CN1535362A - 螺旋圈和空气悬挂*** - Google Patents

Abstract

本发明包括悬挂装置，该悬挂装置有伸缩管元件以及与空气弹簧腔室并行的机械弹簧，该机械弹簧和空气弹簧腔室位于一个管元件内，该悬挂装置提供了用于调节空气弹簧压力、装置重量以及装置的抗压缩振动性能的机构。

Description

螺旋圈和空气悬挂***

技术领域

本发明涉及车辆悬挂***领域；尤其是，本发明涉及自行车的悬挂***领域。

背景技术

悬挂***已经用于各种用途，例如缓冲车辆和机器所受到的冲击、振动或其它扰动。在自行车和摩托车中，悬挂***的通常用途是当该自行车或摩托车驶过行驶道路上的颠簸、车辙、岩石、孔洞或其它障碍物时缓冲骑车人所受到的冲击或振动。悬挂***可以沿自行车或摩托车车架的、有利于悬挂***的效果的任意合适部件布置。通常，悬挂***呈两个可滑动管状元件的形式，同时在该管状元件中提供有弹簧元件或***。当悬挂***处于零负载(即没有外部负载)状态下时，弹簧***使管状元件呈隔开状态。各种类型的弹簧***都可以采用，包括螺旋弹簧、弹性体组件、空气弹簧和液压***。管状元件布置成当冲击作用在车架上时能够彼此相对滑动，同时其中的弹簧***抵抗该压力。

包括有悬挂***的自行车日益流行。一种普通形式的自行车悬挂***是悬挂叉架，该悬挂叉架具有一对上部管状叉架元件，该对上部管状叉架元件可相对于一对底板管状叉架元件滑动，这两对叉架元件都跨在自行车的前轮上。因为叉架元件优选是可彼此伸缩地滑动，两个元件可以认为是内部叉架元件，另两个元件则认为是外部叉架元件，内部叉架元件在该外部叉架元件内滑动。通常，上部的一对管状元件是内部叉架元件，而底部的一对是外部叉架元件。不过，也可以采用相反的布置。

为了进一步增强悬挂***的性能，已经提供了缓冲***，以便缓冲悬挂***的运动。这样的缓冲***可以形成于悬挂***的管状元件内，如Bradbury的美国专利No.5445401以及Simons的美国专利No.4561669中所描述的。更优选是，该缓冲***可以布置在独立的缓冲筒内。如Turner等的美国专利No.5456480中所述，该缓冲筒具有多个优点。例如，缓冲筒通常减小了总重量(因为需要较少的缓冲流体或气体)，使得缓冲筒具有可互换性并可更换，且通常减小了可能发生的泄漏的量。缓冲***可以与抗压的减振弹簧组合使用。在某些***中，缓冲结构的主要元件可以在悬挂叉架的一个支脚中，而弹簧结构的主要元件可以在悬挂叉架的另一个支脚中。

当受到外部负载时的悬挂程度或可滑动支脚“移动”的长度取决于几个因素，包括自行车或摩托车驶过的通道或地形、使用的缓冲和弹簧装置的特性、自行车/摩托车速度、骑车人的重量以及其它因素。已知在某些使用过程中和/或在某些给定情况，叉架的缓冲和弹簧特性适于某种地形或骑行条件，但并不适于另外的地形或条件。因此，自行车或摩托车悬挂叉架的缓冲和/或弹簧特性的可调节性对于悬挂***的合适作用很重要。

发明内容

本申请涉及一种可调节的悬挂***，其中，空气弹簧和机械弹簧在相同的封闭***内并行地工作，以便抵抗压缩冲击，且通过增加或减小空气弹簧的空气压力，***的弹簧刚性可以在连续范围内进行调节。

本发明的目的是满足对调节装置的需要，该调节装置能够很容易地将悬挂***调节为适合骑车人的重量和在该悬挂***上的其它外部负载。本发明的又一目的是满足这样的需要，即减小叉架的重量，同时还使用于抵抗压力的螺旋弹簧或其它机械弹簧保持可靠、高效和其它优点。在本发明的一个实施例中，还一目的是提供了空气弹簧的优点，而且还提供了低压空气弹簧***，该低压空气弹簧***不容易失效，且即使在失效时，该低压空气弹簧***也可由并行工作的备用机械弹簧***代替。

本发明的这些和其它目的通过提供一种用于有轮车辆例如自行车或摩托车的悬挂***而实现。在优选实施例中，悬挂***有两个伸缩支脚，一个支脚上设置有缓冲结构的主要元件，另一支脚上设置有弹簧结构的主要元件。提供弹簧结构的支脚包括内管元件和外管元件。内管元件***外管元件内，并可以伸缩方式在该外管元件内滑动。内管元件和外管元件由机械弹簧偏压分开，该机械弹簧优选是位于内管元件上部中的螺旋弹簧。其它类型的弹簧和弹簧组件也可以使用，包括弹性体弹簧以及多螺旋弹簧和弹性体。在本发明的优选方面，螺旋弹簧提供阻止活塞在内管元件内纵向运动的阻力。优选是，弹簧的一端抵靠内管元件的顶端，而另一端置于活塞的上表面上。可以采用压盖或多个弹簧杆或其它类似装置，以便使弹簧对齐，并将该弹簧支承在内管元件内，且使该弹簧抵靠活塞和内管元件的顶端。活塞在它的底表面上安装有活塞杆，该活塞杆穿过内管元件的底部延伸，并离开该内管元件。该活塞杆在其底端安装在外部管元件上。活塞有密封装置，该密封装置与内管元件的内壁表面形成气密密封。内管元件在其顶端封闭，形成气密密封。活塞、内管元件的顶端、以及内管元件在活塞和内管元件顶端之间的内侧壁部分形成作为空气弹簧的腔室。

空气弹簧腔室可以通过引入附加空气而增压，从而使腔室内的气压升高到高于大气压力。优选是，腔室内的压力保持高于大气压力，但是为较低压力，这样，活塞的密封装置和内管元件的壁和顶端不会承受应力，且不会产生裂纹和泄漏。优选是，在内管元件的顶部设置有阀装置，这样，空气可以根据骑车人的喜好而被引入腔室中和从该腔室释放，以便根据骑车人的重量或其它作用在自行车或摩托车上的外部负载而增强或释放空气弹簧，或者根据地形或其它骑行条件而增强或释放空气弹簧。在压盖实施例中，内管元件的顶部由顶帽封闭，该顶帽可释放地和气密地与内管元件的顶部相连。顶帽包括阀装置，例如Shrader阀。顶帽的尺寸设置成使它能够拆卸，以便能够使弹簧退回和进行更换，以便适应骑车人对螺旋弹簧的刚性的喜好。

螺旋弹簧和空气弹簧都包含在内管元件内，且还设置在由活塞、内管元件的顶端以及内管元件的内侧壁形成的密封腔室内。螺旋弹簧和空气弹簧位于内管元件内，这样，它们响应作用在活塞上的压力而并行起作用。还可以将螺旋弹簧和空气弹簧布置在筒组件中。该筒组件装入内管元件内。当外管元件和活塞根据压力而向上驱动时，活塞在内管元件内向上滑动，从而产生逆着螺旋弹簧和空气弹簧的向上力。活塞在内管元件内的运动减小了腔室的容积，从而增加了腔室的内部空气压力。在优选实施例中，因为空气弹簧保持为低压(稍微高于大气压)，当叉架在道路或轨道上受到较小颠簸时，空气弹簧的阻力相当小。对于较小颠簸，本实施例中螺旋弹簧提供了主要的响应。对于较大颠簸，当通过使活塞朝着内管元件的顶端向上运动而大大压缩腔室时，空气弹簧成为更重要的因素，与较小颠簸时相比，该空气弹簧承担总阻力的相对较大部分。

空气弹簧与螺旋弹簧的并行使用使得能够使用更轻的螺旋弹簧，这减小了悬挂叉架的总重量。此外，在优选实施例中，因为通过将空气引入腔室或从腔室中释放，空气弹簧的压力可以通过在内管元件中的阀装置来调节，因此，空气弹簧的压力可以根据螺旋弹簧的重量进行调整。螺旋弹簧的尺寸和重量可以根据骑车人的重量和喜好以及骑行条件而进行调节。螺旋弹簧可以从内管元件的顶端取出(例如通过打开顶帽并拉出螺旋弹簧)，并用具有不同弹簧刚度的螺旋弹簧代替。还有，螺旋弹簧的弹簧预加载可以以本领域已知的任何方式进行调节，包括通过包含在顶帽中的结构进行外部调节。此外，在空气弹簧中的压力大小可以根据骑车人重量、骑行条件等进行调节。空气弹簧的压力的调节可以通过轮胎充气泵而很容易地进行，从而能够对叉架的悬挂和减振特性进行精细调节。在本发明的一个实施例中，使用低压空气弹簧使活塞的密封装置以及在内管元件上端的其它密封连接件受到的应力更小。使用与螺旋弹簧并行的空气弹簧的附加优点是，当空气弹簧失效并失去压力时，螺旋弹簧提供了备用的减振功能，这样，叉架不会完全失效。

尽管本发明只是通过前部悬挂叉架的一个支脚来进行介绍，但是本发明可以用于前部叉架的两个支脚、后部悬挂***、前部单柱减振器、或者在车辆其它位置使用的悬挂***。此外，尽管空气弹簧优选是使用空气，但是也可以使用其它气体，例如氮气，且***可以是完全包含和密封的***，该***不能通过阀装置来引入或释放空气或气体。

附图说明

图1表示了本发明的悬挂***的实施例。

图2表示了本发明实施例的另一方面。

具体实施方式

下面将参考图1中所示的本发明实施例来介绍本发明。在图1中，悬挂***由前部悬挂叉架10构成，该前部悬挂叉架10具有包含主缓冲结构的第一支脚12以及包含主弹簧结构的第二支脚14。支脚14包括活塞20和活塞杆22，该活塞20有密封装置24。活塞20位于内管元件30内。活塞20在内管元件30中纵向运动，密封装置24使活塞20的侧面和内管元件30的内侧壁32之间形成气密密封，但是使活塞20能够沿内管元件30的内侧壁32滑动。密封装置24为O形环或其它类似元件，用于在活塞20的侧面和内管元件30的内侧壁32之间形成气密密封。内管元件30有顶端34和底端36。活塞杆22从内管元件30穿过它的底端36向外延伸，并与外管元件60相连。如图1所示，压盖结构38布置在内管元件30的底端36中，并用于封闭内管元件30的底端36。压盖结构38用于防止灰尘和其它污染物进入内管元件30的底端36。

活塞20包括上表面26和底表面28。螺旋弹簧40布置在内管元件30内。螺旋弹簧40具有底端42，该底端42置于活塞20的上表面26上。螺旋弹簧40还有顶端44，该顶端44抵靠内管元件30的顶端34。顶端34通过气密密封件来密封。在图1中所示的优选实施例中，顶端34由顶帽46密封，该顶帽46封闭密封内管元件30的顶端34。活塞20的上表面26、内侧壁32以及顶帽46的底表面形成空气弹簧腔室50，该空气弹簧腔室50通过空气增压，以便形成空气弹簧。如图1所示，顶帽46有阀装置48，例如Shrader阀，用于将空气引入空气弹簧腔室50，并从腔室50释放空气。阀装置48也可以位于其它位置，例如在内管元件30的内壁上。阀装置48用作调节机构，通过它可以增加或减小空气弹簧腔室50中的空气压力，以便适应骑车人重量或骑行条件的变化。此外，当希望用重量更轻或弹簧刚度更低的螺旋弹簧来代替某一重量的螺旋弹簧时，可以增加空气弹簧腔室50内的空气压力。例如，通过增加空气弹簧腔室50中的空气压力，较软的螺旋弹簧可以用于较重的骑车人。在本发明的另一方面，螺旋弹簧刚度可以通过弹簧预加载装置来进行调节。该弹簧预加载装置可以包含在顶帽46中，或者通过本领域已知的其它方法而包含在内管元件中。

在本发明中，螺旋弹簧40和空气弹簧腔室50的空气弹簧并行地响应叉架所受到的压力。在空气弹簧腔室50中也可以采用不同于空气的气体，例如氮气。也可以使用其它类型的机械弹簧(例如弹性体)以及弹簧结构(包括这样的结构，即该结构包括两个或更多螺旋弹簧、或者两个或更多弹性体、或者螺旋弹簧、弹性体和/或分隔器组件的组合。而且，腔室50和螺旋弹簧40可以包含在筒形结构中。

如图2所示，本发明的另一方面包括弹簧杆70，该弹簧杆70位于活塞20的上表面26上。弹簧杆70用于与弹簧40对齐并支承弹簧40。如图2所示，本发明还包括另一弹簧杆72，该弹簧杆72安装在顶帽46的底部。该弹簧杆也用于与弹簧40对齐并支承弹簧40。弹簧杆70、72是单独元件，它们可释放地与活塞20和顶帽46相连，或者在可选实施例中，它们形成活塞20和顶帽46的元件。如图2所示，弹簧杆70通过置于活塞20上表面26的埋头孔中而松弛地与活塞20相连。

应当知道，螺旋弹簧和空气弹簧也可以通过其它结构来并行布置在减振***的密封***内。附加权利要求的精神和范围并不局限于这里所述的优选形式。

Claims (9)

1.一种悬挂装置，包括：

内管元件，该内管元件具有侧壁、顶端和底端；

外管元件，该外管元件具有侧壁、开口顶端和封闭底端，所述内管元件的底端可伸缩地***所述外管元件的顶端内；

活塞，该活塞与所述内管元件的侧壁的内表面可滑动地接合，所述活塞具有上表面和底表面，并具有密封装置，该密封装置形成在所述活塞与所述内管元件的侧壁的所述内表面之间的密封件，以便阻止空气通过该密封装置；

活塞杆，该活塞杆具有第一端和第二端，该第一端安装在所述活塞的所述底表面上，该第二端安装在所述外管元件的底端上；

帽体，该帽体与所述内管元件的顶端相连，以便形成空气密封件；

在所述内管元件内的空气弹簧腔室，该空气弹簧腔室由侧壁、所述活塞的所述上表面以及所述帽体确定，同时在所述空气弹簧腔室内的空气用于阻止所述活塞在所述活塞的压缩冲程上的运动；

机械偏压装置，该机械偏压装置有顶端和底端，该底端布置成靠近所述活塞的上表面，该顶端布置成靠近所述帽体，所述机械偏压装置可通过所述活塞朝着所述帽体的运动而压缩，且该机械偏压装置设置成阻止所述活塞的运动；以及

阀装置，该阀装置位于所述内管元件上，并可在打开位置和关闭位置之间进行操作，该打开位置用于将空气引入所述空气弹簧腔室以及从所述空气弹簧腔室释放空气，该关闭位置用于将空气保持在所述空气弹簧腔室内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述阀装置是位于所述顶帽内的Shrader阀。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机械偏压装置是螺旋弹簧。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机械偏压装置是弹性体弹簧。

5.根据权利要求3所述的装置，还包括：第一弹簧杆，该第一弹簧杆位于所述活塞的上表面上，并设置成与所述螺旋弹簧的一端接触；以及第二弹簧杆，该第二弹簧杆安装在所述顶帽上，并设置成与所述螺旋弹簧的另一端接触。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括：弹簧预加载装置，该弹簧预加载装置与所述顶帽相连，用于调节所述机械偏压装置的弹簧刚度。

7.一种用于调节悬挂装置的抵抗振动力性能的方法，包括：

设置悬挂***，该悬挂***具有：

内管元件，该内管元件有侧壁、顶端和底端；

外管元件，该外管元件有侧壁、开口顶端和封闭底端，所述内管元件的底端可伸缩地***所述外管元件的顶端内；

活塞，该活塞与所述内管元件的侧壁的内表面滑动接合，所述活塞有上表面和底表面，并有密封装置，该密封装置形成在所述活塞与所述内管元件的侧壁的所述内表面之间的密封件，以便阻止空气通过该密封装置；

活塞杆，该活塞杆有第一端和第二端，该第一端安装在所述活塞的所述底表面上，该第二端安装在所述外管元件的底端上；

帽体，该帽体与所述内管元件的顶端相连，以便形成空气密封件；

在所述内管元件内的空气弹簧腔室，该空气弹簧腔室由侧壁、所述活塞的所述上表面以及所述帽体确定，同时在所述空气弹簧腔室内提供有预选量的空气，用于阻止所述活塞在所述活塞的压缩冲程上的运动，并提供第一阻力；

机械偏压装置，该机械偏压装置有顶端和底端，该底端布置成靠近所述活塞的上表面，顶端布置成靠近所述帽体，所述机械偏压装置可通过所述活塞朝着所述帽体的运动而压缩，且该机械偏压装置设置成阻止所述活塞的运动，所述机械偏压装置选择为提供第二阻力；以及

阀装置，该阀装置位于所述内管元件上，并可在打开位置和关闭位置之间进行操作，该打开位置用于将空气引入所述空气弹簧腔室以及从所述空气弹簧腔室释放空气，该关闭位置用于将空气保持在所述空气弹簧腔室内；

取出所述第一机械偏压装置，并由第二机械偏压装置代替，所述第二机械偏压装置的重量比所述第一机械偏压装置更轻，所述第二机械偏压装置具有第三阻力，该第三阻力小于所述第二阻力；以及

将空气源与所述阀装置相连；

通过所述阀装置将空气引入所述空气弹簧腔室内，以便将所述第一阻力改变成第四阻力，该第四阻力的值大于所述第一阻力的值，这样，所述第三阻力和所述第四阻力的组合阻力基本与第一阻力和第二阻力的组合阻力相同。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述第一机械偏压装置和所述第二机械偏压装置是螺旋弹簧。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述第一机械偏压装置和所述第二机械偏压装置是至少一个可弹性变形的弹性体部分。