[发明专利]一种一体式油气弹簧装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气弹簧装置，特指一种惯容器与阻尼同轴并联的一体式油气弹簧装置。

背景技术

1.机电模拟理论：

目前，机电一体化已经成为新世纪工程领域的一个重要发展方向。在这种一体化过程中经常需要将机械与电子系统网络化后当成一个大系统来研究。

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。一种是“力-电压”对应，即质量、阻尼和弹簧分别与电感、电阻和电容对应，另一种是“力-电流”对应，即质量、阻尼和弹簧分别与电容、电阻和电感对应。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。即以力与电流相似，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。

然而，上述电子网络元件均具有两个独立、自由的端点，即电感、电阻和电容的两个端点均不受特定参考点的限制。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。

2.惯容器：

为解决机械网络与电路网络的不完全对等问题，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                                                ，其中F表示施加在两端点上的力、b表示惯质系数，其单位为kg，和表示两端点的加速度，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即虚质量的作用。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。

3.滚珠丝杠：

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。

4.油气弹簧：

油气弹簧以气体，一般为惰性气体氮气作为弹性介质，而用油液作为传力介质。它一般是由气体弹簧和相当于液力减震器的液压缸组成。其具有空气弹簧的刚度特性，同时本身是减振元件，体积小质量轻。

油气弹簧的形式有单气室、双气室以及两级压力式。单油气式油气弹簧可分为油气分隔式和油气不分隔式。油气分隔式油气弹簧是由橡胶油气隔膜隔开，防止工作油液乳化。本装置采用的即是油气分隔式单气室油气弹簧。

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油气弹簧装置，将惯容器运用于车辆悬架，以提高汽车的综合性能。