CN108999911B - 具有组合的气体弹簧和阻尼器的支杆组件 - Google Patents
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Abstract
一种支杆组件包括第一缸(22)、构造成在第一缸内往复运动的第二缸(24)和位于第一缸内的阻尼组件(92)。阻尼组件包括具有相对的第一端和第二端的外壳(94)、在外壳中的浮动活塞(116)和位于浮动活塞与外壳的第一端之间的阻尼活塞(120)。阻尼活塞(120)将外壳划分为第一室(108)和第二室(114),其中所述第一室和第二室包括向阻尼活塞在外壳中的运动提供阻力的液压流体。支杆组件还包括在第一缸和第二缸中的气体弹簧,其中所述气体弹簧包括包含在第一缸和第二缸内的加压气体。
Description
技术领域
本发明涉及一种支杆组件以及一种具有该支杆组件的车辆悬架。
背景技术
减震器是一种设计为吸收并且阻尼冲击脉冲的机械或装置。通过将冲击脉冲的动能转化为随后从减震器的外壳消散的热能,而吸收或阻尼这些冲击脉冲。
减震器典型地由活塞分隔为压缩室和返回室。诸如液压油的阻尼介质置于压缩室和返回室中,并且通过活塞中的孔口在室之间流动。基于减震器的期望的阻尼力而确定活塞中的孔口的尺寸。换言之,孔口尺寸确定跨活塞的压力降,跨活塞的压力降影响由减震器提供的阻尼力。
因此,跨活塞的压力降确定减震器的压力比,其中通过使压力作用在阻尼介质上而动态地改变压力降。这样的压力可通过安装在减震器主体上或减震器主体内的加压构件来确定。加压构件连接至压缩室并对其加压,或者连接至压缩室和返回室两者并对其加压。在操作中,加压构件设计为接收由活塞杆移位的压力介质,以吸收由温度差引起的阻尼介质体积的变化,并且在减震器中产生一定的基础压力。
以这种方式,已使用减震器和其他阻尼装置来吸收当在不平坦的道路或地带上驾驶车辆时产生的对于车辆的冲击脉冲。例如,车辆上的许多减震器或支杆采用在缸中上下移动的活塞杆来提供震荡阻尼,所述振荡阻尼提供了对冲击脉冲的缓和,否则冲击脉冲将传至车辆的框架。此类装置典型地依赖设置在减震器主体周围的弹簧(诸如螺旋弹簧)来承受车辆的负载。
在此结构中,弹簧内部地控制阀,其中随着气体室中的气体响应外部环境以及流体室中的压力减小或增大而减压或压缩以恢复***内的平衡,减震器主体内的流体以与浮动活塞的运动的相反的方向通过双向阀流动回来。然而,压缩气体仅部分地支持负载,结果是,所述装置在没有弹簧的情况下实际上是非承重的。
大部分减震器或者具有单管结构或者具有双管结构。单管减震器包括单个整体的外壳,所述外壳具有包括流体的内室,其中室由浮动活塞分隔。在此结构中,室不提供弹簧作用,而是在压缩冲程期间在活塞杆在外壳内向下移动时容纳被活塞杆移位的额外的流体。由于室中产生的力不足以支持车辆的重量,通常将如上所述的外部弹簧添加至这些减震器以补充由室提供的力的不足。
双管减震器包括相对于彼此移动的外缸和内缸。具有活塞的活塞杆位于内缸中并且相对于外缸与内缸往复运动。外缸用作为诸如液压油的流体的储存器。在活塞中和在固定的底座阀中有流体阀,其中底座阀控制在两个缸之间的流体流动并且提供一些阻尼力。在活塞中的阀控制减震器中的大部分阻尼。在另一类型的双管减震器中,诸如低压氮气的气体被添加至减震器以取代氧气,而减轻流体的曝气(aeration)和性能减弱。
因此,存在对于在减震器的压缩和膨胀周期期间均提供阻尼力和弹簧力的组合的减震器的需要。
发明内容
本发明的支杆组件包括吸收支杆组件上的震动和冲击脉冲的阻尼组件和内部气体弹簧的组合。
本发明的支杆组件的实施方式被提供有和包括第一缸、构造为在第一缸中往复运动的第二缸和位于第一缸中的阻尼组件。阻尼组件包括具有相对的第一端和第二端的外壳、在外壳中的浮动活塞和位于浮动活塞与外壳的第一端之间的阻尼活塞。阻尼活塞将外壳划分为第一室和第二室,其中所述第一室和第二室包括在外壳中向阻尼活塞的运动提供阻力的液压流体。支杆组件还包括在第一缸和第二缸中的气体弹簧,其中气体弹簧包括包含在第一缸和第二缸中的加压气体。
本发明的支杆组件的另一实施方式被提供有和包括:车辆悬架,所述车辆悬架包括框架和与框架相联的轮组件;和附接至框架与轮组件的支杆组件。在这个实施方式中,支杆组件包括第一缸、构造为在第一缸中往复运动的第二缸、位于第一缸中的阻尼组件和在第一缸与第二缸中的气体弹簧,其中气体弹簧包括包含在第一缸和第二缸中的加压气体。
附图说明
图1是包括本发明的支杆组件的车辆悬架的透视图;
图2是图1的车辆悬架的俯视图;
图3是图1的车辆悬架的前视图;
图4是图1的车辆悬架的仰视图;
图5是图1的车辆悬架的左侧视图;
图6是基本上沿图1的6-6线在大致指示的方向中的车辆悬架的横截面图;
图7是图1的车辆悬架的部分分解前视透视图;
图8是基本上沿着图7中的8-8线在大致指示的方向中的本发明的支杆组件的横截面图,其中支杆组件在压缩循环中;
图9是图8的本发明的支杆组件的横截面图,示出了在压缩循环中的支杆组件;和
图10是本发明的支杆组件的另一实施方式的横截面图,其中支杆组件包括分隔的、加压的室。
具体实施方式
本发明的支杆组件提供阻尼效应和弹簧效应两者,以吸收在装置的操作期间产生的冲击脉冲,更具体地是在车辆的操作期间产生的冲击脉冲。
现在参考图1-9,本发明的支杆组件与车辆悬架相联并附接在轮组件16和框架18之间,以减轻车辆框架上的由在不平坦的道路或地带上驾驶车辆或改变车辆的方向而产生的震动和冲击脉冲。减轻在车辆框架和主体上的震动和冲击脉冲减轻了车辆在驾驶时的晃动、颠簸、俯冲和摇摆,并且改善了与道路的接触和抓地力。
本发明的支杆组件总体上以参考数字20指示,并且具有第一缸或底座缸22和在第一缸22中滑动地往复运动的第二缸或工作缸24。具体地,第一缸22具有第一外直径和第一内直径,而第二缸24具有第二外直径和第二内直径,其中第二外直径小于第一内直径,使得第二缸24适配在第一缸22内并且相对于第一缸22运动。第一缸22和第二缸24的直径和长度取决于针对特定操作(诸如驶出道路到不平坦的地带上)需要由支杆组件20吸收的冲击脉冲和震动的大小。应理解第一缸22和第二缸24可以是任何合适的尺寸和长度。在所举例说明的实施方式中,第一缸22和第二缸24由诸如铝的金属制成,并且也可以由其他合适的材料制成,诸如复合材料或材料的组合。
第一缸22具有中空内部,所述中空内部具有相对的开口端26、28。第一缸22的一个端部26具有端盖30,所述端盖30通过在端盖30的内表面34上的环形突出部32附接至第一缸,所述环形突出部32与形成在第一缸的外表面38上的相应的槽36接合。替代地,端盖30包括在内表面34上的螺纹,所述螺纹与形成在第一缸的外表面38上的相应的螺纹接合。通孔40形成在端盖30的中心并且构造为接收第二缸24,从而使得第二缸24相对于第一缸22滑动地运动。
第一缸22的相对的端部28由端板42关闭,所述端板42包括外螺纹,所述外螺纹与在此端部处形成在第一缸22的内表面72上的螺纹接合。在所举例说明的实施方式中,端板42的内部包括槽44,槽44被构造成接收在端板42和第一缸22的内表面34之间形成密封的密封构件,诸如O形环。应理解,端板42可通过焊接或其他合适的附接方法附接到第一缸22的端部。
连接板组件48邻近于端板42定位,并且包括内连接板50和外连接板52。外连接板52邻近于端板42定位,并且包括中心通孔54。具有相对的端部58、60的柱形连接件56定位在通孔54中,其中所述相对的端部分别具有沿着外连接板52的相对侧延伸的凸缘62a、62b,以维持连接件56相对于连接板52在原位。轴承环64围绕在连接件的端部上的凸缘62a、62b之间的外连接板52而放置。如图8所示,外连接板52的通孔54延伸至端板42中的中空区域66。类似地,内连接板50邻近于外连接板52定位,并且通过柱形环68固定至第一缸22,所述柱形环68接合在第一缸22的内表面72和内连接板50中形成的相应的槽70。此连接将连接板组件48固定至第一缸22的端部,其中内连接板50具有通孔74,所述通孔74与在外连接板中的通孔54和中空区域66对准并且共轴。
参考图6至图8,第二缸24的外端部76包括具有外表面80的端板78,所述外表面80具有螺纹,所述螺纹与在第二缸24的内表面82上形成的相应的螺纹接合。端板78包括具有向外延伸的凸缘84和向内延伸的壁86的顶部,所述凸缘84接合第二缸24的端部76,所述壁86至少部分地沿着第二缸的内表面82延伸并且接合第二缸的内表面82。中心贮器88和压力均衡端口90形成在端板78中,其中端口90与如下所述的储存加压气体的储存器连通。应理解储存器形成在端板42中,或是在支杆组件20内,以消除对于连接至支杆组件的累赘的、单独的、远程的储存器、罐或盒的需要。
为了阻尼传送至车辆框架18的震动,支杆组件20包括位于第二缸24内的阻尼组件92。更具体地,如图8所示,阻尼组件92包括外壳94,所述外壳94具有侧壁96,其中外壳94的一个端部98***形成在端板78中的贮器88中并且包括在外表面100上的螺纹,所述螺纹接合形成在贮器88的内表面上的螺纹。外壳94的此端部98还包括通孔104,所述通孔104与端板78中的口90对准并且连通。
通过形成具有比第二缸24的内径小的外直径的外壳94,在阻尼组件92的外壳94和第二缸24之间形成环形流道106。如图8和图9所示,流道106使加压气体能够在外壳内的内室108到形成在第一缸22和第二缸24之间的外室110之间流动。具体地,多个孔112形成在外壳94的端部98处,以连接内室108和流道106。孔的尺寸,即直径,是基于在内室108与外室110之间的期望的气体流速和在内室108和外室110之间要维持的压力而预定的。应理解,可在外壳94中形成一个或多个孔112。
如举例说明的实施方式中所示,外壳94的内部空间通过浮动活塞116划分为第一室即内部压力室108、和第二室114。浮动活塞116具有比外壳94的内直径小的外直径,使得浮动活塞在相对于外壳运动的同时与外壳94的内表面118形成密封。如以下所详细描述的,第一或内部室108包括孔112并且具有以气体(诸如氮气或其他合适的气体)经由端口90加压的第一容积。在一个实施方式中,支杆组件20内的气体压力是300psi至400psi,但可以是任何合适的压力。第二室114包括第二容积和阻尼活塞120,所述阻尼活塞120通过螺纹、焊接或其他合适的连接方法附接至活塞杆122的端部。活塞杆122延伸通过在附接至外壳94的外壳端板126中形成的通孔124,并且还通过在第一缸22上的内连接板50和外连接板52。活塞杆122的端部通过垫圈128和拧到活塞杆的端部上的螺母130固定至端板78。将活塞杆122固定至第二缸24使得在外壳94与第二缸一致地(并且相对于活塞120和活塞杆122)运动的同时将活塞杆122和活塞120在外壳94内固定到原位,由此改变活塞120在外壳94内的位置。
阻尼组件92的外壳94(更具体地是外壳的第二室114)由诸如液压油132的不可压缩流体填充。液压油132对第二室114中的活塞120的运动提供阻力,以阻尼或减轻支杆组件20上的震动。因为液压油132不是可压缩的,在冲击吸收期间随着活塞杆122运动进入和离开外壳94的内部,第二室中的液压油132被活塞杆122移位,该液压油132的体积造成外壳94中的容积的增大或减小,使得浮动活塞116在外壳94内移动。例如,当活塞杆122在支杆组件20的压缩循环期间运动进入外壳94中时,即当第一缸22压缩或运动进入第二缸24时,浮动活塞116朝向外壳94的端98移动,以增大第二室114的容积并应对由活塞杆占据的体积量。替代地,随着活塞杆122运动离开外壳94,浮动活塞116朝向活塞120运动,以应对由于活塞杆运动离开外壳94而造成的体积改变。
通过形成在阻尼组件的活塞120中的通孔134而控制由阻尼组件92提供的阻尼的量。随着活塞120在外壳94内运动,液压油132通过形成在活塞中的通孔134在第一室108和第二室114之间运动。因此,液压油132在活塞120上产生的阻力的量由活塞120中的通孔134的直径确定。例如,在活塞120在外壳94内运动期间,具有较小直径的通孔允许较少的液压油132通过通孔,因此对活塞120的运动产生较大的阻力。替代地,具有较大直径的通孔允许较多的液压流体132在第一室108和第二室114之间通过,以对活塞120的运动提供较小的阻力。
如图8所示,第二缸24的内端135包括具有主体138的支杆活塞136,所述主体138具有阶梯形的环形形状,其中主体138的第一外直径小于第一缸22的内直径。更具体地,主体138的外表面140具有槽142和位于该槽142中的诸如O形环的密封环144,还具有向外延伸的上凸缘146和下凸缘148,所述上凸缘146和下凸缘148分别与第一缸22的内表面接合并且形成密封。此外,主体138具有第二外直径,该第二外直径小于第一外直径并且小于第二缸24的内直径,使得主体138的具有第二外直径的部分至少部分地在第二缸24内延伸。为了允许加压气体在内室108和外室110之间流动,主体138包括在主体的端部之间延伸的中心通孔150。此外,主体138的端部152的内直径大于外壳94的外直径,以在主体138和外壳94之间形成间隙或空隙,从而使得加压气体能够在外壳94和支杆活塞136之间通过中心通孔150流动进入外室110。
供应至支杆组件20的加压气体优选地是氮气,但可以是另一种合适的气体,并且从储存器154通过端口90被填充或供应至第二缸24的外壳94,其中储存器在支杆组件20内,而不是从远程的罐、压力筒或其他单独的压力容器供应。加压气体填充内室108,并且通过流动穿过外壳94中的孔112、穿过流道106、穿过中心通孔150并进入外室而填充外室110。加压气体的压力在支杆组件20内维持在预定的恒定压力。因此,当在压缩循环中浮动活塞116朝向外壳94中的孔112运动时,内室108内的加压气体由于内室中容积的减小和外室110中容积的增大而被迫使通过孔离开,并且由于在支杆组件20内维持的预定的恒定压力而进入并通过流道106并进入外室110。此外,气体在浮动活塞116上的恒定压力维持了第二室114中的液压油的压力,以防止在第二缸24相对于第一缸22的反复压缩和膨胀/延伸期间,由于液压油中的空气分子的分离而在液压油中形成泡末(foaming)和气泡(cavitation)。
替代地,在膨胀循环中,第二缸24由于加压气体流动进入外室110而运动出第一缸22,这使得支杆活塞136远离第一缸22的端部28运动。随着活塞杆122运动出外壳94,在内室108和储存器154中的气体的恒定压力引起浮动活塞116朝向阻尼活塞120运动。
如图1、图7和图8所示,第二缸24的端部包括具有通孔158的缸连接件156。具有中心通孔162的衬套160安装在连接件156的通孔158内。一对垫圈164置于连接件156的相对侧上,并且连接件***在车辆框架18的夹具构件(clevis member)168的凸缘166之间。螺纹螺栓170***夹具构件168中的通孔172、垫圈164和衬套160的中心通孔162中,并且通过将垫圈174和锁定螺母176附接至螺栓170的端部而固定到位。为了减少支杆组件20的磨损或故障,衬套160允许支杆组件20的端部相对于夹具组件168在枢转或旋转,以应对轮组件16的侧向运动。
参考图1和图7,支杆组件20的下部部分位于轮组件16的支撑板178上,并且通过安装在轮组件16上的弹簧夹(pinch clamp)180固定至轮组件,弹簧夹180包括相对的C形臂182,所述C形臂182在相应的端部处通过穿过通孔186而***的螺栓184和螺母188固定在一起。弹簧夹180的内直径大于第一缸22的外直径,使得第一缸22穿过弹簧夹180而***并且位于支撑板178上。接着在螺栓184上拧紧螺母188,以使得C形臂182的端部朝向彼此运动并且接合第一缸22的外表面。
第一缸22进一步通过扣环190固定至轮组件16。扣环190包括附接至轮组件16或一体地形成在轮组件16上的第一C形构件192,所述第一C形构件192具有对应于第一缸22的外直径的内直径。分离的第二C形构件194具有对应于第一缸22的外直径的内直径,其位于第一缸22的外表面上,并且通过两个螺栓196固定至第一C形构件194,所述两个螺栓196***第二C形构件194的通孔中并且螺纹连接到在第一C形构件192上的接收器198中。扣环190进一步包括突出的环形构件200,所述环形构件200接合形成在第一缸22的外表面38中的相应的环形槽202,以进一步将支杆组件20固定至轮组件16。
在操作中,在轮组件16与下面的地带或道路的不平坦的表面接合期间产生震动或冲击脉冲期间,支杆组件20在压缩循环和延伸循环之间运动。在压缩循环中,***或其他不平坦的表面在轮组件16上产生震动和/或冲击脉冲,这引起轮组件16运动朝向或进入车辆框架18,并且因此引起第二缸24压缩或运动进入第一缸22。为了吸收这种震动和冲击脉冲,本发明的支杆组件20采用压缩气体弹簧和阻尼组件的组合。
特别地,在图8所示的压缩循环期间,第二缸24运动进入第一缸22,引起阻尼活塞120和活塞杆122运动进入阻尼组件92的外壳94。随着活塞120和活塞杆122在外壳94中运动,外壳中的液压油132抵抗活塞120的运动以阻尼在支杆组件上的冲击脉冲。同时,浮动活塞116朝向外壳94中的孔112运动,以应对被运动进入外壳94的活塞杆122移位的液压油132的体积。外壳94中的液压油132因此在阻尼活塞120上提供指定的阻力,以阻尼传送至支杆组件20的震动或冲击脉冲。随着浮动活塞116朝向孔112运动,在内室108中的加压气体(即,加压氮气)维持在浮动活塞116和因此还有的液压油132上的恒定压力,以使得液压油中的泡末和气泡(空气分子的分离)最小化,以提高支杆组件20的工作寿命和效率。如图8中的一系列箭头所示,加压气体在内室108、流道106和外室110中的恒定压力在第一缸22的端部上产生弹簧力,以进一步增强支杆组件20的冲击吸收。
在延伸或反弹循环中,支杆组件20的延伸,即第二缸24从第一缸22出来的运动,由阻尼组件92控制。随着外室110中的加压气体的压力推压支杆活塞136以引起第二活塞缸24从第一缸22向外运动,液压油132在阻尼活塞120上的阻力控制第二缸24相对于第一缸22的向外运动。支杆组件20的反复的延伸和反弹循环将震动和冲击脉冲的动能转化为液压油132中的热能,该热能通过第二缸24的侧壁并且通过出口区域204中的出口开口206传送到大气。
因此,阻尼组件92的阻尼效应和加压气体的弹簧效应的组合吸收了由于轮组件16与不平坦的地带和道路的接合而在车辆框架18上产生的震动和/或冲击脉冲,以改善车辆行驶的操纵性和平稳度。
现在参考图10,在另一实施方式中,支杆组件200包括通过相同的附图标记标示的与上述部件相同的部件,不同之处只在于隔板202位于外壳94的内室108的孔112和浮动活塞116之间并且固定至外壳94的内表面118。隔板202密封在隔板202和浮动活塞116之间的加压气体(即氮气)的填充量,以对浮动活塞116和第二室114中的液压油132提供恒定的指定压力。在此实施方式中,加压氮气还如上所述在储存器154、内室108、流道106和外室110之间流动,以在外室110中提供压力以及使第二缸24相对于第一缸22返回延伸位置,所述压力产生用于吸收震动和冲击脉冲的弹簧效应。应理解隔板202可固定在孔112和外壳94内的浮动活塞116之间的任何位置处。
虽然示出和描述了本发明的支杆组件的具体实施方式,本领域的技术人员将理解可对本发明的支杆组件的实施方式做出改变和修改,而不背离在本发明的更广的方面中的本发明,本发明在随附的权利要求书中阐明。
Claims (18)
1.一种支杆组件,包括:
第一缸(22);
第二缸(24),构造成在所述第一缸内往复运动;
阻尼组件(92),位于所述第二缸内,所述阻尼组件包括具有相对的第一端和第二端的外壳(94)、在所述外壳中的浮动活塞(116)和位于所述浮动活塞和所述外壳的所述第一端之间的阻尼活塞(120),所述阻尼活塞将所述外壳划分为第一室(108)和第二室(114),所述第一室和所述第二室包括向所述阻尼活塞在所述外壳中的运动提供阻力的液压流体(132);和
气体弹簧,在所述第一缸和所述第二缸中,其中所述气体弹簧包括包含在所述第一缸和所述第二缸内的加压气体。
2.如权利要求1所述的支杆组件,其中所述第一室(108)在所述浮动活塞(116)和所述外壳的所述第二端之间,所述第一室充有所述加压气体。
3.如权利要求2所述的支杆组件,进一步包括在所述外壳和所述第二缸(24)的内表面(102)之间的流道(106)、和在所述第一缸(22)中的外室(110),其中所述第一室(108)与所述流道(106)连通。
4.如权利要求3所述的支杆组件,进一步包括形成在所述第一室(108)中的多个孔(112)和在所述第一缸中的外室(110),所述多个孔(112)与所述第一室(108)和所述流道(106)连通。
5.如权利要求1所述的支杆组件,其中所述液压流体(132)是液压油。
6.如权利要求1所述的支杆组件,其中所述加压气体是氮气。
7.如权利要求1所述的支杆组件,进一步包括均衡压力端口(90),所述均衡压力端口在所述第一缸和所述第二缸其中之一中并且构造成向所述第一缸和所述第二缸供应加压气体。
8.如权利要求1所述的支杆组件,其中所述阻尼活塞(120)包括在所述第一室和所述第二室之间延伸的至少两个孔(134)。
9.一种车辆悬架,包括:
框架(18)和与所述框架关联的轮组件(16);
支杆组件(20),附接至所述框架和所述轮组件,所述支杆组件包括:
第一缸(22);
第二缸(24),构造成在所述第一缸内往复运动;
阻尼组件(92),位于所述第二缸内,所述阻尼组件包括外壳和在所述外壳中往复运动的浮动活塞;
气体弹簧,在所述第一缸和所述第二缸中,其中所述气体弹簧包括包含在所述第一缸和所述第二缸内的加压气体。
10.如权利要求9所述的车辆悬架,其中所述阻尼组件(92)的所述外壳具有相对的第一端和第二端,所述阻尼组件进一步包括位于所述浮动活塞和所述外壳的所述第一端之间的阻尼活塞(120),所述阻尼活塞将所述外壳划分为第一室(108)和第二室(114),所述第一室和所述第二室包括所述阻尼活塞在向所述外壳中的运动提供阻力的液压流体。
11.如权利要求10所述的车辆悬架,其中在所述外壳中的所述第一室(108)在所述浮动活塞(116)和所述外壳的所述第二端之间,所述第一室充有所述加压气体。
12.如权利要求11所述的车辆悬架,进一步包括在所述外壳(94)和所述第二缸(24)的内表面之间的流道(106)、和在所述第一缸中的外室(110),其中所述第一室(108)与所述流道(106)连通。
13.如权利要求12所述的车辆悬架,进一步包括形成在所述第一室(108)中的多个孔(112)和在所述第一缸中的外室(110),所述多个孔与所述第一室(108)和所述流道(106)连通。
14.如权利要求10所述的车辆悬架,其中所述液压流体是液压油。
15.如权利要求10所述的车辆悬架,其中所述加压气体是氮气。
16.如权利要求9所述的车辆悬架,进一步包括均衡压力端口(90),所述均衡压力端口在所述第一缸和所述第二缸其中之一中并且构造成向所述第一缸和所述第二缸供应加压气体。
17.如权利要求9所述的车辆悬架,进一步包括附接至所述第二缸(24)的支杆活塞(136),其中在所述支杆活塞和所述外壳之间形成有间隙。
18.如权利要求10所述的车辆悬架,其中所述阻尼组件包括阻尼活塞(120),所述阻尼活塞具有在所述第一室和所述第二室之间延伸的至少两个孔(134)。
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