液壓油直接與高壓氣體接觸，通過在密閉的缸內(nèi)安裝活塞和活塞桿直接承受外界激勵(lì)。當(dāng)彈簧受壓縮時(shí)，活塞將作用力傳給液壓油，由于液壓油的不可壓縮性，壓力使傳給高壓氣體，由于氣體的可壓縮性，高壓氣體受力被壓縮，在這個(gè)過程中高壓氣體把活塞傳遞過來的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為高壓氣體內(nèi)能，當(dāng)彈簧伸張時(shí)，氣體內(nèi)能就會轉(zhuǎn)化成機(jī)械能推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)；整個(gè)過程中高壓氣體起到了彈簧的作用，彈簧可達(dá)到較低的剛度和固有頻率，獲得較好的車輛行駛平順性。這種油氣彈簧的缺陷是1、油氣彈簧的伸張高度只能隨載荷變化而被動(dòng)的調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)幅度較??；2、由于工作時(shí)缸內(nèi)的高壓氣體是定量的，所以油氣彈簧的剛度特性是固定的，不能實(shí)現(xiàn)剛度可控調(diào)節(jié)；3、有的油氣彈簧中安裝了阻尼閥，可提供一定的阻尼，但是這種阻尼也都是不可調(diào)節(jié)的。4、體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用范圍較小。5、由于是高壓油作為控制介質(zhì)和傳力介質(zhì)，對密封性能的要求很高，在工作過程中經(jīng)常出現(xiàn)油液泄露現(xiàn)象，污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以空氣為工作介質(zhì)的汽車懸架系統(tǒng)的油氣彈簧，能夠控制伸張高度，實(shí)現(xiàn)剛度和阻尼的可調(diào)，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案具有一密封筒狀的工作缸和一位于工作缸外部的附加容積室，工作缸內(nèi)腔中從上至下依次同軸設(shè)有浮動(dòng)活塞、主活塞、活塞連桿和限位彈簧；浮動(dòng)活塞、主活塞均與工作缸的內(nèi)壁緊密配合，浮動(dòng)活塞和主活塞之間具有容腔且上下表面相接觸；活塞連桿上套有限位彈簧且上端固接主活塞、下端伸出工作缸外； 浮動(dòng)活塞、主活塞與工作缸之間從上至下具有A腔、B腔和C腔，A腔內(nèi)的上部是高壓氣體， 下部是液壓油，A腔上部通過進(jìn)氣孔及外部的氣控閥與附加容積室上部的D腔相連；附加容積室具有上部的D腔和下部的E腔；D腔內(nèi)是高壓氣體，E腔內(nèi)的上部是高壓氣體，下部是與浮動(dòng)活塞相接觸的液壓油，E腔底部通過液控閥連接工作缸的C腔。本發(fā)明的有益效果是
1、通過充放氣來調(diào)節(jié)車身高度，提高了油氣彈簧緩沖、減震和密封性能，增大了高度調(diào)節(jié)范圍，改善了車輛的通過性能和行駛平順性能。2、增加了附加的氣體容積以及氣控閥，可進(jìn)一步降低剛度，實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。3、通過在設(shè)置流通面積可調(diào)的液控閥，可實(shí)現(xiàn)彈簧的阻尼可調(diào)。另外由于液壓管路和調(diào)節(jié)閥的外置，有利于散熱，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4、本發(fā)明的工作和控制介質(zhì)是高壓空氣，油液在彈簧內(nèi)同時(shí)起到潤滑、密封、降溫的作用，同時(shí)液壓油壓力較低所以密封性比較好。5、本發(fā)明在工作缸內(nèi)增加了一個(gè)浮動(dòng)活塞，提高了缸內(nèi)的密封性，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。6、相對于傳統(tǒng)油氣彈簧，本發(fā)明零部件較少，結(jié)構(gòu)簡單；通過管路連接，附加容積腔是和工作缸體分開的，有利于布置，適用范圍較廣泛。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中工作缸4結(jié)構(gòu)的剖視放大圖； 圖3是本發(fā)明的工作原理圖； 圖4是彈簧力-位移曲線圖中1、液控閥；2、附加容積室；3、氣控閥；4、工作缸；5、浮動(dòng)活塞；6、主活塞；7、活塞連桿；8、限位彈簧；9、密封圈；10、下球形鉸鏈接盤；11、連接螺栓；12、安裝底座；13、密封圈；14、進(jìn)氣孔；15、螺孔。
具體實(shí)施例方式參見圖1的本發(fā)明結(jié)構(gòu)的總體圖，本發(fā)明具有一個(gè)工作缸4，工作缸4的頂部通過管路和氣控閥3連接附加容積室2的上部，實(shí)現(xiàn)工作缸4和附加容積室2 二者之間的氣體交換。工作缸4的下部通過管路和液控閥1連接附加容積室2的底部，實(shí)現(xiàn)工作缸4和附加容積室2 二者之間的液壓油的流動(dòng)。附加容積2和工作缸4之間的安裝位置可根據(jù)實(shí)際中安裝條件進(jìn)行布置。參見圖2所示的工作缸4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作缸4是一個(gè)密封的筒狀，要承受外力激勵(lì)以及內(nèi)部高壓氣體和液壓油的壓力，一般可通過鑄造獲得。工作缸4的頂部四周加工有螺孔15，通過螺孔15和螺栓將工作缸4與車架相連接。工作缸4的頂部中間開有進(jìn)氣孔 14，通過該進(jìn)氣孔14連接外部的氣控閥3。工作缸4筒狀內(nèi)腔中從上至下依次與工作缸4 同軸安裝有浮動(dòng)活塞5、主活塞6、活塞連桿7、限位彈簧8。浮動(dòng)活塞5接觸放置在主活塞6 上，且浮動(dòng)活塞5、主活塞6均和工作缸4的內(nèi)壁緊密配合，在浮動(dòng)活塞5、主活塞6和工作缸4之間均以密封圈13密封。浮動(dòng)活塞5的下端是圓錐狀，主活塞6的上端具有與浮動(dòng)活塞5下端的圓錐狀相鏡像的圓錐狀，兩圓錐狀的小端相接觸，這樣，使浮動(dòng)活塞5和主活塞 6之間具有容腔且上下表面相接觸。工作缸4底部通過連接螺栓11與安裝底座12固連在一起。限位彈簧8套在活塞連桿7上，并且限位彈簧8的上端支撐在主活塞6底面上，下端支撐在安裝底座12，限位彈簧8可防止本發(fā)明裝置受到過分拉伸時(shí)主活塞6撞擊到下面的安裝底座12?；钊B桿7的上端固定連接主活塞6，活塞連桿7的下端穿過安裝底座12上的孔且垂直向下伸出工作缸4之外后連接下球形鉸鏈接盤10，下球形鉸鏈接盤10與車橋連接。在活塞連桿7和安裝底座12之間安裝密封圈9，保證活塞連桿7和安裝底座12之間密封，使工作缸4與外部環(huán)境不相通。參見圖2和圖3，浮動(dòng)活塞5和主活塞6把工作缸4的內(nèi)部分成三部分，分別為A 腔、B腔、C腔；A腔是浮動(dòng)活塞5的上部分。A腔內(nèi)的上部有高壓氣體，下部有液壓油，A腔上部的高壓氣體通過進(jìn)氣孔14與外界的附加容積室2進(jìn)行氣體交互，A腔下部的液壓油與浮動(dòng)活塞5相接觸，作密封和潤滑用。B腔是浮動(dòng)活塞5和主活塞6之間的容腔，內(nèi)有液壓油。C腔是主活塞6下面的容腔，有主活塞6、活塞連桿7和安裝底座12圍成的容積，C腔內(nèi)部充滿液壓油。在C腔的側(cè)壁上有開口，C腔的液壓油通過側(cè)壁上的開口連接外界液控閥 1，與附加容積室2進(jìn)行油液交換。本發(fā)明在工作狀態(tài)時(shí)，在高壓氣體壓力作用下，浮動(dòng)活塞 5和主活塞6 二者是接觸的，由于二者的接觸，B腔中的液壓油不承受外力，B腔中的液壓油壓力要小于A腔和C腔內(nèi)液壓油的壓力，在限位彈簧8壓縮和拉伸的過程中，A腔和C腔內(nèi)液壓油的壓力大小波動(dòng)較大，因此可視B腔為A腔和C腔內(nèi)液壓油的一個(gè)緩沖區(qū)。本發(fā)明的氣控閥3是一個(gè)流通面積調(diào)節(jié)閥，液控閥1由兩部分組成，第一部分跟氣控閥3相似，是流通面積調(diào)節(jié)閥，用來調(diào)節(jié)流通面積的，通過調(diào)節(jié)流通面積來調(diào)節(jié)流通阻尼的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)彈簧的阻尼的可調(diào)，第二部分是一個(gè)單向閥，與第一部分相比其流通面積較大，只在液壓油流向工作缸4時(shí)單向閥才打開，保證液壓油能夠順利的流回工作缸4內(nèi)。參見圖3，與工作缸4相連的附加容積室2分為上、下兩容腔，上部的D腔和下部的 E腔；D腔內(nèi)存儲有高壓氣體，在D腔側(cè)壁上有開口，通過該開口和管路與氣控閥3相連，在 D腔頂部設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣閥a，可通過進(jìn)氣閥a對高壓氣體進(jìn)行補(bǔ)充。E腔內(nèi)有高壓氣體和液壓油，上部的高壓氣體使下部液壓油具有一定的壓力，E腔內(nèi)的液壓油作為存儲之用。E腔的側(cè)部設(shè)置與高壓氣體連通的流通閥b，E腔底部有開口，通過該開口和管路連接液控閥1， 這樣，E腔內(nèi)的具有一定壓力的液壓油就可較容易的回流到工作缸4。本發(fā)明工作時(shí)，在工作缸4內(nèi)，A腔中的高壓空氣給浮動(dòng)活塞5、主活塞6和活塞連桿7 —個(gè)支撐力，支撐車體重量。當(dāng)本發(fā)明裝置受到外界激勵(lì)時(shí)，懸架系統(tǒng)的下球形鉸鏈接盤10會把激勵(lì)傳給活塞連桿7并向上推動(dòng)主活塞6，使浮動(dòng)活塞5上移，A腔和D腔的高壓空氣被進(jìn)一步壓縮(前提是A腔和D腔是連通的，如不連通，只有A腔中高壓氣體受壓縮)， 此時(shí)是懸架的所受外界激勵(lì)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成高壓氣體的內(nèi)能，當(dāng)達(dá)到壓縮上止點(diǎn)后，懸架在高壓氣體的作用下作氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。由于附加容積腔2的上部分是和工作缸4的上部連通的，因此可以通過附加容積腔2上部充入或者釋放高壓氣體改變氣體總量來實(shí)現(xiàn)彈簧的高度調(diào)節(jié)，即通過D腔上部的進(jìn)氣閥a由車載高壓充放氣系統(tǒng)對彈簧進(jìn)行充放氣，改變彈簧系統(tǒng)內(nèi)的高壓氣體量進(jìn)而改變彈簧的的高度，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的高度可調(diào)。對于本發(fā)明的剛度的可調(diào)可根據(jù)圖4中的彈簧力-位移曲線進(jìn)行描述，其中橫坐標(biāo)X代表位移，縱坐標(biāo)Y代表彈簧力。該彈簧力-位移曲線是在假設(shè)彈簧處在理想狀態(tài)下， 不考慮摩擦因素，D腔的容積是工作狀態(tài)下且是工作缸4內(nèi)A腔中高壓氣容積的2倍。曲線的斜率就是此時(shí)的彈簧剛度，圖4中上面一條曲線是在氣控閥3全關(guān)的狀態(tài)下繪制的，圖 4中下面一條曲線是在氣控閥3全開下時(shí)繪制的，假設(shè)此時(shí)A腔和D腔間的氣體可實(shí)現(xiàn)無阻礙的交互，在圖4中可以看出，對于其他任何一種閥的開度下，由于A腔和D腔之間的氣體交互受到氣控閥流通面積的影響，就可以獲得一個(gè)處于這兩種極限狀態(tài)曲線之間的一條曲線，實(shí)現(xiàn)剛度的可調(diào)，以此通過調(diào)節(jié)氣控閥3的流通面積就可以改變彈簧的剛度。對于阻尼的可調(diào)可通過調(diào)節(jié)液控閥1中的第一部分來實(shí)現(xiàn)。具體過程如下，當(dāng)彈簧受壓時(shí)，懸架系統(tǒng)的下球形鉸鏈接盤10會把激勵(lì)傳給活塞連桿7并向上推動(dòng)主活塞6向上運(yùn)動(dòng)，C腔容積變大，在C腔的吸力和附加容積室2中E腔壓縮空氣的壓力作用下，E腔中的液壓油就會經(jīng)液壓油管流到液控閥1內(nèi)，由于液控閥1中的第一部分流通面積較小，所以液控閥1中的第二部分單向閥就會打開，從而使液壓油順利地通過液控閥1流入C腔內(nèi)。 當(dāng)彈簧拉伸時(shí)，C腔容積在主活塞6的運(yùn)動(dòng)下減小，液壓油就會被壓入液控閥1，此時(shí)液控閥 1中的單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，液壓油只能流過液控閥1的第一部分，由于其流通面積較小， 就會產(chǎn)生較大的阻尼，以此可通過調(diào)節(jié)其流通面積來改變阻尼大小。
下面對一個(gè)工作周期內(nèi)彈簧的工作狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的描述假設(shè)此時(shí)氣控閥3和液控閥1的第一部分都是打開的，具有一定的流通面積。受到外界激勵(lì)時(shí)，彈簧做壓縮運(yùn)動(dòng)， 與懸架系統(tǒng)的相連的下球形鉸鏈接盤10會把激勵(lì)傳給活塞連桿7并向上推動(dòng)主活塞6，使浮動(dòng)活塞5上移，A腔內(nèi)的高壓氣體被壓縮，同時(shí)A腔內(nèi)的一部分氣體會通過氣控閥3流入 D腔內(nèi)，D腔內(nèi)的氣壓也升高。此過程中高壓氣體氣壓升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。因主活塞 6向上運(yùn)動(dòng)，C腔容積變大，在C腔的吸力和附加容積腔2中E腔壓縮空氣的壓力作用下，E 腔中的液壓油就會經(jīng)液壓油和液控閥1流回工作缸4內(nèi)。當(dāng)彈簧達(dá)到上止點(diǎn)后停止壓縮而后就開始做伸張運(yùn)動(dòng)。當(dāng)彈簧伸張時(shí)，A腔中的高壓氣體推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)D腔內(nèi)部分氣體流回A腔，高壓氣體壓力降低，轉(zhuǎn)化為活塞向下運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。高壓由于氣控閥的和 D腔的高壓空氣被進(jìn)一步壓縮活塞連桿推動(dòng)活塞上移，壓縮高壓氣體，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能， 附加容積2的E腔中的液壓油回流到工作缸內(nèi)；C腔容積在主活塞6的運(yùn)動(dòng)下減小，其內(nèi)的液壓油就會被壓回E腔中，在其流經(jīng)液控閥1時(shí)，就會產(chǎn)生阻尼，懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能就會轉(zhuǎn)化為液壓油的熱能散發(fā)到外界，從而達(dá)到消減懸架的振動(dòng)。彈簧達(dá)到下止點(diǎn)停止伸張， 然后進(jìn)入下一個(gè)工作周期。
權(quán)利要求
1.一種剛度和阻尼可調(diào)的車用油氣彈簧，具有一密封筒狀的工作缸(4)和一位于工作缸(4)外部的附加容積室(2)，其特征是工作缸(4)內(nèi)腔中從上至下依次同軸設(shè)有浮動(dòng)活塞(5 )、主活塞(6 )、活塞連桿(7 )和限位彈簧(8 )；浮動(dòng)活塞(5 )、主活塞(6 )均與工作缸(4) 的內(nèi)壁緊密配合，浮動(dòng)活塞(5)和主活塞(6)之間具有容腔且上下表面相接觸；活塞連桿 (7)上套有限位彈簧(8)且上端固接主活塞(6)、下端伸出工作缸(4)外；浮動(dòng)活塞(5)、主活塞(6)與工作缸(4)之間從上至下具有A腔、B腔和C腔，A腔內(nèi)的上部是高壓氣體，下部是液壓油，A腔上部通過外部的氣控閥(3)與附加容積室(2)上部的D腔相連；附加容積室(2)具有上部的D腔和下部的E腔；D腔內(nèi)是高壓氣體，E腔內(nèi)的上部是高壓氣體，下部是與浮動(dòng)活塞(5)相接觸的液壓油，E腔底部通過液控閥(1)連接工作缸(4)的C腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度和阻尼可調(diào)的車用油氣彈簧，其特征是浮動(dòng)活塞 (5)的下端是圓錐狀，主活塞(6)的上端具有與浮動(dòng)活塞(5)下端的圓錐狀相鏡像的圓錐狀，兩所述圓錐狀的小端相接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度和阻尼可調(diào)的車用油氣彈簧，其特征是工作缸(4) 底部固連安裝底座(12)，限位彈簧(8)上端支撐于主活塞(6)底面上、下端支撐于安裝底座 (12 )頂面上；活塞連桿(7 )和安裝底座(12 )之間設(shè)有密封圈(9 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度和阻尼可調(diào)的車用油氣彈簧，其特征是浮動(dòng)活塞 (5)、主活塞(6)和工作缸(4)之間均設(shè)有密封圈(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度和阻尼可調(diào)的車用油氣彈簧，其特征是液控閥(1) 由一個(gè)流通面積調(diào)節(jié)閥和一個(gè)單向閥組成，所述單向閥比所述流通面積調(diào)節(jié)閥的流通面積大，在液壓油流向工作缸(4)時(shí)所述單向閥打開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度和阻尼可調(diào)的車用油氣彈簧，其特征是氣控閥 (3)是一個(gè)流通面積調(diào)節(jié)閥。
全文摘要
本發(fā)明公開一種汽車懸架系統(tǒng)中的剛度和阻尼可調(diào)的油氣彈簧，工作缸內(nèi)腔中從上至下依次同軸設(shè)有浮動(dòng)活塞、主活塞、活塞連桿和限位彈簧；浮動(dòng)活塞、主活塞均與工作缸的內(nèi)壁緊密配合，浮動(dòng)活塞、主活塞與工作缸之間從上至下具有A腔、B腔和C腔，A腔內(nèi)的上部是高壓氣體，下部是液壓油，A腔上部通過進(jìn)氣孔及外部的氣控閥與附加容積室上部的D腔相連；附加容積室具有上部的D腔和下部的E腔；D腔內(nèi)是高壓氣體，E腔內(nèi)的上部是高壓氣體，下部是與浮動(dòng)活塞相接觸的液壓油，E腔底部通過液控閥連接工作缸的C腔；可實(shí)現(xiàn)阻尼和剛度的調(diào)節(jié)，提高了油氣彈簧緩沖、減震和密封性能，增大了高度調(diào)節(jié)范圍，改善了車輛的通過性能和行駛平順性能。
文檔編號F16F9/50GK102345701SQ20111031401
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者姚勇, 李仲興, 江洪, 王申旭, 邱亞東 申請人:江蘇大學(xué)