專利名稱：一種剛度和阻尼可調的車用油氣彈簧的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽車懸架系統(tǒng)領域，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：
在汽車懸架系統(tǒng)中，油氣彈簧是通過充入缸內的液壓油來作為密封介質和傳力介質，通過充入缸內的高壓氣體作為受力和工作介質，使液壓油直接與高壓氣體接觸，通過在密閉的缸內安裝活塞和活塞桿直接承受外界激勵。當彈簧受壓縮時，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，在這個過程中高壓氣體把活塞傳遞過來的機械能轉化為高壓氣體內能，當彈簧伸張時，氣體內能就會轉化成機械能推動活塞運動；整個過程中高壓氣體起到了彈簧的作用，彈簧可達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的調節(jié)，并且調節(jié)幅度較小；2、由于工作時缸內的高壓氣體是定量的，所以油氣彈簧的剛度特性是固定的，不能實現剛度可控調節(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節(jié)的。4、體積較大，結構復雜，適用范圍較小。5、由于是高壓油作為控制介質和傳力介質，對密封性能的要求很高，在工作過程中經常出現油液泄露現象，污染環(huán)境。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種以空氣為工作介質的汽車懸架系統(tǒng)的油氣彈簧，能夠控制伸張高度，實現剛度和阻尼的可調，且系統(tǒng)結構簡化。為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術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，工作缸內腔中從上至下依次同軸設有浮動活塞、主活塞、活塞連桿和限位彈簧；浮動活塞、主活塞均與工作缸的內壁緊密配合，浮動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腔內的上部是高壓氣體， 下部是液壓油，A腔上部通過進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腔內是高壓氣體，E腔內的上部是高壓氣體，下部是與浮動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，可進一步降低剛度，實現剛度的調節(jié)。3、通過在設置流通面積可調的液控閥，可實現彈簧的阻尼可調。另外由于液壓管路和調節(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是高壓空氣，油液在彈簧內同時起到潤滑、密封、降溫的作用，同時液壓油壓力較低所以密封性比較好。5、本發(fā)明在工作缸內增加了一個浮動活塞，提高了缸內的密封性，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，結構簡單；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)明的總體結構示意圖2是圖1中工作缸4結構的剖視放大圖； 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、進氣孔；15、螺孔。
具體實施例方式參見圖1的本發(fā)明結構的總體圖，本發(fā)明具有一個工作缸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，實現工作缸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，實現工作缸4和附加容積室2 二者之間的液壓油的流動。附加容積2和工作缸4之間的安裝位置可根據實際中安裝條件進行布置。參見圖2所示的工作缸4的內部結構，工作缸4是一個密封的筒狀，要承受外力激勵以及內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的頂部中間開有進氣孔 14，通過該進氣孔14連接外部的氣控閥3。工作缸4筒狀內腔中從上至下依次與工作缸4 同軸安裝有浮動活塞5、主活塞6、活塞連桿7、限位彈簧8。浮動活塞5接觸放置在主活塞6 上，且浮動活塞5、主活塞6均和工作缸4的內壁緊密配合，在浮動活塞5、主活塞6和工作缸4之間均以密封圈13密封。浮動活塞5的下端是圓錐狀，主活塞6的上端具有與浮動活塞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，浮動活塞5和主活塞6把工作缸4的內部分成三部分，分別為A 腔、B腔、C腔；A腔是浮動活塞5的上部分。A腔內的上部有高壓氣體，下部有液壓油，A腔上部的高壓氣體通過進氣孔14與外界的附加容積室2進行氣體交互，A腔下部的液壓油與浮動活塞5相接觸，作密封和潤滑用。B腔是浮動活塞5和主活塞6之間的容腔，內有液壓油。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腔內部充滿液壓油。在C腔的側壁上有開口，C腔的液壓油通過側壁上的開口連接外界液控閥 1，與附加容積室2進行油液交換。本發(fā)明在工作狀態(tài)時，在高壓氣體壓力作用下，浮動活塞 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腔內液壓油的壓力大小波動較大，因此可視B腔為A腔和C腔內液壓油的一個緩沖區(qū)。本發(fā)明的氣控閥3是一個流通面積調節(jié)閥，液控閥1由兩部分組成，第一部分跟氣控閥3相似，是流通面積調節(jié)閥，用來調節(jié)流通面積的，通過調節(jié)流通面積來調節(jié)流通阻尼的大小，進而實現彈簧的阻尼的可調，第二部分是一個單向閥，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時單向閥才打開，保證液壓油能夠順利的流回工作缸4內。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腔內存儲有高壓氣體，在D腔側壁上有開口，通過該開口和管路與氣控閥3相連，在 D腔頂部設置一個進氣閥a，可通過進氣閥a對高壓氣體進行補充。E腔內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腔內的液壓油作為存儲之用。E腔的側部設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，在工作缸4內，A腔中的高壓空氣給浮動活塞5、主活塞6和活塞連桿7 —個支撐力，支撐車體重量。當本發(fā)明裝置受到外界激勵時，懸架系統(tǒng)的下球形鉸鏈接盤10會把激勵傳給活塞連桿7并向上推動主活塞6，使浮動活塞5上移，A腔和D腔的高壓空氣被進一步壓縮(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)， 此時是懸架的所受外界激勵的機械能轉換成高壓氣體的內能，當達到壓縮上止點后，懸架在高壓氣體的作用下作氣體的內能轉化成機械能。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現彈簧的高度調節(jié)，即通過D腔上部的進氣閥a由車載高壓充放氣系統(tǒng)對彈簧進行充放氣，改變彈簧系統(tǒng)內的高壓氣體量進而改變彈簧的的高度，實現本發(fā)明的高度可調。對于本發(fā)明的剛度的可調可根據圖4中的彈簧力-位移曲線進行描述，其中橫坐標X代表位移，縱坐標Y代表彈簧力。該彈簧力-位移曲線是在假設彈簧處在理想狀態(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A腔中高壓氣容積的2倍。曲線的斜率就是此時的彈簧剛度，圖4中上面一條曲線是在氣控閥3全關的狀態(tài)下繪制的，圖 4中下面一條曲線是在氣控閥3全開下時繪制的，假設此時A腔和D腔間的氣體可實現無阻礙的交互，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，就可以獲得一個處于這兩種極限狀態(tài)曲線之間的一條曲線，實現剛度的可調，以此通過調節(jié)氣控閥3的流通面積就可以改變彈簧的剛度。對于阻尼的可調可通過調節(jié)液控閥1中的第一部分來實現。具體過程如下，當彈簧受壓時，懸架系統(tǒng)的下球形鉸鏈接盤10會把激勵傳給活塞連桿7并向上推動主活塞6向上運動，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液壓油管流到液控閥1內，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。 當彈簧拉伸時，C腔容積在主活塞6的運動下減小，液壓油就會被壓入液控閥1，此時液控閥 1中的單向閥處于關閉狀態(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， 就會產生較大的阻尼，以此可通過調節(jié)其流通面積來改變阻尼大小。
下面對一個工作周期內彈簧的工作狀態(tài)進行詳細的描述假設此時氣控閥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。受到外界激勵時，彈簧做壓縮運動， 與懸架系統(tǒng)的相連的下球形鉸鏈接盤10會把激勵傳給活塞連桿7并向上推動主活塞6，使浮動活塞5上移，A腔內的高壓氣體被壓縮，同時A腔內的一部分氣體會通過氣控閥3流入 D腔內，D腔內的氣壓也升高。此過程中高壓氣體氣壓升高，機械能轉化成內能。因主活塞 6向上運動，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液壓油和液控閥1流回工作缸4內。當彈簧達到上止點后停止壓縮而后就開始做伸張運動。當彈簧伸張時，A腔中的高壓氣體推動活塞向下運動，同時D腔內部分氣體流回A腔，高壓氣體壓力降低，轉化為活塞向下運動的機械能。高壓由于氣控閥的和 D腔的高壓空氣被進一步壓縮活塞連桿推動活塞上移，壓縮高壓氣體，機械能轉化成內能， 附加容積2的E腔中的液壓油回流到工作缸內；C腔容積在主活塞6的運動下減小，其內的液壓油就會被壓回E腔中，在其流經液控閥1時，就會產生阻尼，懸架系統(tǒng)運動的機械能就會轉化為液壓油的熱能散發(fā)到外界，從而達到消減懸架的振動。彈簧達到下止點停止伸張， 然后進入下一個工作周期。
權利要求
1.一種剛度和阻尼可調的車用油氣彈簧，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)內腔中從上至下依次同軸設有浮動活塞(5 )、主活塞(6 )、活塞連桿(7 )和限位彈簧(8 )；浮動活塞(5 )、主活塞(6 )均與工作缸(4) 的內壁緊密配合，浮動活塞(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腔內是高壓氣體，E腔內的上部是高壓氣體，下部是與浮動活塞(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.根據權利要求1所述的一種剛度和阻尼可調的車用油氣彈簧，其特征是浮動活塞 (5)的下端是圓錐狀，主活塞(6)的上端具有與浮動活塞(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.根據權利要求1所述的一種剛度和阻尼可調的車用油氣彈簧，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 )之間設有密封圈(9 )。
4.根據權利要求1所述的一種剛度和阻尼可調的車用油氣彈簧，其特征是浮動活塞 (5)、主活塞(6)和工作缸(4)之間均設有密封圈(13)。
5.根據權利要求1所述的一種剛度和阻尼可調的車用油氣彈簧，其特征是液控閥(1) 由一個流通面積調節(jié)閥和一個單向閥組成，所述單向閥比所述流通面積調節(jié)閥的流通面積大，在液壓油流向工作缸(4)時所述單向閥打開。
6.根據權利要求1所述的一種剛度和阻尼可調的車用油氣彈簧，其特征是氣控閥 (3)是一個流通面積調節(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的油氣彈簧，工作缸內腔中從上至下依次同軸設有浮動活塞、主活塞、活塞連桿和限位彈簧；浮動活塞、主活塞均與工作缸的內壁緊密配合，浮動活塞、主活塞與工作缸之間從上至下具有A腔、B腔和C腔，A腔內的上部是高壓氣體，下部是液壓油，A腔上部通過進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腔內是高壓氣體，E腔內的上部是高壓氣體，下部是與浮動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；可實現阻尼和剛度的調節(jié)，提高了油氣彈簧緩沖、減震和密封性能，增大了高度調節(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