无弹簧的组合式减震器和悬架设备和使用方法

无弹簧的组合式减震器和悬架设备和使用方法
【专利摘要】无弹簧的组合式减震器和悬架设备包括三个管：外管；活塞管（内管）和固定（阻尼）管，其中浮动活塞设置在内活塞管中，其中浮动活塞在其中形成两个室，即下部液体室和上部气体室。流体通过穿过外管中的双向阀来减震，并且可由定位在孔或阀通路上的垫板从内部控制，或在单独实施方式中，通过借助旋转调节板以打开和关闭阀通路来从外部调节流量。在压缩时气体室所减少的量足够大以产生形成弹簧状力所需的高压力。该设计允许气压室有效地作为弹簧来操作。
【专利说明】无弹簧的组合式减震器和悬架设备和使用方法
[0001]已知的是，居住在 GA 30345, NE Atlanta, Glenbriar Drive2722 的澳大利亚公民 MARK M.ALLEN 和居住在 GA 30115, Canton, Randall Creek Drive 250 的美国公民NICHOLAS C.GIANN0P0UL0S发明了无弹簧的组合式减震器和悬架设备及使用方法中的一些新的有用的改进，这在说明书中在下文被描述。
_2] 优先权声明
在法律所允许的最大程度上，本申请要求于2011年2月16日提交的名为〃SPRINGLESSCOMBINATION SHOCK ABSORBER AND SUSPENSION APPARATUS, AND METHOD OF USE〃、序列号为13/028348的美国非临时专利申请的优先权以及作为国际合作条约申请的全部益处。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及用于车辆的减震器，且更具体地涉及一种不需要弹簧来支承车辆的可调节减震器。
【背景技术】
[0004]减震器或阻尼器是设计成消除或阻尼冲击脉冲并且耗散动能的机械装置。大多数减震器(阻尼器)利用外部弹簧(盘簧)。
[0005]用于车辆的减震的各种装置已经尝试利用在气缸内上下移动的活塞杆，以在其中提供振荡阻尼(“双管”构造)，以提供对否则会被传送到车辆的冲击的消除。其他减震器利用浮动活塞，该浮动活塞在其移入和移出气缸时适应活塞杆的体积(“单管”构造)。这些装置典型地依赖于弹簧，最典型地围绕减震器的主体或在悬架的另一位置处设置的盘簧，以承载车辆的负载。在一种现有装置中，需要弹簧以内部地控制阀配件操作，其中减震器的主体内的流体沿与浮动活塞往回通过双向阀的运动相反的方向流动，因为气体室中的气体响应于外部状况而解压缩或压缩，并且流体室中的压力减少或增加以恢复该系统内的平衡。然而，该负载仅部分地由在其中的压缩气体承受，且因此在没有弹簧相协调地作业的情况下，该装置有效地是非负载支承的。
[0006]还期望的是，减震器能够被调节以提供期望“行走”特征。这对于制造可能适于各种车辆的减震器来说也是重要的。一种装置通过借助可调节锁止阀和两级流量限制来教导减震器而解决该问题。通过在活塞的回弹冲程和压缩期间使得流体从流体室流入另一室中，该悬架/减震组合装置部分地起作用。流体流通过阀被控制，所述阀可从外部被操纵以根据需要打开和关闭。通过调节阀的打开和关闭位置(或在打开和关闭之间的中间位置)，流体流可能增加或减少，且因此影响减震特征。该装置是仅对于诸如自行车的轻质车辆来说的阻尼器。此外，该装置并不支承车辆的重量。
[0007]又一装置教导用于车辆悬架的气动连接件，但是仅包括阻尼器。该装置包括在壳体内的活塞，其中还设置有分离的第一室和第二室。活塞包括至少一个孔，所述孔调节在这两个室之间的阻尼流体的流动，附接有附属致动器。在激励致动器之后，活塞孔将被堵塞，由此立即减少流体流。致动器的去激励将再次允许流体自由流动。此外，熔料限制流体流以有助于阻尼震动冲击。
[0008]另一装置教导用于车辆的伸缩式悬架装置，其具有由导管互连的两个流体室，在所述导管中插入有阀单元。该装置具有管内阀构造。流体流直接位于外管和活塞(或内)管之间。不存在固定管。此外，阀体定位在活塞管上且因此随活塞管移动。然而，该装置缺乏调节控制，但是该装置确实提供无弹簧的操作。
[0009]在另一设计中，阻尼管被螺接至外管的底部，并且阀从外部螺接到阻尼管上。该装置需要阻尼管在其中具有孔，并且还需要弹簧来支承车辆。作为选择，该装置包括端口，该端口可被钻在阻尼管的外侧上，以用气体填充该阻尼管，因此在伸展中气体形成负偏压作用。然而，在压缩中不产生偏压作用。
[0010]市场中的大多数阻尼器(不管是双管构造还是单管构造)都具有气体室区域，并且在单管构造的情况下具有浮动活塞。然而，气体室的目的不在于提供弹簧作用，而是提供用于容纳在活寒杆向下移动(压缩)时由该活塞杆排出的额外油的地方。换言之，在气体室中产生的力并不足以承受车辆的重量；因此需要用于这种阻尼器的外部弹簧。定位在活塞杆的端部处的流量阀调节流量，且因此阻尼。
[0011]因此容易显而易见的是，存在对这样的减震器的需求，该减震器可提供必要操作范围的阻尼运动，而不需要被结合使用以支承车辆负载的弹簧，并且该减震器在压缩和伸展时还提供偏压作用。

【发明内容】

[0012]在优选实施方式中简述的是，本发明借助提供一种无弹簧的组合式减震器和悬架设备和使用方法而克服了前述缺陷并且满足对于这种装置的所认识的需求，所述无弹簧的组合式减震器和悬架设备和使用方法消除了对盘簧的需求，其中浮动活塞装置被用于调节气体压力，且因此提供必要的负载承受能力，其中，活塞装置固定在两个主要室之间，下部室填充有流体而上部室填充有空气。流体能够通过双向阀和流体通路而传入和传出作业空间，所述双向阀和流体通路允许流体流动以补偿在流体作业空间的部段内的体积变化。借助选择合适垫板，通过双向阀的流体流可从内部被控制，所述垫板被定位在用于油流动的孔或阀通路上方。
[0013]无弹簧的组合式减震器和悬架设备由三个管构成:外管；活塞管(内管)和固定(阻尼)管，所述活塞管在一端具有活塞头部或环。本领域技术人员将认识到的是，活塞头部可机加工到活塞管中，或另选地螺接到(或以其他方式紧固到)活塞管上，而不偏离本发明的精神。浮动活塞上方的区域(定位在活塞管内部)填充有气体。浮动活塞下方的区域填充有油，所述区域包括固定管以及活塞管头部(其将外管划分为两个室)上方和下方的外管。当活塞管压缩时，来自外管的油流经:a)阀(对于优选实施方式来说，定位在固定管内部)；或b)位于固定管外部(对于第一另选实施方式来说)以及在固定管上方。排出的油体积的一部分加上固定管的体积(用作实心杆)将浮动活塞向上推动，这继而增加浮动活塞上方的室中的气体压力，因此提供吸收给定力(冲击)所必要的阻力。气体室所减少的量足够大(由于冲击的大小)以产生形成弹簧状力所需的高压力。该设计允许气压室有效地作为弹簧来操作。流量阀通过调节从其流过的流量来提供阻尼。
[0014]第一另选实施方式包括借助管通过单向阀的中心的附加通路，该附加通路通过旋转地调节足球状板以打开和关闭阀通路来提供流量的外部调节。本发明的另一另选实施方式通过添加一个外部管或两个外部管来提供附加可选的阀配件。在双管系统中，每个管将具有单向阀，g卩，一个管将控制沿一个方向的流体流，并且另一管控制沿相反方向的流体流。在单管系统中，外部管内的双向阀控制沿两个方向的流体流。附加另选实施方式包括具有浮动活塞的侧室以及空气和流体部段，所述空气和流体部段与减震器内的底部油室流体连通。因此，该单元同时用作有效弹簧和阻尼器。不需要外部弹簧(盘簧)。此外，这两个实施方式都可选地具有与包含气体的顶部室连通的附加气体室。
[0015]根据其主要方面并且宽泛地陈述，本发明在其优选形式中是无弹簧的组合式减震器和悬架设备，其具有在其中带有第一流体室和第二流体室的内管部。
[0016]第一流体室包含气体，第二流体室包含油。浮动活塞设置在内管部内位于第一流体室和第二流体室之间。无弹簧的组合式减震器还包括固定管部，所述固定管部在其中具有第三流体室，其中所述第三流体室借助所述阀体与所述第四流体室流体连通。所述内管部可滑动地设置在具有第四流体室的所述外管部内，所述固定管部具有牢固地紧固到其上的阀体，其中，所述阀体包括双向阀。
[0017]在优选的实施方式中，阀体提供在第三流体室和第四流体室之间的流体连通。通过阀体中的每个阀的流率在组装之前借助安装选定厚度的垫板被选择，所述厚度将使得当流体离开阀体时通过流体该阀体的传送被偏转，但是将防止流体沿相反的方向流动，所述沿相反方向的流动是由将允许沿相反方向传送的单独的相似的阀来控制的。
[0018]无弹簧的组合式减震器还包括上侧流体室和下侧流体室。在优选的实施方式中，上侧流体室与第二流体室直接流体连通，下侧流体室与第四流体室直接流体连通。在第一另选实施方式中，上侧流体室保持与第二流体室直接流体连通，而下侧流体室借助阀体与第四流体室流体连通。
[0019]在另选实施方式中，无弹簧的组合式减震器和悬架设备借助双向阀的旋转控制而可外部地调节，所述双向阀选择性地控制通过该阀体的沿相反方向的流动。
[0020]在另一另选实施方式中，无弹簧的组合式减震器和悬架设备包括位于所述上侧流体室和下侧流体室之间的旁通管或多个旁通管。
[0021]在又一另选实施方式中，无弹簧的组合式减震器和悬架设备包括与包含油的第四流体室流体连通的外部流体室，其中，所述外部流体室具有由浮动活塞与气态流体部分离的液态流体部，或另选地，外部含气室可与包含气体的第一流体室连通，并且在其中具有可控活塞以调节减震器内的气体压力。
[0022]在又一另选实施方式中，无弹簧的组合式减震器和悬架设备包括在浮动活塞内的伸展的含气室。
[0023]更具体地，本发明是无弹簧的组合式减震器和悬架设备及其使用方法，其中，所述减震器包括内管、外管、浮动活塞、固定管和设置于该外管和固定管之间的阀体。所述内管包括侧壁、第一端和头部。内管螺纹紧固到顶部索眼件(eyelet)，所述顶部索眼件在其中具有气嘴。头部可滑动地密封到外管，并且可滑动地密封到固定管。头部分离上侧流体室和下侧流体室，所述上侧流体室形成于内管和外管之间，所述下侧流体室由头部、固定管、阀体和外管包围。
[0024]所述阀包括通路、第一孔和第二孔，其中垫板借助弹簧垫圈设置在阀上并紧固到该阀，以当弹簧垫圈和垫板借助紧固件被紧固到所述阀时提供所述垫板抵御阀的压力。所述垫板中具有开口以允许流体借助开口通过阀的流动，由此允许受调整地调节通过阀的流。固定管螺纹紧固到阀体，由此将固定管固定到阀体。
[0025]当组装减震器时，第一流体室形成于浮动活塞、内管和顶部索眼件之间，其中第一流体室随后填充有氮气。第二流体室形成于浮动活塞和内管之间，其中第二流体室填充有油。第二流体室延伸到侧部延伸室中并进入到固定管中，从而在固定管中形成第三流体室。一旦被组装，气体就被引入第一室中，达到足以实现选定车辆装载高度的压力。
[0026]当减震器受到冲击力压缩，浮动活塞朝向顶部索眼件移动，由此压缩第一流体室中的氮气并且通过控制通过阀的油流来减震。当减震器在移除冲击力之后被释放时，或当车辆向上行驶时，内管和外管分开并且氮气膨胀以填充其室。
[0027]因此，本发明的特征和优势在于能够消除或阻尼震动脉冲以及耗散动能。
[0028]本发明的另一特征和优势在于其在构造中是模块化的，从而允许不同长度/尺寸容易地适于顶部和底部部分，以由此取决于应用需求而加长或缩短减震器。
[0029]本发明的又一特征和优势在于能够借助外部控制来进行调节。
[0030]本发明的又一特征和优势在于其不需要分立弹簧来支承车辆。
[0031]本发明的又一特征和优势在于能够提供更大的外部流体箱，该外部流体箱中具有浮动活塞，以用于需要更大体积的气体和/或油的选定应用。
[0032]当结合附图阅读下述说明和权利要求书时，本发明的这些以及其他特征和优势对于本领域技术人员来说从下述说明和权利要求书将变得更明显。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]通过结合附图阅读优选和选定另选的实施方式的详细说明，本发明将被更佳地理解，在附图中，在整个附图中，相同的附图标记指代相似的结构并且指代相同的元件，且其中:
图1A是根据优选实施方式的减震器的正视图；
图1B是图1A的减震器的截面图；
图2A是根据另选实施方式的减震器的正视图；
图2B是图2A的减震器的截面图；
图3是图1A/1B的减震器的分解图；
图4是图2A/2B的减震器的分解图；
图5A是不出为受震动冲击压缩的图1A/1B的减震器的截面图；
图5B是示出为在从震动冲击恢复之后伸展的图1A/1B的减震器的截面图；
图5C是示出根据另选实施方式的伸展浮动活塞的截面图；
图6A是不出为受震动冲击压缩的图2A/2B的减震器的截面图；
图6B是示出为在从震动冲击恢复之后伸展的图2A/2B的减震器的截面图；
图7A是根据图1A/1B的优选实施方式的内部调节的阀体的俯视透视图；
图7B是根据图1A/1B的优选实施方式的内部调节的阀体的仰视透视图；
图8是根据图2A/2B的另选实施方式的外部调节的阀体的仰视透视图；
图9A是根据另选实施方式的与上部气室流体连通的外部流体贮存器的侧视截面图； 图9B是根据另选实施方式的与下部油室流体连通的外部流体贮存器的侧视截面图；图10是根据另选实施方式的两个另选外部平衡系统的侧视截面图；以及图11是图1A/1B的优选实施方式和图2A/2B的另选实施方式的另选实施方式组合的侧视截面图。
【具体实施方式】
[0034]在法律所允许的最大程度上，本申请要求于2011年2月16日提交的名为"SPRINGLESS COMBINATION SHOCK ABSORBER AND SUSPENSION APPARATUS, AND METHOD OFUSE"、序列号为13/028348的美国非临时专利申请的优先权以及作为国际合作条约申请的全部益处。
[0035]在描述本发明的优选和选择的替代实施方式时，如图1A-11所示，为了清楚起见采用具体术语。然而，本发明并不旨在局限于如此选择的具体术语，并且要理解的是，每个具体元件包括以类似的方式操作以完成类似功能的全部技术等同物。
[0036]现参考图认、川、3、54、58、74和78，优选实施方式包括减震器10，其中减震器10包括内管12、顶部索眼件20、外管14、底部索眼件24、浮动活塞30、阀体74和固定管46。顶部索眼件20包括顶部安装件18和顶部螺栓通孔16，其中顶部螺栓通孔16被设置在该顶部安装件18中，并且其中所述顶部螺栓通孔16适于接收用于将减震器10紧固到车辆的底盘(未示出)上的安装螺栓(未示出)，如本领域公知的。顶部索眼件20还包括顶部索眼件螺纹84和充气嘴接收器94。
[0037]内管12包括侧壁40、第一端39和头部41。第一端39包括内管螺纹85，其中该内管螺纹85协作地接合顶部索眼件螺纹84，且其中，顶部密封件22被设置在该顶部索眼件20和内管12之间，由此将顶部索眼件20气密地密封到内管12。头部41包括密封件62、64、66、68,其中，密封件62、66设置成从头部41向外而与外管14接触,从而抵靠外管14可滑动地密封，且其中密封件64、68设置成从头部41向内，并且设置成与固定管46接触，从而抵靠固定管46可滑动地密封。浮动活塞30设置在内管12内，其中该浮动活塞30将第一流体室90 (气体)与第二流体室36 (油)分开。头部41将上侧流体室60和下侧流体室72分离，所述上侧流体室形成于侧壁40和外管14之间，并且所述下侧流体室由头部41、固定管46、阀体74和外管14包围。内管12包括活塞管孔43，所述活塞管孔提供在第二流体室36与上侧流体室60之间的流体连通。
[0038]当减震器10被压缩时，流体经由活塞管孔43从第二流体室36传送到上侧流体室60中。同时地，流体从下侧流体室72传送到第四流体室88中。流体可因此从第四流体室88传送通过阀体74而进入到固定管46内的第三流体室44中并接着进入第二流体室36中。
[0039]固定管46的直径被选择成经由第三流体室44在第二流体室36和第四流体室88之间提供期望流量以及当该固定管46进入第二流体室36中/从第二流体室36退回时提供期望压力增加/减少，其中当固定管46进入第二流体室36时，浮动活塞30在内管12内升高，由此增加第一流体室90中的压力，并且反之亦然。
[0040]当减震器10伸展时，流体从上侧流体室60经由活塞管孔43传送到第二流体室36中，流入到第三流体室44中，并且随后传送通过阀体74而到达第四流体室88中，并且最后经由通路79进入到下侧流体室72中。
[0041]底部索眼件24包括底部索眼件螺纹87、泄放嘴95和底部安装件26，其中底部安装件26从其贯穿设置有底部螺栓通孔28，且其中底部螺栓通孔28适于接收用于将减震器10紧固到车辆的悬架(未示出)上的安装螺栓(未示出)，如本领域公知的。
[0042]外管14包括侧壁45、第一端15和第二端17，其中第一端15包括密封件52、54、56和58，其中第二端17包括外管螺纹86，且其中外管螺纹86协作地接合底部索眼件螺纹87，且其中底部密封件82设置在底部索眼件24和外管14之间，由此将底部索眼件24气密地密封到外管14。
[0043]现更具体地转到图1B、3、5A、5B、7A和7B，阀体74包括通路79和阀中心螺纹83，其中，阀中心螺纹83协作地接合固定管螺纹89。板80设置在阀体74上并且借助紧固件76被紧固到阀体74。阀体74包括外螺纹27，其中借助外螺纹27和底部索眼件螺纹87与外管螺纹86的螺纹接合，该外螺纹27将阀体74紧固到底部索眼件24，且其中，第四流体室88由此形成于阀体74和底部索眼件24之间。
[0044]阀体74 (在图7A和7B中最佳地示出)包括紧固件76、顶部69、底部71、可选通路79、可选开口 101、第一通孔65和第二通孔67，其中在减震器10的伸展期间，第一通孔65允许流过阀体74，且其中在减震器10的压缩期间，第二通孔67允许流过阀体74。
[0045]可选通路79和开口 101在压缩期间提供至垫板80的无阻碍流动，并且在伸展期间提供至室72的无阻碍回流。通孔65在伸展时引导流至垫板63，并且通孔67在压缩时引导流至板80。
[0046]在伸展期间，从第三流体室44通过阀体74流至第四流体室88的流体借助第一顶部孔口 75进入第一通孔65，并且借助第一底部孔口 81离开。然而，该流动由一个或多个下部垫板63限制，其中，下部垫板63借助紧固件76被紧固在阀体74上。当流体被迫通过第一通孔65时，下部垫板63弯曲以允许流体通过。由所产生的压力作用在垫板63上的力将使得垫板63弯曲并允许流体流过。弯曲的量由垫板63的数量和每个垫板63的厚度来确定。
[0047]在压缩期间，从第四流体室88通过阀体74流至第三流体室44的流体借助第二底部孔口 77进入第二通孔67，并且借助第二顶部孔口 73离开。然而，该流动由一个或多个板80 (选择性地包括板103、105)来限制，其中，板80借助紧固件76被紧固在阀体74上。当流体被迫通过第二通孔67时，板80弯曲以允许流体流过。由所产生的压力作用在垫板63上的力将使得垫板63弯曲并且允许流体流过。弯曲的量由垫板63的数量和每个垫板63的厚度来确定。
[0048]通过添加垫板103、105，实现板80的额外加固以由此借助合适地选择附加垫板103、105来提供对流阻的调节。通过改变每个板80、103、105的刚度和/或通过改变直径和/或厚度，流阻被调整以覆盖在震动操作期间的大范围的压力值。本领域技术人员将认识到的是，类似地对于下部垫板63来说，通过附加的、更刚硬的、或更大直径的垫板63来选择性地调节流阻。
[0049]固定管46包括第一端48、第二端50以及设置在第二端50处的固定管螺纹89，其中，固定管螺纹89协作地接合阀中心螺纹83，由此将固定管46紧固到阀体74，其中，第二端50设置成靠近阀体74。[0050]浮动活塞30包括密封件32、34，其中，密封件32、34设置成与内管12的内侧接触，由此将浮动活塞30气密地可滑动地密封至内管12。
[0051]当组装减震器10时，第一流体室90形成于浮动活塞30、内管12和顶部索眼件20之间，其中在将减震器10附接至选定的车辆之前，第一流体室90随后借助设置在充气嘴接收器94中的气嘴填充有气体(例如，仅为了示例目的，氮)。本领域技术人员将认识到的是，一旦减震器10被安装在车辆上，气体压力就可类似地被调节。第二流体室36形成于浮动活塞30和内管12之间，其中第二流体室36在组装期间被填充有合适减震器流体，例如仅为了示例目的，油。第二流体室36延伸到延伸室70中并且延伸到固定管46中，从而在固定管中形成第三流体室44。
[0052]在使用中，减震器10在第二、第三和第四流体室36、44、和88中分别组装有油，并且气体被引入第一流体室90中，减震器10被安装在车辆上。随后可将第一流体室90内的气体压力调节至足以实现选定车辆装载高度的压力。
[0053]当车辆行进在粗糙表面上从而导致对车轮和悬架的冲击时，这种冲击压缩减震器10，其中外管14朝向内管12被驱动，由此缩短减震器10(如图5A最佳地所示)。当减震器10缩短长度时，来自下侧流体室72的流体被强制通过通路79而进入到第四流体室88中。由于第四流体室88是固定尺寸的，因此流体随后被强制通过阀体74进入到第三流体室44中并最终进入到邻近的第二流体室36中。流体在第二流体室36中增加的体积导致浮动活塞30朝向顶部索眼件20移动，由此压缩第一流体室90中的气体并且阻尼冲击的振动(如图5A最佳地所示)。
[0054]当减震器10在移除冲击力之后释放时，或在车辆向上行驶或面临道路的倾斜的任何这种情况下，内管12和外管14移动分开(如图5B最佳地所示)。
[0055]如图5C所示，在减震器10的另选实施方式中，设置在内管912内的浮动活塞930包括活塞头部995和活塞延伸部999，其中活塞延伸部999包括气体空间延伸室997，且其中活塞延伸部999从活塞头部995延伸到固定管946内的第三流体室944中，且其中固定管946被紧固到阀体974。
[0056]通过添加延伸室997来修改浮动活塞930，改变了两个变量(如在示例I中描述的)及其在冲击操作中的影响。首先是可用气体体积，其现在不仅包括在浮动活塞上方的区域而且还包括在延伸室997内的区域。其次，由于延伸室997现在物理地定位在固定管946内，因此该延伸室替代了先前在阀体974上方的第三流体室944中的固定管946内的油容积。因此，当活塞管912向下移动时，较少的油容积被排出，并且由于通过气室990现在通过增加延伸室997而变大，因此产生较小的压力。对于本领域技术人员来说将显而易见的是，通过改变延伸管936的直径(杆效应)和长度(气体体积区域)，与优选实施方式的减震器10相比可实现更软的弹簧刚度和最初装载高度。
[0057]在该另选实施方式的变形中，也如在图5C中描述的，插塞932借助形成下部延伸部942而将延伸室997从第一流体室990细分，其中具有外螺纹934的插塞932螺纹地接合延伸室997内侧上的螺纹936，其中，插塞932借助例如仅用于示例目的的内六角扳手套件旋转以增加/减少下部延伸部942，并且同时相应地减少/增加第一流体室990的体积。
[0058]在该变形中，插塞932可被选择性地安装在活塞延伸部999内，其中插塞932包括驱动插座938和螺纹934，且其中，活塞延伸部999包括内螺纹936。螺纹934和内螺纹936协作地接合以将插塞932螺纹式密封到活塞延伸部999，由此将延伸流体室942与第一流体室990隔离。延伸流体室942借助拧入/拧出插塞932而可被选择性地减少/增加体积。可选地，油或气体可被选择以填充该延伸流体室942。
[0059]现参考图2A、2B、4、6A、6B和8，其中示出了减震器10的第一另选实施方式，其中图2A、2B、4、6A、6B和8的另选实施方式在形式和功能上大致等同于在图ΙΑ、1B、3、5A、5B和7中详述并示出的优选实施方式，不同之处在下文被具体地阐述。具体地，图2A、2B、4、6A、6B和8的实施方式包括减震器100，其中减震器100包括内管112、顶部索眼件120、外管114、底部索眼件124、浮动活塞130、阀体174和固定管146。顶部索眼件120包括顶部安装件118和顶部螺栓通孔116，其中顶部螺栓通孔116设置在顶部安装件118内，且其中顶部螺栓通孔116适于接收用于将减震器100紧固到车辆的底盘(未示出)上的安装螺栓(未示出)，如本领域公知的。顶部索眼件120还包括顶部索眼件螺纹184和充气嘴端口 194。
[0060]内管112包括侧壁140、第一端139和头部141。第一端139包括内管螺纹185，其中该内管螺纹185协作地接合顶部索眼件螺纹184，且其中，顶部密封件122被设置在该顶部索眼件120和内管112之间，由此将顶部索眼件120气密地密封到内管112。头部141包括密封件162、164、166、168,其中，密封件162、166设置成从头部141向外而与外管114接触，从而可滑动地密封在该外管114上，且其中密封件164、168设置成从头部141向内，并且设置成与固定管146接触，从而可滑动地密封在固定管146上。固定管146的直径被选择成借助第三流体室144在第二和第四流体室136和188之间提供期望流量以及当该固定管146进入第二流体室136中/从第二流体室136退回时提供期望压力增加/减少，其中当固定管146进入第二流体室136时，浮动活塞130在内管112内升高，由此增加第一流体室190中的压力，并且反之亦然。
[0061]头部141将上侧流体室160和下侧流体室172分离，所述上侧流体室形成于侧壁140和外管114之间，并且所述下侧流体室由头部141、固定管146、阀体174和外管114包围。
[0062]当减震器100被压缩时，流体借助活塞管孔143从第二流体室136传送到上侧流体室160中。同时地，流体从下侧流体室172通过阀体174传送到第四流体室188中。流体进一步从第四流体室188传送到固定管146内的第三流体室144中并接着进入第二流体室136中。
[0063]当减震器100伸展时，流体从上侧流体室160借助活塞管孔143传送到第二流体室136中，流入到第三流体室144中，并且进入到第四流体室188中，并且借助阀体174最终进入到下侧流体室172中。
[0064]底部索眼件124包括嘴端口 195、底部索眼件螺纹187、和底部安装件126，其中底部安装件126从其贯穿设置有底部螺栓通孔128，且其中底部螺栓通孔128适于接收用于将减震器110紧固到车辆的悬架(未示出)上的安装螺栓(未示出)，如本领域公知的。嘴端口195适于接收气嘴，其中嘴端口 195与第四流体室188流体连通并且提供用于减震器100的填充。
[0065]外管114包括侧壁145、第二端117和外管帽115，其中外管帽115包括密封件152、154、156和158，其中第二端117包括外管螺纹186，且其中外管螺纹186协作地接合底部索眼件螺纹187，且其中底部密封件182设置在底部索眼件124和外管114之间，由此将底部索眼件124气密地密封到外管114。
[0066]继续参考图2B、4、6A、6B和8，阀体174包括定位销175和调节器177。阀体174借助定位销175以及与外管114的接合而被紧固到底部索眼件124，其中底部索眼件的底部索眼件螺纹187协作地接合外管螺纹186，且其中，第四流体室188形成于阀体174和底部索眼件124之间。
[0067]每个调节器177、178的旋转转动其相应扁球形细长板203、204，以改变用于保持盖板205、206的力，从而允许规则地调节通过阀体174的流量。
[0068]现在更具体地参考图8，阀体174包括至少一个压缩出口 211，其与至少一个压缩入口 213流体连通。阀体174还包括至少一个膨胀开口 215以及与其连通的至少一组膨胀孔 217。
[0069]阀体174还借助调节器177、178紧固到底部索眼件124，其中调节器177、178包括轴173，其中轴173在其上承载多个保持环129、弹簧盘组件201、细长板203、204、盖板205、206、间隔件209和螺母207。调节器177、178的旋转在压缩和伸展期间相应地改变通过阀体174的流量。
[0070]盖板205设置在压缩出口 211或膨胀孔217上，其中细长板203设置在盖板205的从压缩出口 211或膨胀孔217的外侧，且其中当调节器177、178、底部索眼件124和阀体174被组装时，细长板203设置成抵靠盖板205。弹簧盘组件201和保持环129被设置成进一步位于外侧，其中保持件129设置在底部索眼件124附近，且其中弹簧盘组件201向细长板203施加压力，以将该细长板保持成抵靠盖板205。
[0071]调节器177、178包括在其上的稳定件127，并且底部索眼件124包括标记125、弹簧121和滚珠轴承123，其中弹簧121向滚珠轴承123施加压力从而使得滚珠轴承进入调节器177、178中的稳定件127中，且其中，调节器177、178的旋转由滚珠轴承123的压力约束。标记125用于在调节器177、178的旋转期间提供参考。
[0072]在另选实施方式减震器100的压缩期间，来自第三流体室144的流体被迫使通过阀体174而进入到第四流体室188中，其中流体进入压缩入口 213并且传过压缩出口 211从而迫使该板205弯曲，以允许流体流动。细长板203的定位允许选择性地流动通过压缩出口 211，其中细长板203可选择性地设置成使得细长板203允许盖板205的完全弯曲或部分弯曲。当期望完全弯曲时，细长板203设置在压缩出口 211之间，其中当期望盖板205的部分弯曲时，细长板203定位在压缩出口 211上。本领域技术人员将认识到的是，压缩出口211的尺寸也将确定流量。
[0073]在另选实施方式减震器100的压缩期间，来自第四流体室188的流体被迫使进入到膨胀开口 215中并且穿过膨胀孔217从而迫使盖板206弯曲，以允许流体流动。细长板204的定位允许选择性地流动通过膨胀孔217，其中细长板204可选择性地设置成使得细长板204允许盖板206的完全弯曲或部分弯曲。当期望完全弯曲时，细长板204设置在膨胀孔217之间(并且也在膨胀开口 215之间)，其中当期望盖板205的部分弯曲时，细长板204定位在膨胀孔217上。本领域技术人员将认识到的是，膨胀孔217的尺寸也将确定流量。
[0074]固定管146包括第一端148、第二端150以及设置在第二端150处的固定管螺纹189，其中，固定管螺纹189协作地接合阀体内螺纹191，由此将固定管146紧固到阀体174，其中，第二端150设置成靠近阀体174。[0075]浮动活塞130包括密封件132、134，其中，密封件132、134设置成与内管112的内侧接触，由此将浮动活塞130气密地可滑动地密封至内管112。
[0076]当组装减震器100时，第一流体室190形成于浮动活塞130、内管112和顶部索眼件120之间，其中在将减震器100附接至选定车辆之后，第一流体室190随后借助设置在嘴端口 194中的气嘴被填充有气体，例如，仅为了示例目的，氮。第二流体室136形成于浮动活塞130和内管112之间，其中第二流体室136在组装期间被填充有合适的减震器流体，例如仅为了示例目的，油。第二流体室136延伸到延伸室170中并且延伸到固定管146中，从而在固定管中形成第三流体室144。
[0077]下文是减震器设计的示例，上述优选以及选定的替代实施方式的附图并不旨在限制该优选和替代实施方式:
示例I 过程
减震器10首先被完全伸展(内管12被全部拉出)并且浮动活塞30被设置在其最低位置(正好在活塞管孔43上方)。然后，减震器10在浮动活塞30下方的全部室中填充油。随后，第一流体室90填充有处于最初压力(Pi)的氮。现在减震器10被加压。当施加外力(例如，车辆的重量)时，将在活塞环41下方的第二流体室36中产生压力(Pv)，该压力将抵御第一流体室90压力起作用。该压差(ClP=Pv-Pi)将导致内管12向下移动。这样，油抵御浮动活塞30被排出，从而使得该浮动活塞向上移动，这继而使得第一流体室90中的压力增加。当第一流体室90中的压力等于第二流体室36中的压力时，内管12最终停止。车辆稳定在给定装载高度下。升高或降低Pi改变dP且因此改变装载高度。
[0078]等效〃弹簧刚度〃/上部贮存器
例如，常规的汽车弹簧需要300磅来移动一英寸。那么其弹簧刚度是300磅/英寸。第一流体室90是固定尺寸的。当浮动活塞30向上移动时，其减少第一流体室90的容积，这继而增加了压力，并且反之亦然。压力所增加的量将仅取决于浮动活塞30移入第一流体室90中的距离。浮动活塞30所移动的距离取决于排出的油的体积以及固定管46的进入第二流体室36的体积。例如，减震器10缩短了一英寸。浮动活塞30向上移动，并且第一流体室90中的压力增加了 1000 psi (磅/平方英寸)，这对于给定室尺寸来说等于大约400磅的力。“等效弹簧刚度”是400磅/英寸。通过在该单元的上面增加额外含气室333 (如图9A最佳地示出)，增加了氮体积。将理解的是，额外含气室333可用于优选以及第一替代实施方式中。这意味着对于相同量的活塞移动，压力增加将变少，从而导致200磅的力，因此将“弹簧刚度”减少为200磅/英寸。外部贮存器311在其内具有可移动的活塞332，该活塞控制该室的容积。通过将活塞定位在贮存器中的不同高度处，该容积改变，并且继而“弹簧刚度”改变。由于氮压力并不以线性方式减少，因此弹簧刚度有效地是渐变的。
[0079]排出的油
排出的油的量取决于活塞管移动了多远。
[0080]1.当内管12向下移动了给定距离时，在浮动头部41下方的油体积被排出，传过阀体74的受控部分进入到第三流体室44中，其中，运动速率由阀体74和固定管46来控制。当发生这种情况时，上侧流体室60膨胀到活塞头部41上方，从而过量抽吸到位于内管12和外管14之间的上侧流体室60中。等于内管12的OD与外管14的ID之间的区域的所排出的流体体积的部分将通过内管12的活塞管孔43而填充上侧流体室60。由内管12的OD与固定管46的OD之间的区域(V。)限定的排出的剩余油体积将作用在浮动活塞30上，从而产生压力P:。
[0081]2.当内管12向下移动时，固定管46进入第二流体室36以相同距离(类似于杆起作用)，从而导致体积(Vt)减少。该体积减少产生额外压力P2。固定管46的直径越大，则P2与P1相比就越大。
[0082]流动约束
内管12上的四个活塞管孔43用于尤其在回弹期间约束流量，并且提供附加阻尼。当内管12向上伸展时，活塞管孔43超过外管帽39并且逐渐关闭上侧流体室60和内管12之间的连通通道。本领域技术人员将认识到的是，活塞管孔43可选择成具有不同尺寸、数量和/或形状以提供期望效果。
[0083]液压锁止
包含例如仅用于示例目的的氮的第一流体室90必须具有足够容积以容纳用于减震器10的整个冲程运动而被排出的全部流体(V。和vt)，以防止液压锁止以及受震动损坏。第一流体室90选择性地增加尺寸和/或添加外部氮贮存器(如图9A最佳地所示)。冲程运动取决于应用，并且是变化的。
[0084]注意:为了本示例的目的，上侧流体室60、160中的非压力贡献的油体积在优选实施方式和第一另选实施方式中是相等的，因为浮动活塞30、130包括相同直径。
[0085]因此，第一流体室90、190在体积(Vt)上减少的量等于固定管46、146的体积与被排出的油的体积(V。)。总压力增加将是P3=PJP215第一流体室90、190的总体积减少对于优选实施方式和第一另选实施方式是相同的，且因此是P3。优选实施方式的减震器10具有更大直径的固定管46以及比第一另选实施方式的减震器100的固定管146更小的体积V。，这导致减震器10和减震器100的不同压力比。这两个单元都利用阀体74、174来控制被排出的油(V。)，其中对于另选实施方式，阀体174提供从减震器100外侧的调节。
[0086]优选以及第一另选实施方式都利用分别在第一流体室90、190中在浮动活塞上方的处于压力下的氮，以保持车辆向上，因此替代常规弹簧。在操作期间，阀体74、174分别调节从其经过的油的流量，从而提供期望阻尼特征。
[0087]现在参考图9A，其中示出了减震器10或100的另选实施方式，其中图9A的另选实施方式包括减震器300，其具有借助管件313与内管312内的第一流体室390流体连通的附加外部贮存器311，其中管件313借助开通到第一流体室390中的通道317传送到顶部索眼件320。外部贮存器311包括在其中的可移动活塞332以及可变含气室333。
[0088]可移动活塞332减少含气室333中的气体(例如，仅为了示例目的，氮)的体积的移动增加了第一流体室390中的气体压力，由此提供用于较大重量的车辆的支承。相反地，对于较轻车辆，可移动活塞332操作以增加含气室333中的气体体积，由此减少第一流体室390中的压力。也就是说，改变氮体积对压力具有直接影响，并且影响原始装载高度和“有效弹簧刚度”。
[0089]现在参考图9B，其中示出了减震器10或110的另选实施方式，其中图9B的另选实施方式包括减震器310，该减震器具有附加外部贮存器311，其内具有浮动活塞330，其中外部贮存器311借助管件313与外管314内的第四流体室388流体连通，其中管件313穿过开通到第四流体室388中的底部索眼件324，由此减少由第一流体室90 (V0)(未示出)的膨胀容纳的被排出的油量。当油进入下部室时等于内(活塞)管12、112(如图1A和2A最佳地示出)壁厚的油体积(Vw)被排出到外部贮存器311中。因此，对于相同的给定内(活塞)管12,112运动，排出等于(VtrVw)的油体积，其克服第一流体室中的体积起作用，由此减少Pp
[0090]现在参考图10，其中示出了减震器100的另选实施方式，其中图10的另选实施方式是减震器400，所述减震器具有用于容纳很小的内(活塞)管412运动的泄放阀444，由此旁通阀体474。本领域技术人员将认识到的是，诸如泄放阀444的泄放阀可用于上述优选以及第一另选实施方式中。此外，小孔443允许第二流体室436与上侧流体室460之间的直接流体交换，如优选以及第一另选实施方式中的那样。一个或多个外部旁通管417、421、422还可定位在侧部流体室472和460之间，以适应缓慢速度运动。旁通管417包括第一端411和第二端413，其中第一端411穿过外管侧壁445而借助孔448离开进入上侧流体室460中，且其中，第二端413借助孔449开通到下侧流体室472中。另选地，第一端411可穿过外管414的第一端418，而借助开口 450离开进入上部流体室460中。旁通管421和422类似地借助孔447与上侧流体室460和下侧流体室472连通。旁通管417、421和422可选择性地具有各控制阀419 (双向)、425 (单向)、423 (单向)以沿任一方向调节流量。
[0091]在如图11所示的又一另选实施方式中，其中，图11的另选实施方式在形式和功能上类似于在图1A-2B中示出的优选和另选实施方式中的，不同之处在下文被具体地阐述，减震器700包括顶部索眼件720、内管712、外管714、和底部索眼件724，该顶部索眼件720具有顶部安装件718，该顶部安装件中具有顶部安装件通孔716，该底部索眼件724具有底部安装件726，该底部安装件中具有底部安装件通孔728。顶部索眼件720借助协作地接合的螺纹784被紧固到内管712，其中顶部索眼件720借助密封件722被密封到内管712。顶部索眼件还包括气嘴794，其中气嘴794被用于在安装到车辆之前或之后用气体填充减震器 700。
[0092]减震器700还包括第一流体室790、第二流体室736、第三流体室744、第四流体室788、上侧流体室760和下侧流体室772。
[0093]浮动活塞730设置在内管712内，其中浮动活塞730借助密封件732、734可滑动地密封到内管712，且其中，浮动活塞730从第二流体室736分离第一流体室790，该第一流体室典型地包括例如仅用于示例目的的气体，所述第二流体室典型地包括例如仅用于示例目的的油。
[0094]底部索眼件724借助协作地接合的螺纹786被紧固到外管714，并且借助密封件782被密封到外管714。底部索眼件724还包括嘴接收器795，其中嘴接收器795与第四流体室788流体连通。阀体774设置在外管714中，并且借助定位销775以及借助底部索眼件724安装并紧固到外管714而被紧固在减震器700内。阀体774包括内螺纹749和调节器 777。
[0095]减震器700还包括固定管746，其中该固定管746包括螺纹747，且其中螺纹747协作地接合阀体774的内螺纹749，以选择性地互换固定管746和内管712的不同尺寸组合。
[0096]内管712可滑动地接合到外管714以及到固定管746，其中密封件752、754、756、758将内管712密封到外管714的顶帽784。内管712还包括侧壁740和头部741，其中头部741借助密封件762、766可滑动地密封到外管714的侧壁745，并且借助密封件764、768密封到固定管746。内管712还包括开口 743，其中开口 743有利于第二流体室736和上侧流体室760通过内管712的侧壁740的流体连通。
[0097]本领域技术人员将认识到，可选择性地利用优选和另选实施方式的各种组合，其中一个实施方式的特征借助类似结构部件可能结合到另一实施方式中。
[0098]前述说明和附图包括本发明的描述性实施方式。在描述了本发明的示例性实施方式之后，本领域技术人员应当注意的是，本发明的实施方式仅是示例出的，并且在本发明的范围内可作出各种其他变换、调整和修改。以一定顺序仅列出或编号方法的步骤并不构成对该方法的步骤的顺序的限制。在从前述说明和相关附图示出的教导受益之后，本发明所属领域技术人员将想到本发明的许多修改和其他实施方式。虽然在苯酚可能采用具体术语，但是这些术语应采用其通用且描述性的意义，并不是为了限制目的。因此，本发明并不局限于本文所述的【具体实施方式】，而仅由下述权利要求书限制。
【权利要求】
1.一种无弹簧的组合式减震器和悬架设备，包括: 内管部，所述内管部在其中包括第一流体室和第二流体室，其中，所述第一流体室包含气体，且其中所述第二流体室包含油； 浮动活塞，所述浮动活塞设置在所述内管部内位于所述第一流体室和所述第二流体室之间； 外管部，其中，所述外管部在其中包括第四流体室，且其中，所述外管部在其中还包含油，并且包括牢固地紧固到其上的阀体；以及 固定管部，所述固定管部在其中具有第三流体室。
2.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，其中，所述阀体包括双向阀。
3.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，其中，所述双向阀的调节能够从所述无弹簧的组合式减震器和悬架设备的外部控制。
4.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，其中，所述外部控制被选择性地单独地施加成与在所述双向阀内的流动方向相反。
5.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，其中，所述内管部可滑动地设置在所述外管部的一部分内。
6.根据权 利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，其中，所述第三流体室设置在所述固定管部内，且其中，所述第三流体室借助所述阀体与所述第四流体室流体连通。
7.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，还包括与所述第一流体室连通的外部含气室，其中所述外部含气室在其中包括可控制的活塞。
8.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，其中，所述固定管部被牢固地紧固到所述阀体。
9.根据权利要求2所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，所述双向阀是旋转地可调节的。
10.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，还包括上侧流体室和下侧流体室。
11.根据权利要求10所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，还包括位于所述上侧流体室和所述下侧流体室之间的至少一个旁通管。
12.根据权利要求1所述的无弹簧的组合式减震器和悬架设备，还包括与所述第四流体室流体连通的外部流体室，其中所述外部流体室包括液态流体部、气态流体部以及在所述液态流体部和所述气态流体部之间的浮动活塞。
13.一种用于减震的方法，所述方法包括步骤: 安装无弹簧的减震器，所述无弹簧的减震器包括内管部、外管部和固定管部，所述外管部在其中具有阀体； 驱动车辆越过障碍物，这使得力被施加到所述无弹簧的减震器，其中，所述无弹簧的减震器被压缩；以及 随后允许所述无弹簧的减震器解压缩。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括步骤:外部地旋转地调节设置在所述阀体内的至少一个阀。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括步骤: 内部地恒定所述阀体的流率。
16.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括步骤: 当所述减震器被压缩时使得流体沿第一方向流经所述阀体；以及 当所述减震器伸展时使得流体沿与所述第一方向相反的方向流动。
17.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括步骤: 借助选择性地改变所述减震器中的气体压力来调节车辆的装载高度。
18.一种无弹簧的减震器，包括: 内管部； 设置在所述内管部内的浮动活塞； 外管部，所述外管部包括牢固地紧固到其上的阀体；以及 固定管部。
19.根据权利要求18所述的减震器，其中，所述固定管部被牢固地紧固到所述阀体。
20.根据权利要求1所述的减震器，还包括位于所述浮动活塞内的伸展的含气室。
21.根据权利要求20所述的减震器，还包括位于所述伸展的含气室内的螺纹插塞。
22.根据权利要求10所述的减震器，其中，所述内管包括头部，且其中所述头部包括泄放阀孔，且其中，所述泄放阀孔与所述上侧流体室以及所述下侧流体室流体连通。
【文档编号】F16F9/10GK103443499SQ201280009254
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2011年2月16日
【发明者】M.M.艾伦, N.C.季安诺普罗斯 申请人:伊莱特悬浮系统有限责任公司