一種慣容器與阻尼同軸並聯的一體式減振器裝置的製作方法

2023-05-27 02:19:56

專利名稱：一種慣容器與阻尼同軸並聯的一體式減振器裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種減振器裝置，特指慣容器與阻尼同軸並聯的一體式減振器裝置。
背景技術：
根據機械系統與相應的電路系統在簡諧激勵條件下的數學模型(即描述它們的動態特性的微分方程或傳遞函數)具有相同的形式這一特點，歷史上曾提出過兩類不同的機電模擬理論。第一類機電模擬是以力與電壓相似，速度與電流相似為基礎，建立起機械系統的質量、阻尼和彈簧元件分別與電路系統的電感、電阻和電容元件相對應的模擬關係，並由此引出「機械阻抗」的概念；第二類機電模擬和「機械導納」的概念是以力與電流相似，速度與電壓相似為基礎，建立起機械系統的質量、阻尼和彈簧元件分別與電路系統的電容、電阻和電感元件相對應的模擬關係。由於使用上的方便，現在主要採用的是第二類機電模擬理論。在實際應用過程中，人們發現機械系統中的質量元件，根據牛頓第二運動定律的定義，其加速度必須以慣性坐標係為基礎(這就說明質量元件屬於單端點元件)。這一特點使得質量元件有別於其他元件均具有兩個獨立、自由的端點(即兩個端點均不受特定參考系的限制)，造成了機械網絡與電路網絡的不完全對等。從而，機電模擬理論在運用上收到極大的限制。針對該現象，一種名為慣容器的機械裝置應運而生。如同機械系統中的彈簧和阻尼器一樣，這種裝置不需要以慣性坐標係為參考系，是一種真正的兩端點元件，它兩端的受力正比於相應兩端的加速度，其比例常數稱為「慣質係數」，單位為千克。由於慣容器具有實現方法多樣，並能以較小質量達到較大慣性質量，以及空間布置靈活等特點，現已研究用於車輛懸架、火車懸架和建築物防震系統中，結果顯示系統的性能得到顯著提高。在新的機電模擬理論中，通過採用該裝置代替傳統的質量元件，使得機械與電路系統中相模擬的元件嚴格對等，從而解決了機電模擬理論運用上的難題。該裝置可廣泛用於隔振技術領域，如車輛懸架、火車懸架、建築物防震和吸收動力機械振動等方向。慣容器的動力學方程為
F^b (V ν 一 |\)，其中"表示施加在兩端點上的力、力表示慣質係數(其單位為kg)、 小兩端點的加速度，慣質係數可由慣容器的具體結構和飛輪的轉動慣量而
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計算出。通過慣容器的動力學方程可以看出，慣容器在物理意義上，具有以較小實體質量而實現較大慣性質量(虛質量)的作用。將這一特點應用於車輛懸架設計，可以起到提高懸架簧載質量的同時而又不增加車身自重的效果，從而提高車輛平順性、舒適性和穩定性等一系列性能。
慣容器是被動機械裝置，其實現方式多樣。在車輛懸架應用方面，慣容器的布置需要克服許多工程實際問題，比如，底盤內可供慣容器布置的空間較小、慣容器和阻尼的工作行程有限、汽車輕量化需求等。為了克服慣容器在車輛懸架應用中的限制，考慮到實際應用中也很難通過機電模擬理論，將複雜機械網絡(由任意多個彈簧、阻尼和慣容器元件所組成的機械網絡)布置在車輛懸架中，而應該採用較為簡單的結構。同時，在車輛工程應用中懸架彈簧的布置具有較大的靈活性，故減振器設計中可暫不考慮設置彈簧。 在機械元件中，滾珠絲槓裝置可以將絲杆的繞軸向旋轉運動轉換成滾珠絲槓螺母的沿軸向的直線運動，也可將絲杆的軸向直線運動轉換成滾珠絲槓螺母的旋轉運動，即絲杆和滾珠絲槓螺母均可作為主動件或從動件。這一結構特點對於實現慣容器功能起到關鍵作用。

發明內容
本發明設計出一種慣容器與阻尼同軸並聯的一體式減振器裝置，將慣容器運用於懸架設計，以提高車輛的綜合性能；通過慣容器與阻尼的同軸並聯方式，以克服車輛底盤內機械元件布置空間較小和工作行程有限的缺點；通過將慣容器與阻尼一體式設計，使得該裝置元件化，便於在車輛工程中的製造和應用。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是通過機電模擬理論，採用慣容器與阻尼直接並聯，該結構布置簡單可行，也最可能在車輛懸架中實現。同時，運用滾珠絲槓裝置的結構特點，在滾珠絲槓螺母上同軸固定飛輪，將滾珠絲槓螺母限位旋轉以實現慣容器功能。其具體結構包括慣容器工作腔與阻尼工作腔以活塞杆為軸上下連接布置成為一體式減振器結構；慣容器工作腔的設計是本發明的主要特徵所在，其中，活塞杆位於慣容器工作腔內的部分是絲杆結構，限位環A和限位環B同軸上下固定於慣容器工作腔的兩埠， 滾珠絲槓螺母被限位於兩限位環A和限位環B之間，其接觸面設置滾珠環槽，飛輪同軸固定在滾珠絲槓螺母上；阻尼工作腔為傳統設計形式，活塞與活塞杆相連，活塞上設置節流閥A 和節流閥B。本發明的有益效果是，將慣容器這一機械裝置運用於車輛懸架設計，在不提高車身自重的同時實現增加簧載質量的效果，進而可以提高車輛的行駛平順性和操縱穩定性； 結合機電模擬理論，採用在車輛工程應用中較為可行也易於實現的慣容器與阻尼直接並聯結構，避免複雜的機械網絡綜合過程；通過將慣容器與阻尼同軸並聯的一體式結構設計，能夠克服車輛底盤內布置空間的局限性，併兼顧兩機械元件在工作行程上的要求，同時其一體式的設計，也便於在車輛工程領域的製造與應用。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是一種慣容器與阻尼並聯的一體式減振器裝置的示意圖。圖中，1.限位環A，2.飛輪，3.限位環B，4.阻尼工作腔，5.節流閥A，6.活塞，7.絲杆結構，8.滾珠絲槓螺母，9.滾珠環槽，10.慣容器工作腔，11.活塞杆，12.節流閥B。
具體實施例方式在圖1中，所示為一體式減振器結構，它的具體結構包括上下相連一體化布置的，以活塞杆11為對稱軸的慣容器工作腔10和阻尼工作腔4，這樣的設計形式，便於在車輛懸架中作為配件直接應用。在慣容器工作腔10內的活塞杆11的絲杆7為結構，限位環Al和限位環B3以活塞杆11為軸，同軸上下固定與慣容器工作腔10的兩個埠處，滾珠絲槓螺母8被限位環Al 和限位環B3限位在絲杆7上，飛輪2同軸固定於滾珠絲槓螺母8上，滾珠絲槓螺母8與兩限位環的接觸面設置滾珠環槽9，限位環Al和限位環B3通過滾珠環槽9的連接對滾珠絲槓螺母8之間採取緊密配合，使滾珠絲槓螺母8僅能繞絲杆7作旋轉運動。隨著活塞杆11的軸向直線運動，帶動固定為一體的滾珠絲槓螺母8和飛輪2旋轉，此時可將活塞杆11和一體式減振器外殼視為兩個端點，這樣的結構設計便起到慣容器的功能。所採用的阻尼工作腔的設計為活塞6與活塞杆11相連，活塞6上設置節流閥A5 和節流閥B12，是一個單筒式結構，還可以採用目前較為成熟的其它阻尼結構形式。本發明在對於慣容器工作腔10中，採用滾珠絲槓結構，通過限制滾珠絲槓螺母8 的軸向平動，並將飛輪2固定在滾珠絲槓螺母8上，從而實現慣容器功能。為方便機電模擬理論在車輛懸架中的應用，本發明採用結構形式較為簡單的慣容器與阻尼直接並聯形式， 並通過將慣容器工作腔10和阻尼工作腔4共用一根活塞杆11的設計方法來實現慣容器與阻尼的並聯效果。下面結合該裝置的工作過程來進一步說明，首先將一體式的慣容器工作腔10和阻尼工作腔4視為該裝置的一個端點，將活塞杆11視為另一個端點；在工作過程中，兩端點發生壓縮(或拉伸)運動，通過滾珠絲槓結構，使得限位於慣容器工作腔10內的滾珠絲槓螺母8產生繞絲槓7的旋轉運動，並帶動飛輪2的旋轉，在該過程中實現慣容器的功能；同時活塞杆11推動(或拉伸)活塞6運動，在該過程中實現慣容器與阻尼的同步並聯工作效果。綜上所述，本發明將慣容器結構運用到車輛懸架的設計當中，能夠有效的改進傳統被動懸架的工作性能，在實現慣容器與阻尼並聯的同時，通過一體式設計便於在車輛底盤中的布置和應用，也有利於車輛工程領域的設計和製造。通過機電模擬理論對機械網絡結構作進一步參數的改進，使得該裝置能夠接近或達到半主動懸架和主動懸架的工作性能，進而省去半主動和主動懸架電控裝置設計的過程。總體上，該裝置具有結構簡單合理， 布置方便，提高可靠性和節約能源的特點。
權利要求
1. 一種慣容器與阻尼同軸並聯的一體式減振器裝置，其特徵是包括慣容器工作腔 (10)和阻尼工作腔(4)，所述慣容器工作腔(10)和阻尼工作腔(4)為上下同軸一體式結構， 兩者共用一根活塞杆(11)，並以活塞杆(11)為對稱軸；所述活塞(6)與活塞杆(11)相連，活塞杆(11)位於慣容器工作腔(10)內的部分是絲杆(7)結構，限位環A (1)和限位環B (3) 同軸上下固定於慣容器工作腔(10)的兩埠，滾珠絲槓螺母(8)被限位於兩限位環A (1) 和限位環B (3)之間，滾珠絲槓螺母(8)與兩限位環A (1)、限位環B (3)之間的接觸面設置滾珠環槽(9)，滾珠絲槓螺母(8)與活塞杆(11)的絲杆(7)部分之間為螺紋配合；飛輪(2) 同軸固定在滾珠絲槓螺母(8)上。
全文摘要
一種慣容器與阻尼同軸並聯的一體式減振器裝置。它是在傳統阻尼減振器的阻尼工作腔之上，同軸一體式的設置慣容器工作腔，並對活塞杆位於慣容器工作腔的部分設計為絲杆結構。運用滾珠絲槓結構原理，在慣容器工作腔內的絲杆上布置滾珠絲槓螺母，將飛輪同軸安置固定於滾珠絲槓螺母上，通過固定於慣容器工作腔內兩埠的限位環，將螺母限位於絲杆中段，並且螺母僅能繞絲杆作旋轉運動，限位環與螺母之間的接觸面設置滾珠環槽，形成緊密配合。此結構在實現慣容器功能的同時，結合機電模擬理論，達到慣容器與阻尼並聯的效果，通過一體化設計，該裝置方便汽車工程領域應用，結構合理。
文檔編號F16F15/173GK102494080SQ20111036004
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者張孝良, 楊曉峰, 汪若塵, 陳龍 申請人:江蘇大學