CN107687492B - 微多孔金属纤维毡作为阻尼元件的车用减振器 - Google Patents

Abstract

微多孔金属纤维毡作为阻尼元件的车用减振器，该减振器内部采用高粘度的液压油，阻尼元件采用微多孔金属纤维毡而非常用的液压阀，液压油在金属纤维毡的微孔中流动时被金属纤维强制性地分割流动，在二者界面区域发生强烈剪切和内摩擦，从而产生有效的阻尼作用，可以快速高效地吸收振动能量，提升驾驶舒适性，摘要附图为本发明的一种典型原理图。

Description

微多孔金属纤维毡作为阻尼元件的车用减振器

技术领域

本发明属于汽车用减振器领域。

背景技术

在现代汽车工程中，随着消费升级的日益提高，对车辆高平顺性、高舒适性的要求越来越高。当车辆运行中由地面干扰引起的冲击或振动通过车轮传递时，悬架对车身是一个有效的隔振装置，与悬架匹配良好的减振器，可以将90%左右的振动能量阻尼掉。

汽车悬架，目前广泛采用的是筒式液压减振器，减振器内的工作介质是某种液压油，严格地讲应该称之为液体紊流阻尼器。液体紊流阻尼器是迄今为止在技术上颇为成熟的一种减振器。从阻力和吸收能量方面作比较，它重量轻、外形小，能获得比较稳定的阻力，并且可以按需要决定工作速度与阻力的函数关系。

传统的双向作用筒式液压减振器的原理图如说明书附图1所示，主要部件包括：活塞杆1、上部油腔2、活塞上分布的流通阀3、下部油腔4、底阀上的补偿阀5和压缩阀6、储油腔7、活塞上的伸张阀8、油封9。减振器上下两端相对运动时，液压油流经阀门的一定的通道产生节流作用，由阀两端的压差形成阻尼力，来实现减振器的阻尼特性 。

双向作用筒式液压减振器工作原理说明如下：在压缩行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞向下移动，活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀3流到活塞上部的油腔室2（上腔）。上部油腔2被活塞杆1占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀6，流回储油腔7，这些阀对油的节流作用形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸这时减振器的活塞向上移动，活塞上腔油压升高，流通阀3关闭，上腔内的油液推开伸张阀8流入下腔4，由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，促使下腔产生一定的真空度，这时储油腔7中的油液推开补偿阀5流进下腔4进行补充，由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。

传统的双向作用筒式液压减振器存在四大缺点，一是活塞阀和底阀的结构很复杂，产品的一致性不好保证；二是阻尼作用主要靠阀片的节流作用，活塞每次往复运动时阀片部分的节流面积较小、产生的内摩擦吸能效果有限、虽然能够提供较大的反向作用力，但是耗能的速度不够；三是存在下面详述的高速畸变现象；四是为了形成一定的阻尼作用，通常的传统双向作用筒式液压减振器的内部压力设计在3-5MPa, 过高的内压容易导致活塞杆与油封之间摩擦力大，容易导致活塞杆磨损而产生漏油现象，减振器的寿命有限。

说明书附图2为一种目前常用的双向作用筒式液压减振器的典型活塞阀的结构，其至少包括12个零件，包括流通阀弹簧1，流通阀节流阀片2，活塞3，活塞环4，伸张阀节流阀片5，调整垫片6，垫圈7，伸张阀弹簧座8，间隔套9，垫片10，伸张阀弹簧11，活塞螺母12；图3为常见的底阀的结构，其至少包括9个零件，包括补偿阀弹簧座1，补偿阀弹簧2，补偿阀阀片3，底阀座4，压缩阀节流阀片5，垫片6，调整垫片7，压缩阀阀片8，阀杆9。通常对伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和，这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。

说明书附图3为一种典型的目前常用的双向作用筒式液压减振器的底阀的结构，其至少包括9个零件，包括补偿阀弹簧座1，补偿阀弹簧2，补偿阀阀片3，底阀座4，压缩阀节流阀片5，垫片6，调整垫片7，压缩阀阀片8，阀杆9。两大阀系零部件众多，产品一致性和可靠性管理困难。

传统的双筒式液压减振器在复原行程末期，活塞处于减振器工作腔顶部，此时，流入下腔的工作液不足以充满减振器下腔，在后续压缩行程初期，活塞便会“空行”一段距离，表现在示功图上为空程。下腔工作液的补偿是由底阀上开设的补偿阀完成的，由于液压减振器的结构所限，补偿阀的开度是有一定限值的，补偿的最大流量也是一定的。减振器复原行程中，下腔要求补偿的流量却是随减振器工作速度的增大而增加的。因此，当速度增大到一定程度时，便会发生补偿阀补油不足的现象，使压缩行程最终出现空程，这称为减振器的高速畸变。双向作用筒式液压减振器，无论将补偿阀设计得如何灵敏，都存在着一个临界速度：当减振器工作速度高于此临界速度时，减振器外特性便会发生畸变,这是一般液压减振器固有的缺陷，若想避免这种高速畸变发生，可以采用充气式减振器，以提高储油腔内的压力，形成一定的背压，增大贮油缸和工作缸下腔的压差，提高了补偿阀的补偿能力，从而提高临界速度，使减振器具有更高的抗畸变能力，充气式减振器内的工作液在预充的气体作用下，提高了补偿阀的补偿能力，从而提高临界速度，即使减振器受到急剧的拉伸和压缩作用，工作液也不会产生“乳化”和 “空化”现象，有利于消除一般液压减振器固有的缺陷、减振器的工作噪音，使减振器的工作性能更加稳定，高频状态下舒适性得到了充分的提高。

当车辆在较坏的路面连续行驶时，充气式减振器比液压式减振器具有良好阻尼力的持续性和高速特性。因为减振器油在连续或高速工作下很容易发生泡沫化现象，从而使减振器工作时产生空程导致阻力不连续（这种现象在压缩行程尤为严重），充入低压氮气后基本消除了泡沫化现象，从而也就消除了阻力的空程和不连续现象，提高了整车乘座舒适和高速的操稳性。另外降低了减振器工作的减振器油高速流动产生的“嘶嘶”声，从而降低了整车的噪音。充气式减振器会比普通液振器的使用寿命长，因为阻力持续性得到了保证，特别是车辆在较坏的路面上行驶时，减少了减振器工作空程，在一定程度上减少了对整车，特别是悬架零件的冲击，不但提高减振器本身的寿命，而且也提高了悬架其它零件的使用寿命。由于采用浮动浮塞而减少了一套阀门***，使结构大为简化，零件数约减少15%。

说明书附图4为一种典型的充气式减振器，其中1为活塞杆，2为筒体，3为 压紧螺母，4为伸张阀，5为浮动活塞的O型密封圈，6为气囊，7为浮动活塞，8为下腔，10为上腔，11为油封组件。充气减振器缺点是对密封性要求高，因此制造充气减振器的难度在于：减振器的充气方法及是充气后减振器阻力的控制、密封和寿命的保证。需要采用专用的充气装置及工艺、设计专用的密封件以保证减振器在充气后的综合性能。专用充气设备需专业减振器设备厂家制造。另外充气减振器的缺点是活塞阀的结构复杂。

传统的减振器的液压油粘度低、与阀片的节流面积有限、节流作用产生的内摩擦作用不足，活塞每次的往复运动产生的阻尼作用或对振动能量的吸收作用不足。

发明内容

基于现有技术和产品的以上不足之处，本发明提出了一种新的采用微多孔金属纤维毡作为阻尼元件和采用高粘度液压油介质的车用减振器。以下进行详细阐述：

本发明的车用减振器结构原理如说明书附图5所示，其特征在于，该减振器主要包括以下零部件：圆筒体1，上部油封组件2, 上部压紧元件3，固定在筒体上部起到阻尼作用的微多孔金属纤维毡上部盘片4，垫片5，活塞杆6，连接于活塞杆上的活塞7, 固定在筒体下部起阻尼作用的微多孔金属纤维毡下部盘片8, 位于筒体下部且位于下部盘片8的下面、可以上下运动并起到油封作用的浮动活塞9，与浮动活塞9相连接的起到背压作用的气囊或金属弹簧制作的弹性元件10，固定下部盘片8的下部压紧元件11，固定活塞7的中部压紧元件12，上部开口介于油封组件2和上部压紧元件3之间、下部开口介于浮动活塞9和下部压紧元件11之间的管式连通器13；以上部件的位置关系详见说明书附图5；在压缩行程时，活塞杆6带动活塞7在筒体内向下运动，下部油腔中的液压油在活塞7的压迫作用下向下流经下部盘片8，一部分液压油经连通器13向上部的油腔中流动、继而流经上部的上部盘片4、进入活塞上部的油腔，另一部分液压油压迫浮动活塞向下运动、以让出上部新进入筒体内的活塞杆所对应的体积；在复原行程时，活塞杆6带动活塞7在筒体内向上运动，上部油腔中的液压油在活塞7的压迫作用下向上流经上部盘片4, 继而流经连通器13进入下部的油腔，浮动活塞9在下部气囊或金属弹簧的背压作用下向上运动，从而补偿从筒体内出去的活塞杆所对应的体积；上部盘片4和下部盘片8中所采用的微多孔金属纤维毡的最小孔径介于10~80微米、孔隙率介于55~85%, 金属纤维在厚度方向的层数在5层以上200层以下，该减振器内部的液压油采用高粘度的呈胶体或润滑脂状态的液压油, 优选在-30~80摄氏度下的动力粘度介于0.15-20Pa*S; 液压油在金属纤维毡的微孔中流动时被金属纤维强制性地不断分割流动，液压油与众多的金属纤维在二者的界面区域发生强烈的有效剪切和内摩擦，从而产生有效的阻尼作用，可以快速高效地吸收振动能量，提升驾驶舒适性。

以下做进一步说明，为了防止往复运动时金属纤维毡盘片受压力后变形，本发明的减振器内部的微多孔金属纤维毡上部盘片和下部盘片的上下两侧均采用具有大孔的高强度的保护层，保护层优选采用厚度介于3-9毫米的刚性的多孔金属板和/或20-80目的金属纤维网，对金属纤维毡实现压紧作用，保证了纤维对液压油的有效剪切作用。

为了达到形成足够的内摩擦作用，本发明的该振器内部的微多孔金属纤维毡上部盘片和下部盘片优选采用8-40层、160-400目的金属纤维编织网层叠压紧在一起后制备而成、可以在压紧的条件下采用真空烧结或电阻焊将不同层数的金属纤维连接成为一个整体；过少的层数和过大的孔径会导致金属纤维与液压油的有效剪切作用不足，过多的层数和过小的孔径会导致阻力太大、活塞向下运动过慢，对车身和驾驶人的冲击感加大。

在无油干态下，本发明的减振器的上部盘片4所采用的微多孔金属纤维毡的透气度G4优选介于40~1000L/(min*dm²)（测试标准按照ISO 4022），下部盘片8所采用的微多孔金属纤维毡的的透气度G8介于80~2000L/(min*dm²)，为了使复原行程的阻力大于压缩行程的阻力，优选微多孔金属纤维毡的透气度G4<G8。本发明的减振器内部的液压油采用高粘度的呈胶体或润滑脂状态的液压油, 优选在-30~80摄氏度下的动力粘度介于0.15-20Pa*S;传统的液压油的粘度一般小于0.03Pa*S，过小的粘度容易导致在金属纤维毡的微孔中流动时的阻尼作用不足，采用高粘度的液压油使得被金属纤维强制性地不断分割流动，高粘度的液压油意味着油品中的分子量略高，卷曲、缠绕作用更强烈，高分子液压油在与众多的金属纤维在二者的界面区域发生强烈的有效剪切和内摩擦，从而可以产生有效的阻尼作用，通过调整金属纤维毡的纤维组成结构，比如采用不同目数的金属纤维层叠、采用不同的层数，可以调节优化微多孔金属纤维毡的孔径和孔隙率，从而得到不同的透气度或阻尼大小，对应的可以通过优化调节液压油的粘度组合来达到本发明的目的，比如当采用较低阻力的微多孔金属纤维毡作为阻尼材料时，可以采用较大粘度的液压油；反之当采用较高阻力的金属纤维毡作为阻尼材料时，可以采用相对低粘度的液压油。为了进一步增强阻尼作用，本发明的减振器内部的活塞7可以采用具有阻尼作用的微多孔金属纤维毡上部盘片和下部盘片制作，活塞7中所采用的微多孔金属纤维毡其干态下的透气度G7优选其值=0.1~0.5*G4，即其阻力作用大于其上下的两个纤维毡。为了防止减振器油封处泄露，本发明的减振器内部的压强优选控制在2.5MPa以下，更优选通过优化活塞直径将减振器内部压力控制在1.5MPa以下。

附图说明

附图1所示为目前主流的双向作用筒式液压减振器的原理图，主要部件包括：活塞杆1、上部油腔2、活塞上分布的流通阀3、下部油腔4、底阀上的补偿阀5和压缩阀6、储油腔7、活塞上的伸张阀8、油封9。

附图2为一种目前常用的双向作用筒式液压减振器的典型活塞阀的结构，其至少包括12个零件，包括流通阀弹簧1，流通阀节流阀片2，活塞3，活塞环4，伸张阀节流阀片5，调整垫片6，垫圈7，伸张阀弹簧座8，间隔套9，垫片10，伸张阀弹簧11，活塞螺母12。

附图3为一种目前常用的双向作用筒式液压减振器的常见的底阀的结构，其至少包括9个零件，包括补偿阀弹簧座1，补偿阀弹簧2，补偿阀阀片3，底阀座4，压缩阀节流阀片5，垫片6，调整垫片7，压缩阀阀片8，阀杆9。

附图4为一种典型的充气式减振器，其中1为活塞杆，2为筒体，3为 压紧螺母，4为伸张阀，5为浮动活塞的O型密封圈，6为气囊，7为浮动活塞，8为下腔，10为上腔，11为油封组件。

附图5为本发明的典型原理图，该减振器主要包括以下零部件：圆筒体1，上部油封组件2, 上部压紧元件3，固定在筒体上部起到阻尼作用的微多孔金属纤维毡上部盘片4，垫片5，活塞杆6，连接于活塞杆上的活塞7, 固定在筒体下部起阻尼作用的微多孔金属纤维毡下部盘片8, 位于筒体下部且位于下部盘片8的下面、可以上下运动并起到油封作用的浮动活塞9，与浮动活塞9相连接的起到背压作用的气囊或金属弹簧制作的弹性元件10，固定下部盘片8的下部压紧元件11，固定活塞7的中部压紧元件12，上部开口介于油封组件2和上部压紧元件3之间、下部开口介于浮动活塞9和下部压紧元件11之间的管式连通器13。

具体实施例

一种本发明原理的减振器，主要包括以下零部件：直径70毫米的钢制圆筒体1，上部油封组件2, 上部压紧元件3，固定在筒体上部起到阻尼作用的微多孔金属纤维毡上部盘片4，其孔隙率75%，最小孔径25-30微米，金属纤维毡采用25层320目的不锈钢网压紧后真空烧结制成，上下两端面分别采用厚度3毫米的多孔钢板制备刚性保护层，内圆与活塞杆邻近部位采用壁厚5毫米的钢管与金属纤维毡焊接后在机械加工，上部盘片4所采用的金属纤维毡在室温下无油状态下的透气度为330-400L/(min*dm²)（测试标准按照ISO 4022）；减振器内部的液压油采用高粘度的呈胶体状态的液压油, 在-30~80摄氏度下的动力粘度介于1.5-10Pa*S；活塞杆6的直径为25毫米；连接于活塞杆上的活塞7的外径为63毫米，活塞采用金属纤维毡上部盘片和下部盘片，上下两端面分别采用厚度4毫米的多孔钢板制备刚性保护层、外圆部位与筒体内壁相滑动摩擦的部位采用壁厚5毫米的钢管与金属纤维毡焊接后再机械加工，中间夹层的金属纤维毡其孔隙率65-70%，最小孔径15-20微米，金属纤维毡采用35层400目的不锈钢网压紧后真空烧结制成，室温下无油状态下的透气度为80-160L/(min*dm²)（测试标准按照ISO 4022）；固定在筒体下部起阻尼作用的微多孔金属纤维毡下部盘片8, 其孔隙率80%，最小孔径60-65微米，金属纤维毡采用15层200目的不锈钢网压紧后真空烧结制成，室温下无油状态下的透气度为800-900L/(min*dm²)（测试标准按照ISO4022），上下两端面分别采用厚度3毫米的多孔钢板制备刚性保护层；位于筒体下部且位于下部盘片8的下面、可以上下运动并起到油封作用的浮动活塞9，与浮动活塞9相连接的起到背压作用的弹性元件10采用金属弹簧制作，管式连通器13的内径5毫米。

Claims (4)

1.微多孔金属纤维毡作为阻尼元件的车用减振器，其特征在于，该减振器主要包括以下零部件：圆筒体（1），上部油封组件（2）, 上部压紧元件（3），固定在筒体上部起到阻尼作用的微多孔金属纤维毡上部盘片（4），垫片（5），活塞杆（6），连接于活塞杆上的活塞（7）, 固定在筒体下部起阻尼作用的微多孔金属纤维毡下部盘片（8）, 位于筒体下部且位于下部盘片（8）的下面、可以上下运动并起到油封作用的浮动活塞（9），与浮动活塞（9）相连接的起到背压作用的气囊或金属弹簧制作的弹性元件（10），固定下部盘片（8）的下部压紧元件（11），固定活塞（7）的中部压紧元件（12），上部开口介于油封组件（2）和上部压紧元件（3）之间、下部开口介于浮动活塞（9）和下部压紧元件（11）之间的管式连通器（13）；在压缩行程时，活塞杆（6）带动活塞（7）在筒体内向下运动，下部油腔中的液压油在活塞（7）的压迫作用下向下流经下部盘片（8），一部分液压油经连通器（13）向上部的油腔中流动、继而流经上部的上部盘片（4）、进入活塞上部的油腔，另一部分液压油压迫浮动活塞向下运动、以让出上部新进入筒体内的活塞杆所对应的体积；在复原行程时，活塞杆（6）带动活塞（7）在筒体内向上运动，上部油腔中的液压油在活塞（7）的压迫作用下向上流经上部盘片（4）, 继而流经连通器（13）进入下部的油腔，浮动活塞（9）在下部气囊或金属弹簧的背压作用下向上运动，从而补偿从筒体内出去的活塞杆所对应的体积；上部盘片（4）和下部盘片（8）中所采用的微多孔金属纤维毡的最小孔径介于10~80微米、孔隙率介于55~85%, 金属纤维在厚度方向的层数在5层以上200层以下，该减振器内部的液压油采用高粘度的呈胶体或润滑脂状态的液压油,在-30~80摄氏度下的动力粘度介于0.15-20Pa*S; 高粘度的液压油在金属纤维毡的微孔中流动时被金属纤维强制性地不断分割流动，液压油与众多的金属纤维在二者的界面区域发生强烈的有效剪切和内摩擦，从而产生有效的阻尼作用，可以快速高效地吸收振动能量，提升驾驶舒适性。

2.根据权利要求1所述的减振器，其特征在于，该减振器内部的微多孔金属纤维毡上部盘片（4）和下部盘片（8）的上下两侧均有大孔的高强度的保护层，保护层采用厚度介于3-9毫米的多孔金属板和/或20-80目的金属纤维网，该减振器内部的微多孔金属纤维毡上部盘片（4）和下部盘片（8）采用8-40层、160-400目的金属纤维编织网层叠压紧在一起后制备而成。

3.根据权利要求1所述的减振器，其特征在于，在无油干态下，该减振器内部上部盘片（4）所采用的微多孔金属纤维毡的透气度G4介于40~1000L/(min*dm²)，下部盘片（8）所采用的微多孔金属纤维毡的透气度G8介于80~2000L/(min*dm²)，G4<G8。

4.根据权利要求3所述的减振器，其特征在于，该减振器内部的活塞（7）采用具有阻尼作用的微多孔金属纤维毡上部盘片（4）和下部盘片（8）制作，活塞7中所采用的微多孔金属纤维毡其干态下的透气度G7=0.1~0.5*G4。