CN105605133A - 一种惯性通道截面可变的液压衬套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车减振元件领域，具体的说是一种惯性通道截面可变的液压衬套。该衬套包括金属外套、金属骨架、金属内套、尼龙限位块、液室、橡胶主簧和双向阀，金属外套套在金属骨架上并且过盈配合；金属骨架套在橡胶主簧外表面并且与其硫化成一体，金属内套连与尼龙限位块固定连接；金属内套与橡胶主簧内表面硫化为一体；橡胶主簧两端对称布置有两个液室，两个液室通过斜的惯性通道相连。本发明是一种在传统液压衬套增加一个开度随压力变化的双向可开的阀门，能保证较宽频率范围内都有较好的减振降噪功能的惯性通道截面可变的液压衬套，较其他发明更节约空间，且该衬套可用在不同的车型上，通用性好。

Description

一种惯性通道截面可变的液压衬套

技术领域

本发明涉及汽车减振元件领域，具体的说是一种惯性通道截面可变的液压衬套。

背景技术

现有的液压衬套用于连接汽车副车架与下控制臂。液压衬套中有两个液室，用惯性通道连。沿两液室连线方向加载时，由于两液室变形导致二者压力不等，液体沿惯性通道来回流动。液体流动时内部摩擦以及液体与管壁的摩擦消耗了能量，起到了一定的减振作用。但这种衬套惯性通道截面积一定，峰值频率固定，高效减振频率范围较小。传统液压衬套的阻尼滞后角随着加载频率的增加先增大，达到峰值后随着加载频率增加阻尼滞后角变小。所以液压衬套在某些频段(峰值频率附件)的隔振效果较好。其它加载频率减振能力减弱。所以不同车型需要匹配不同的结构尺寸的液压衬套。

已有的变惯性通道截面的液压衬套如公开号：104315076A，名称：汽车悬架用自适应可变阻尼液压橡胶隔振装置的专利。该专利虽然可以满足在低频大振幅载荷下弹簧阀被压缩，流通面积较小，衬套有较大的阻尼滞后角。若小振幅中频加载时，两液室压差较小，流通截面积较大，阻尼滞后角的峰值频率相对较大。并且该结构需要安装两个单向阀门，增加了安装难度。同时根据研究可知，同一振幅下加载频率越大，两液室压差越大，惯性通道截面积越大减振效果越好。该装置保证了低频大振幅加载下能有较好的减振效果，但同一振幅下当加载频率增加，流通面积反而更小，减振能力急剧下降。并且不能确保小振幅高频加载时弹簧仍然能不被压缩到底，阀门能处于打开状态。并且该装置的功能可以通过减小惯性通道流体截面积的来达到，而且该方法工艺性要求高，耐久性差。

发明内容

本发明在传统液压衬套上增加了一个开度随压力变大而变大的双向可开的阀门，在低频载荷时，阀门两端压差较小无法将阀门打开，液体通过原有惯性通道流动，可以保证峰值频率在加载频率附近，满足低频有较大的隔振效率。随着加载频率增加，由于惯性与阻尼作用原有惯性通道内液体流通越来越不顺畅，两液室压力差也越来越大，阀门两侧压差变大，阀门逐渐打开，且开度随着压差变大而变大，峰值频率也随着加载频率增加而增加，保证高频载荷下仍然有较好的减振降噪功能。这种惯性通道截面可变的液压衬套，解决了现有液压衬套的上述不足。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种惯性通道截面可变的液压衬套，包括金属外套1、金属骨架2、金属内套3、尼龙限位块5、液室4、橡胶主簧6，该液压衬套还包括设置在橡胶主簧6上的双向阀9，其中所述的金属外套1连接悬架下控制臂，套在金属骨架2上并且过盈配合；所述的金属骨架2套在橡胶主簧6外表面并且与其硫化成一体，所述的金属内套3连接副车架，与尼龙限位块5固定连接；所述的金属内套3与橡胶主簧6内表面硫化为一体；所述的橡胶主簧6两端对称布置有两个液室4，两个液室4通过斜的惯性通道7相连。

所述的橡胶主簧6上开有用于安装双向阀9的孔；所述的双向阀9外表面过渡配合有金属短管8；所述的金属短管8与橡胶主簧6内表面硫化为一体。

所述的双向阀9的外骨架为塑料管14，其内部横截面上铸有弹性塑料膜片阀门13；所述的膜片阀门13为圆形，其上有十字切口；所述膜片阀门13能双向打开，且开度随压差增加而增加，压力减小后又自动回弹。

所述的双向阀9的左侧铸有卡扣10，右侧铸有安装凸缘12；所述的安装凸缘12压在橡胶主簧6上；所述的卡扣10的外径大于金属短管8的内径，装入金属短管8后自动回弹卡住金属短管8左端面。

所述的双向阀9左侧轴向开有两个安装切口11。

本发明的有益效果为：

1、在低频大振幅载荷下，两液室压差较小，膜片阀门在其弹性作用下关闭，液体沿原有惯性通道流动。保证了峰值频率较小，在低频范围内阻尼滞后角较大，液压衬套有较好的隔振性能。随着加载频率的增加两液室压差增大，膜片阀门逐渐打开。峰值频率也随之变大，保证高频范围内也有较好的减振降噪的性能。此类液压衬套有良好的自适应调节能力。

2、该阀门中膜片双向可开。所以只需一个阀门就可以满足液体双向流动的控制。较其他发明更节约空间。

3、该液压衬套高效隔振降噪的工作频率范围广，针对不同路况都能有较好的隔振降噪性能。且该衬套可用在不同的车型上，通用性好。

4、该液压衬套中阀门为塑料件，可铸造成结构一体件，成本较低。耐疲劳性强。

5、该液压衬套能对高频硬化有一定的改善作用。在高频加载时，能起到卸荷的作用。

6、该发明中双向阀门同样可以用于发动机液压悬置上。减小发动机各频段的振动。

附图说明

图1是本发明零部件爆炸图；

图2是本发明正面剖视图；

图3是图2中A-A处剖视图；

图4是图3中B处局部放大图；

图5是本发明中双向阀正视剖面图；

图6是本发明中双向阀左视图；

图7是本发明中双向阀右视图；

图8是本发明中双向阀开阀时右视图；

图9是位移激励和力响应曲线图；

图10是力与位移的迟滞曲线图；

图11是阻尼滞后角与峰值频率对惯性通道截面积A_c的灵敏度的曲线图；

图12是在AMESim软件中建立的液压衬套模型示意图；

图13是试验台提取的液压衬套动刚度的曲线图；

图14是试验台提取的液压衬套阻尼滞后角的曲线图；

图15是模型计算的动刚度的曲线图；

图16是模型计算的阻尼滞后角的曲线图；

图17是惯性通道截面可变液压衬套模型示意图；

图18是液压衬套动刚度的曲线图；

图19是液压衬套模型阻尼滞后角的曲线图。

图中：1、金属外套；2、金属骨架；3、金属内套；4、液室；5、尼龙限位块；6、橡胶主簧；7、惯性通道；8、金属短管；9、双向阀；10、卡扣；11、安装切口；12、安装凸缘；13、膜片阀门；14、塑料管；15、传统橡胶主簧；16、传统金属内套；17、传统金属外套；18、传统液压衬套的上下液室；19、传统惯性通道；20、单向阀。

具体实施方式

参阅图1、图2，一种惯性通道截面可变的液压衬套，包括金属外套1、金属骨架2、金属内套3、尼龙限位块5、液室4、橡胶主簧6，该液压衬套还包括设置在橡胶主簧6上的双向阀9，其中所述的金属外套1连接悬架下控制臂，套在金属骨架2上并且过盈配合；所述的金属骨架2套在橡胶主簧6外表面并且与其硫化成一体，起支撑、密封和加强作用；所述的金属内套3连接副车架，与尼龙限位块5固定连接，防止载荷过大破坏衬套；所述的金属内套3与橡胶主簧6内表面硫化为一体；所述的橡胶主簧6为整体橡胶块，起到支撑作用，提供一定的静刚度，其两端对称布置有两个液室4，两个液室4通过斜的惯性通道7相连，液室4中封装乙二醇水溶液。

参阅图3、图4，所述的橡胶主簧6上开有用于安装双向阀9的孔，该孔位置位于传统液压衬套惯性通道的对称面上；所述的双向阀9外表面过渡配合有金属短管8；所述的金属短管8与橡胶主簧6内表面硫化为一体，用于支撑双向阀9同时在大变形下保护双向阀9。参阅图3—图8，所述的双向阀9的外骨架为塑料管14，其内部横截面上铸有弹性塑料膜片阀门13；所述的膜片阀门13为圆形，其上有十字切口；所述膜片阀门13能双向打开，且开度随压差增加而增加，压力减小后又自动回弹。

为了防止工作过程中双向阀9从金属短管8中脱落，所述的双向阀9的左侧铸有卡扣10，右侧铸有安装凸缘12；所述的安装凸缘12压在橡胶主簧6上；由于所述的卡扣10的外径大于金属短管8的内径，装入金属短管8后自动回弹卡住金属短管8左端面，为了便于安装，在所述的双向阀9左侧轴向开有两个安装切口11。在安装双向阀9时，安装切口11处被挤压变小使安装更加方便。卡扣10越过金属短管8后回弹卡主短管边缘。随着加载频率增加，两液室4压力差越来越大，逐渐将弹性膜片阀门13打开。压差越大弹性膜片阀门13开度越大。

当液压衬套的金属内外套在径向发生相对位移时，其中一个液室受压缩变小，相反的，另一液室受拉伸而变大，由于乙二醇水溶液的几乎不可压缩性而通过惯性通道在两液室中不断的来回流动。液体通过惯性通道时，会出现能量损失(如沿程损失、摩擦损失等)，从而造成它在低频时出现较大的阻尼，快速减振，传统液压衬套由于惯性通道截面积固定，在某些频率上其阻尼滞后角很大，甚至是传统橡胶衬套的8～10倍。而在高频情况下，其阻尼滞后角会下降。本发明的液压衬套可在一定范围内调节惯性通道的截面积，使峰值频率随频率增加而增加，增加高效隔振的频率范围。

液压衬套的特性包含静态特性和动态特性。静态特性是对液压衬套从零到某一载荷值进行缓慢加载，将测得的三向静刚度(两个径向和一个轴向)作为评价指标。动态特性是对液压衬套施加不同频率下的谐波激励，其评价指标一般为动刚度和阻尼滞后角以及峰值频率。

进行液压衬套静特性分析时，在内套上施加某一方向的力激励，测量该激励下的位移响应，作出力-位移曲线，该曲线的斜率表示该方向的静刚度。该特性主要由橡胶主簧决定。

进行液压衬套动特性分析时，对衬套内套施加某一频率下的谐波位移激励，测出在此激励下的力响应。将力和位移分别作为纵、横坐标绘制曲线，对每一频率都可得到力-位移的迟滞回线，根据该曲线利用几何作图法的方法就可得到在此激励频率下的衬套动特性评价指标。

参阅图9，几何作图法假定系统为线性系统，即当激励位移为正弦时，其力响应也为正弦；参阅图10，以位移为横坐标、力为纵坐标作出系统的迟滞曲线图。记F₀、为响应力，N。X₀位移的幅值，mm。U_c为迟滞回线的面积。K_d为动刚度，N/mm。φ为阻尼滞后角，°。

可以由以下公式计算得到：

$K_d=\frac{F_0}{X_0}...\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}=arcsin\left(\frac{U_c}{F_0{X}_0\mathrm{\π}}\right)...\left(2\right)$

峰值频率定义为阻尼滞后角达到最大时的频率。

参阅图11，根据已有研究对液压衬套阻尼滞后角对惯性通道截面积的灵敏度做了分析，可知惯性通道截面积越大峰值频率越大。但是惯性通道截面积变大使峰值频率变大，液压衬套对低频振动的隔振性能减弱。发明一种能在低频加载时惯性通道截面积较小，高频加载时惯性通道截面积变大的液压衬套对减振降噪的贡献不言而喻。

参阅图3、图4、图9，双向阀9圆柱体截面上铸有弹性的膜片阀门13，在膜片阀门上切有相互垂直的两条切口。由于该阀片有弹性，所以在低频载荷下，液室压力差较小，不能将其打开。连接两液室4的惯性通道总面积较小。确保峰值频率在低频范围内，液压衬套在低频有较好的隔振性能。当频率增加，两液室压力差也变大，在压力作用下装设的双向阀门9逐渐打开，增加液体流量。峰值频率也随之变大到加载频率附近，压力差越大，阀门开度越大，峰值频率越大。保证在一定频率范围内液压衬套都有较大的阻尼滞后角，较强的隔振能力。当压力变小，膜片阀门13在弹性作用下回位。该阀门可以双向打开。满足惯性通道内液体来回流动都起作用的工作要求。

实施例

为了验证与分析本发明的实用性与正确性。以某乘用车悬架液压衬套为例，对该衬套加装了该发明中的双向阀。

参阅图12，首先在软件AMESim中建立了原有液压衬套的参数化模型。图中15表示传统橡胶主簧，16表示传统金属内套，17表示传统金属外套，18表示传统液压衬套的上下液室，19表示传统惯性通道。通过编写MATLAB程序调用该模型，计算出不同加载振幅与频率下的动刚度与阻尼滞后角。参阅图15、图16是该模型计算出的动刚度与阻尼滞后角。参阅图13、14是试验台上提取的动刚度与阻尼滞后角。比较二者，证明了该模型的正确性。

参阅图17，验证了模型的正确性后，在该模型中增加两个单向阀20，建立了本发明的模型。模型中用两个单向阀模拟增加的双向膜片阀门13，设定两个单向阀20在某一压力下开启(该模型中1.5bar)，且开阀之后流量随压差变大而变大。这与设计的双向阀9原理一致。

参阅图18，图19，编写MATLAB程序调用该模型计算出不同载荷下的动刚度与阻尼滞后角。

对结果分析可知，在低频时各加载振幅下液压衬套都能提供较大的阻尼滞后角。随着加载频率的增加液压衬套仍然能够保持较大的阻尼滞后角，能够起到很好的减振降噪的效果。

Claims (5)

1.一种惯性通道截面可变的液压衬套，包括金属外套(1)、金属骨架(2)、金属内套(3)、尼龙限位块(5)、液室(4)、橡胶主簧(6)，其特征在于，该液压衬套还包括设置在橡胶主簧(6)上的双向阀(9)，其中所述的金属外套(1)连接悬架下控制臂，套在金属骨架(2)上并且过盈配合；所述的金属骨架(2)套在橡胶主簧(6)外表面并且与其硫化成一体，所述的金属内套(3)连接副车架，与尼龙限位块(5)固定连接；所述的金属内套(3)与橡胶主簧(6)内表面硫化为一体；所述的橡胶主簧(6)两端对称布置有两个液室(4)，两个液室(4)通过斜的惯性通道(7)相连。

2.根据权利要求1所述的一种惯性通道截面可变的液压衬套，其特征在于，所述的橡胶主簧(6)上开有用于安装双向阀(9)的孔；所述的双向阀(9)外表面过渡配合有金属短管(8)；所述的金属短管(8)与橡胶主簧(6)内表面硫化为一体。

3.根据权利要求1所述的一种惯性通道截面可变的液压衬套，其特征在于，所述的双向阀(9)的外骨架为塑料管(14)，其内部横截面上铸有弹性塑料膜片阀门(13)；所述的膜片阀门(13)为圆形，其上有十字切口；所述膜片阀门(13)能双向打开，且开度随压差增加而增加，压力减小后又自动回弹。

4.根据权利要求2所述的一种惯性通道截面可变的液压衬套，其特征在于，所述的双向阀(9)的左侧铸有卡扣(10)，右侧铸有安装凸缘(12)；所述的安装凸缘(12)压在橡胶主簧(6)上；所述的卡扣(10)的外径大于金属短管(8)的内径，装入金属短管(8)后自动回弹卡住金属短管(8)左端面。

5.根据权利要求1所述的一种惯性通道截面可变的液压衬套，其特征在于，所述的双向阀(9)左侧轴向开有两个安装切口(11)。