专利名称：一种惯容器与阻尼同轴并联的一体式减振器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减振器装置，特指惯容器与阻尼同轴并联的一体式减振器装置。
背景技术：
根据机械系统与相应的电路系统在简谐激励条件下的数学模型(即描述它们的动态特性的微分方程或传递函数)具有相同的形式这一特点，历史上曾提出过两类不同的机电模拟理论。第一类机电模拟是以力与电压相似，速度与电流相似为基础，建立起机械系统的质量、阻尼和弹簧元件分别与电路系统的电感、电阻和电容元件相对应的模拟关系，并由此引出“机械阻抗”的概念；第二类机电模拟和“机械导纳”的概念是以力与电流相似，速度与电压相似为基础，建立起机械系统的质量、阻尼和弹簧元件分别与电路系统的电容、电阻和电感元件相对应的模拟关系。由于使用上的方便，现在主要采用的是第二类机电模拟理论。在实际应用过程中，人们发现机械系统中的质量元件，根据牛顿第二运动定律的定义，其加速度必须以惯性坐标系为基础(这就说明质量元件属于单端点元件)。这一特点使得质量元件有别于其他元件均具有两个独立、自由的端点(即两个端点均不受特定参考系的限制)，造成了机械网络与电路网络的不完全对等。从而，机电模拟理论在运用上收到极大的限制。针对该现象，一种名为惯容器的机械装置应运而生。如同机械系统中的弹簧和阻尼器一样，这种装置不需要以惯性坐标系为参考系，是一种真正的两端点元件，它两端的受力正比于相应两端的加速度，其比例常数称为“惯质系数”，单位为千克。由于惯容器具有实现方法多样，并能以较小质量达到较大惯性质量，以及空间布置灵活等特点，现已研究用于车辆悬架、火车悬架和建筑物防震系统中，结果显示系统的性能得到显著提高。在新的机电模拟理论中，通过采用该装置代替传统的质量元件，使得机械与电路系统中相模拟的元件严格对等，从而解决了机电模拟理论运用上的难题。该装置可广泛用于隔振技术领域，如车辆悬架、火车悬架、建筑物防震和吸收动力机械振动等方向。惯容器的动力学方程为
F^b (V ν 一 |\)，其中"表示施加在两端点上的力、力表示惯质系数(其单位为kg)、 小两端点的加速度，惯质系数可由惯容器的具体结构和飞轮的转动惯量而
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计算出。通过惯容器的动力学方程可以看出，惯容器在物理意义上，具有以较小实体质量而实现较大惯性质量(虚质量)的作用。将这一特点应用于车辆悬架设计，可以起到提高悬架簧载质量的同时而又不增加车身自重的效果，从而提高车辆平顺性、舒适性和稳定性等一系列性能。
惯容器是被动机械装置，其实现方式多样。在车辆悬架应用方面，惯容器的布置需要克服许多工程实际问题，比如，底盘内可供惯容器布置的空间较小、惯容器和阻尼的工作行程有限、汽车轻量化需求等。为了克服惯容器在车辆悬架应用中的限制，考虑到实际应用中也很难通过机电模拟理论，将复杂机械网络(由任意多个弹簧、阻尼和惯容器元件所组成的机械网络)布置在车辆悬架中，而应该采用较为简单的结构。同时，在车辆工程应用中悬架弹簧的布置具有较大的灵活性，故减振器设计中可暂不考虑设置弹簧。 在机械元件中，滚珠丝杠装置可以将丝杆的绕轴向旋转运动转换成滚珠丝杠螺母的沿轴向的直线运动，也可将丝杆的轴向直线运动转换成滚珠丝杠螺母的旋转运动，即丝杆和滚珠丝杠螺母均可作为主动件或从动件。这一结构特点对于实现惯容器功能起到关键作用。
发明内容
本发明设计出一种惯容器与阻尼同轴并联的一体式减振器装置，将惯容器运用于悬架设计，以提高车辆的综合性能；通过惯容器与阻尼的同轴并联方式，以克服车辆底盘内机械元件布置空间较小和工作行程有限的缺点；通过将惯容器与阻尼一体式设计，使得该装置元件化，便于在车辆工程中的制造和应用。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是通过机电模拟理论，采用惯容器与阻尼直接并联，该结构布置简单可行，也最可能在车辆悬架中实现。同时，运用滚珠丝杠装置的结构特点，在滚珠丝杠螺母上同轴固定飞轮，将滚珠丝杠螺母限位旋转以实现惯容器功能。其具体结构包括惯容器工作腔与阻尼工作腔以活塞杆为轴上下连接布置成为一体式减振器结构；惯容器工作腔的设计是本发明的主要特征所在，其中，活塞杆位于惯容器工作腔内的部分是丝杆结构，限位环A和限位环B同轴上下固定于惯容器工作腔的两端口， 滚珠丝杠螺母被限位于两限位环A和限位环B之间，其接触面设置滚珠环槽，飞轮同轴固定在滚珠丝杠螺母上；阻尼工作腔为传统设计形式，活塞与活塞杆相连，活塞上设置节流阀A 和节流阀B。本发明的有益效果是，将惯容器这一机械装置运用于车辆悬架设计，在不提高车身自重的同时实现增加簧载质量的效果，进而可以提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性； 结合机电模拟理论，采用在车辆工程应用中较为可行也易于实现的惯容器与阻尼直接并联结构，避免复杂的机械网络综合过程；通过将惯容器与阻尼同轴并联的一体式结构设计，能够克服车辆底盘内布置空间的局限性，并兼顾两机械元件在工作行程上的要求，同时其一体式的设计，也便于在车辆工程领域的制造与应用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是一种惯容器与阻尼并联的一体式减振器装置的示意图。图中，1.限位环A，2.飞轮，3.限位环B，4.阻尼工作腔，5.节流阀A，6.活塞，7.丝杆结构，8.滚珠丝杠螺母，9.滚珠环槽，10.惯容器工作腔，11.活塞杆，12.节流阀B。
具体实施例方式在图1中，所示为一体式减振器结构，它的具体结构包括上下相连一体化布置的，以活塞杆11为对称轴的惯容器工作腔10和阻尼工作腔4，这样的设计形式，便于在车辆悬架中作为配件直接应用。在惯容器工作腔10内的活塞杆11的丝杆7为结构，限位环Al和限位环B3以活塞杆11为轴，同轴上下固定与惯容器工作腔10的两个端口处，滚珠丝杠螺母8被限位环Al 和限位环B3限位在丝杆7上，飞轮2同轴固定于滚珠丝杠螺母8上，滚珠丝杠螺母8与两限位环的接触面设置滚珠环槽9，限位环Al和限位环B3通过滚珠环槽9的连接对滚珠丝杠螺母8之间采取紧密配合，使滚珠丝杠螺母8仅能绕丝杆7作旋转运动。随着活塞杆11的轴向直线运动，带动固定为一体的滚珠丝杠螺母8和飞轮2旋转，此时可将活塞杆11和一体式减振器外壳视为两个端点，这样的结构设计便起到惯容器的功能。所采用的阻尼工作腔的设计为活塞6与活塞杆11相连，活塞6上设置节流阀A5 和节流阀B12，是一个单筒式结构，还可以采用目前较为成熟的其它阻尼结构形式。本发明在对于惯容器工作腔10中，采用滚珠丝杠结构，通过限制滚珠丝杠螺母8 的轴向平动，并将飞轮2固定在滚珠丝杠螺母8上，从而实现惯容器功能。为方便机电模拟理论在车辆悬架中的应用，本发明采用结构形式较为简单的惯容器与阻尼直接并联形式， 并通过将惯容器工作腔10和阻尼工作腔4共用一根活塞杆11的设计方法来实现惯容器与阻尼的并联效果。下面结合该装置的工作过程来进一步说明，首先将一体式的惯容器工作腔10和阻尼工作腔4视为该装置的一个端点，将活塞杆11视为另一个端点；在工作过程中，两端点发生压缩(或拉伸)运动，通过滚珠丝杠结构，使得限位于惯容器工作腔10内的滚珠丝杠螺母8产生绕丝杠7的旋转运动，并带动飞轮2的旋转，在该过程中实现惯容器的功能；同时活塞杆11推动(或拉伸)活塞6运动，在该过程中实现惯容器与阻尼的同步并联工作效果。综上所述，本发明将惯容器结构运用到车辆悬架的设计当中，能够有效的改进传统被动悬架的工作性能，在实现惯容器与阻尼并联的同时，通过一体式设计便于在车辆底盘中的布置和应用，也有利于车辆工程领域的设计和制造。通过机电模拟理论对机械网络结构作进一步参数的改进，使得该装置能够接近或达到半主动悬架和主动悬架的工作性能，进而省去半主动和主动悬架电控装置设计的过程。总体上，该装置具有结构简单合理， 布置方便，提高可靠性和节约能源的特点。
权利要求
1. 一种惯容器与阻尼同轴并联的一体式减振器装置，其特征是包括惯容器工作腔 (10)和阻尼工作腔(4)，所述惯容器工作腔(10)和阻尼工作腔(4)为上下同轴一体式结构， 两者共用一根活塞杆(11)，并以活塞杆(11)为对称轴；所述活塞(6)与活塞杆(11)相连，活塞杆(11)位于惯容器工作腔(10)内的部分是丝杆(7)结构，限位环A (1)和限位环B (3) 同轴上下固定于惯容器工作腔(10)的两端口，滚珠丝杠螺母(8)被限位于两限位环A (1) 和限位环B (3)之间，滚珠丝杠螺母(8)与两限位环A (1)、限位环B (3)之间的接触面设置滚珠环槽(9)，滚珠丝杠螺母(8)与活塞杆(11)的丝杆(7)部分之间为螺纹配合；飞轮(2) 同轴固定在滚珠丝杠螺母(8)上。
全文摘要
一种惯容器与阻尼同轴并联的一体式减振器装置。它是在传统阻尼减振器的阻尼工作腔之上，同轴一体式的设置惯容器工作腔，并对活塞杆位于惯容器工作腔的部分设计为丝杆结构。运用滚珠丝杠结构原理，在惯容器工作腔内的丝杆上布置滚珠丝杠螺母，将飞轮同轴安置固定于滚珠丝杠螺母上，通过固定于惯容器工作腔内两端口的限位环，将螺母限位于丝杆中段，并且螺母仅能绕丝杆作旋转运动，限位环与螺母之间的接触面设置滚珠环槽，形成紧密配合。此结构在实现惯容器功能的同时，结合机电模拟理论，达到惯容器与阻尼并联的效果，通过一体化设计，该装置方便汽车工程领域应用，结构合理。
文档编号F16F15/173GK102494080SQ20111036004
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者张孝良, 杨晓峰, 汪若尘, 陈龙 申请人:江苏大学