CN101617140A

CN101617140A - 螺旋弹簧

Info

Publication number: CN101617140A
Application number: CN200880003129A
Authority: CN
Inventors: 达尼埃尔·费尼乌克斯; 加藤信治; 薮下毅士
Original assignee: Valeo Embrayages SAS; NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: JP5268261B2; CN101617140B; KR20090096644A; EP2128480A1; JP2008185072A; WO2008090748A1; KR101193517B1; US8684342B2; US20100090384A1; EP2128480B1; EP2128480A4

Abstract

本发明的螺旋弹簧以压紧状态稳定地接受负载的同时，减小扁平率并缩短压紧长度，而且能利用剖面形状在圆周方向的应力分散的连续性进一步提高应力分布的均匀性。就卷绕成螺旋形状的弹簧钢丝(3)的剖面外周形状而言，是使螺旋部分的外径侧部分(7)或螺旋部分的内径侧部分(5)为用X²+Y²＝b²表示的半圆形状，使螺旋部分的内径侧部分(5)或螺旋部分的外径侧部分(7)为用(x/a)^α+(y/b)^α＝1表示的长径＝a、短径＝b的非圆形形状，并且使上述α的值为α＝1.85～2.45的范围的螺旋弹簧(1)，其特征在于，在弹簧钢丝的剖面外周形状的螺旋部分的内外径侧部分(5、7)之间，设置在螺旋部分的轴线(4)方向上邻接的螺旋部分的部分可抵接的扁平面(9、11)。

Description

螺旋弹簧

技术领域

本发明涉及扭转振动衰减器的扭簧等所使用的螺旋弹簧。

背景技术

一直以来，在离合器片所使用的扭簧等中，有在卷绕成螺旋形状的弹簧钢丝的圆形剖面的外周形状设置扁平面作为成形抵接面的技术。

该螺旋弹簧若对弹簧施加负载直到螺旋形状成为压紧状态或锁定状态，则扁平面与邻接的螺旋部分的部分抵接而稳定地接受负载，能够抑制向螺旋部分的径向的偏移。

但是，一般情况下，螺旋弹簧相对弹簧钢丝的螺旋形状成为内径侧的部分(螺旋部分的内径侧部分)的应力比成为相同外径侧的部分(螺旋部分的外径侧部分)高。再有，由于设置上述扁平面，弹簧钢丝的剖面圆周方向的应力的分散状态与上述应力的偏斜进一步受到影响。

另一方面，在弹簧钢丝上设置扁平面的场合，如果其剖面形状的扁平率变小，则能够缩短扁平面抵接时的螺旋部分的轴线方向的压紧长度，在设计冲程长的低刚性的弹簧方面也有利。

图13是表示扁平率T/W不同的弹簧指数D/W和应力比的关系的图表，

图14是表示扁平率T/W不同的弹簧指数D/W和压紧高度比的关系的图表。参照图15的弹簧钢丝101的符号，则T是螺旋部分的轴线方向的最大尺寸，W是螺旋部分的半径方向的最大尺寸，D是螺旋部分的中心径。

在图13中，对于在圆形剖面的弹簧钢丝上设置了扁平面的场合，使弹簧常数以及压紧高度为一定，确认了应力比。在图14中，对于在圆形剖面的弹簧钢丝上设置了扁平面的场合，使弹簧常数以及应力为一定，确认了压紧高度比。图13、图14都对使应力对扁平率T/W＝0.92的弹簧指数D/W的变化为1，使扁平率T/W＝0.76对该扁平率T/W＝0.92的螺旋弹簧确认了应力比和压紧高度比。

如图13、图14所示，相对偏平率T/W＝0.92，扁平率T/W＝0.76时，应力以及压紧高度都变小。

图15、图16是表示在现有的螺旋弹簧的弹簧钢丝的剖面中根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图。弹簧钢丝101是在成为基体的圆形剖面上利用拉丝等形成扁平面103，且扁平率为T/W＝0.92的弹簧钢丝。弹簧钢丝105是在成为基体的圆形剖面上利用拉丝等扁平面107，且扁平率为T/W＝0.76的弹簧钢丝。

根据图15、图16的比较可知，在基体为圆形剖面的弹簧钢丝101、105中，利用扁平面103、107的形成能够将螺旋部分的内径侧部分108的应力分散到扁平面103、107上。但是，在圆形剖面的场合，若扁平率T/W变小，则在圆周方向的应力分散虽然分散得很好，但会导致应力分散的连续性降低的结果，在利用扁平面103、107的形成来使扁平率T/W变小，实现应力的均匀化方面存在限制。

图17与图15、图16同样，是表示根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的图。弹簧钢丝109是形成为矩形的剖面的弹簧钢丝。具有该矩形的剖面弹簧钢丝109的场合，在能够分散螺旋部分的内径侧部分108的应力，并且能够以压紧状态稳定地接受负载这一点也与图15、图16同样。

但是，图17的弹簧钢丝的场合，关于应力分散的连续性，与作为同一扁平率T/W＝0.76的图16的例子相比较也降低。

即、在现有的圆形剖面或矩形剖面的弹簧钢丝上设置了扁平面的螺旋股线中，在以压紧状态稳定地接受负载的同时减小扁平率并缩短压紧长度，而且利用剖面形状在圆周方向的应力分散的连续性提高应力分散的均匀性方面存在限制。

专利文献1：特开平6-300065号公报

专利文献2：特开平10-82440号公报

发明内容

本发明所要解决的问题点在于，在现有的弹簧钢丝上设置了成形抵接面的螺旋弹簧中，在以压紧状态稳定地接受负载的同时减小扁平率并缩短压紧长度，而且利用剖面形状在圆周方向的应力分散的连续性提高应力分散的均匀性方面存在限制。

本发明为了以压紧状态稳定地接受负载的同时，减小扁平率并缩短压紧长度，而且利用剖面形状在圆周方向的应力分散的连续性进一步提高应力分布的均匀性，提供一种螺旋弹簧，就卷绕成螺旋形状的弹簧钢丝的剖面外周形状而言，是使螺旋部分的外径侧部分或螺旋部分的内径侧部分的一方形成为用X²+Y²＝b²表示的半圆形状，使螺旋部分的内径侧部分或螺旋部分的外径侧部分的另一方形成为用(x/a)^α+(y/b)^α＝1表示的长径＝a、短径＝b的非圆形形状，并且使上述α的值为α＝1.85～2.45的范围的螺旋弹簧，最主要的特征是，在上述弹簧钢丝的剖面外周形状的螺旋部分的外径侧部分和螺旋部分的内径侧部分之间，设置在螺旋部分的轴线方向上邻接的螺旋部分的部分可抵接的成形抵接面。

本发明的效果如下。

本发明就卷绕成螺旋形状的弹簧钢丝的剖面外周形状而言，是使螺旋部分的外径侧部分或螺旋部分的内径侧部分的一方形成为用X²+Y²＝b²表示的半圆形状，使螺旋部分的内径侧部分或螺旋部分的外径侧部分的另一方形成为用(x/a)^α+(y/b)^α＝1表示的长径＝a、短径＝b的非圆形形状，并且使上述α的值为α＝1.85～2.45的范围的螺旋弹簧，在上述弹簧钢丝的剖面外周形状的螺旋部分的外径侧部分和螺旋部分的内径侧部分之间，设置在螺旋部分的轴线方向上邻接的螺旋部分的部分可抵接的成形抵接面，因此，利用成形抵接面以压紧状态稳定地接受负载的同时减小扁平率并缩短压紧长度，而且能够利用剖面外周形状在圆周方向的应力分散的连续性进一步提高应力分散的均匀性。

附图说明

图1是螺旋弹簧的主视图(实施例1)。

图2是螺旋形状内径侧的主要部分放大剖视图(实施例1)。

图3是弹簧钢丝的放大剖视图(实施例1)。

图4是表示用于弹簧钢丝的剖面的外周基础形状的说明图(实施例1)。

图5是表示根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图(实施例1)。

图6是表示根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图(实施例1)。

图7是表示基体不同的弹簧指数D/W和应力比的关系的图表(实施例1)。

图8是表示基体不同的弹簧指数D/W和压紧高度比的关系的图表(实施例1)。

图9是表示基体不同的弹簧指数D/W和重量比的关系的图表(实施例1)。

图10是表示弹簧指数D/W不同的扁平率T/W和应力比的关系的图表(实施例1)。

图11是表示弹簧指数D/W不同的扁平率T/W和压紧高度比的关系的图表(实施例1)。

图12是对基体为半圆部外径侧的弹簧钢丝的场合，改变α的值时的应力比的变化的图表(实施例1)。

图13是表示扁平率T/W不同的弹簧指数D/W和应力比的关系的图表(现有例)。

图14是表示扁平率T/W不同的弹簧指数D/W和压紧高度比的关系的图表(现有例)。

图15是表示根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图(现有例)。

图16是表示根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图(现有例)。

图17是表示根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图(现有例)。

图中：

1-螺旋弹簧，3-弹簧钢丝，4-螺旋部分的轴线，5-螺旋部分的内径侧部分，7-螺旋部分的外径侧，9、11-扁平面(成形抵接面)。

具体实施方式

(螺旋弹簧)

图1是本发明实施例1的螺旋弹簧的主视图，图2是螺旋形状内径侧的主要部分放大剖视图，图3是弹簧钢丝的放大剖视图，图4是表示用于弹簧钢丝的剖面的外周基础形状的说明图。

图1的螺旋弹簧1是安装在双质量飞轮、变矩器用锁定或湿式或干式的离合器机构用(用作设计)摩擦圆盘的扭振阻尼器(扭转振动衰减器)内的部件。弹簧钢丝3卷绕成螺旋形状，该螺旋弹簧1为自由状态，螺旋部分的轴线4为圆弧形状，该圆弧形状具有在组装状态下的曲率半径R。

如图2～图4所示，螺旋弹簧1的弹簧钢丝3相对由用X²+Y²＝b²表示的半圆形状的螺旋部分的内径侧部分5、和用(x/a)^α+(y/b)^α＝1表示的长径＝a、短径＝b的非圆形形状的螺旋部分的外径侧部分7构成的外周基础形状(图4)，成为设置了作为成形低接面的扁平面9、11的结构。α的值为α＝1.85～2.45的范围。

扁平面9、11设置在弹簧钢丝3的剖面形状的螺旋部分的轴线方向两侧，如图2、图3所示，以弹簧钢丝3的剖面形状成为楔状的方式相互倾斜形成。在本实施例中，扁平面9、11的倾斜沿着螺旋弹簧1的圆弧形状的曲率半径方向。扁平面9、11的宽度H取决于扁平率T/W，在本实施例中，被设定为T/W＝0.76。

该扁平面9、11通过扁平率T/W以及倾斜设定，具有相互角度(mutualangle)θ以及半圆形状的螺旋部分的内径侧部分5的最大尺寸T。相互角度θ以螺旋弹簧1的曲率中心为中心。

(应力分散)

图5是表示根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图(实施例1)。如图5所示，在弹簧钢丝3中，利用扁平面9、11可将螺旋部分的内径侧部分5的应力连续分散到扁平面9、11。与该扁平率T/W＝0.76的图15的例子相比较可知，在图5的本实施例中，减小扁平率的同时能够可靠地实现应力的连续的均匀的分散。

也可以相反地形成上述螺旋部分的内外径侧部分5、7的形状。

图6是表示在使螺旋部分的外径侧部分7为半圆形状、使螺旋部分的内径侧部分5为非圆形形状的场合根据有限单元法得到的应力分布状态的解析结果的说明图。即、图6的弹簧钢丝3A采用使螺旋部分的外径侧部分7为用X²+Y²＝b²表示的半圆形状，使该螺旋部分的内径侧部分5为用(x/a)^α+(y/b)^α＝1表示的长径＝a、短径＝b的非圆形形状的外周基础形状，并相对该外周基础形状在外周面上设置作为成形抵接面的扁平面9、11。如图6所示，即使该弹簧钢丝3A也能减小扁平率并且可靠地实现应力的连续的均匀的分散。而且，相比图5的例子，能够进一步实现连续的均匀的分散。

还有，对于具有图6的外周基础形状的螺旋弹簧，本申请的申请人已经提出过技术方案(日本特公平6-23583号公报)。

(应力比、压紧高度比、重量比)

图7是表示外周基础形状(基体)不同的弹簧指数D/W和应力比的关系的图表，图8是表示基体不同的弹簧指数D/W和压紧高度比的关系的图表，图9是表示基体不同的弹簧指数D/W和重量比的关系的图表，图10是表示弹簧指数D/W不同的扁平率T/W和应力比的关系的图表，图11是表示弹簧指数D/W不同的扁平率T/W和压紧高度比的关系的图表。

在图7～图9中，在外周基础形状(基体)为圆形、矩形、半圆部内径(图5的剖面形状)、半圆部外径侧(图6的剖面形状)的弹簧钢丝上设置了扁平面的情况下，在图7中，对使弹簧常数以及压紧高度为一定、扁平率为T/W＝0.76确认了应力比。在图8中，对使该弹簧常数以及应力为一定、扁平率为T/W＝0.76确认了压紧高度比。在图9中，对使弹簧常数以及应力为一定、扁平率为T/W＝0.76确认了重量比。图7～图9都对使扁平率T/W＝0.76、基体为圆形时为1，基体为矩形、半圆部内径侧(图5的剖面形状)、半圆部外径侧(图6的剖面形状)的各弹簧钢丝相对于各自的弹簧指数D/W确认了应力比、压紧高度比、质量比。

如图7～图9所示，基体为矩形的结果，应力比、压紧高度比、重量比都大幅度超过了基体为圆形的结果，对此，可确认基体为半圆部内径侧(图5的剖面形状)、半圆部外径侧(图6的剖面形状)的任意一个的弹簧钢丝的结果都低于基体为圆形时的应力、压紧高度、重量。

在图10中，对基体为半圆部外径侧(图6的剖面形状)的弹簧钢丝，使弹簧常数以及压紧高度为一定确认了应力比，在图11中，对基体为半圆部外径侧(图6的剖面形状)的弹簧钢丝，使弹簧常数以及应力为一定确认了压紧高度比。在图10、图11的任意一个中，都使扁平率T/W＝0.76时的应力以及压紧高度为1，使扁平率T/W变化并进行了确认。

如图10、图11所示，随着扁平率变小，任意一个弹簧指数D/W都可得到应力、压紧高度的同样的变化倾向。

(α和应力比)

图12是表示改变α的值时的应力比的变化的图表。图12涉及基体为半圆部外径侧(图6的剖面形状)、扁平率T/W＝0.76的弹簧钢丝，使弹簧常数、螺旋部分的外径、压紧高度为一定。图12作为比较例还同时表示了基体为圆形、扁平率T/W＝0.76、0.92的两例，和基体为矩形、扁平率T/W＝0.76的应力比。

这里，基体为圆形、使扁平率T/W＝0.92的应力比为1进行比较，若特定应力比低于1的范围，则根据图12，α＝1.85～2.45。如果在α＝1.85～2.45的范围，则相对于基体为圆形、扁平率T/W＝0.92的比较例来说，在设计方面是有利的。

(实施例1的效果)

本发明的实施例1，就卷绕成螺旋形状的弹簧钢丝3的剖面外周形状而言，是使螺旋部分的外径侧部分7或螺旋部分的内径侧部分5为用X²+Y²＝b²表示的半圆形状，使螺旋部分的内径侧部分5或螺旋部分的外径侧部分7为用(x/a)^α+(y/b)^α＝1表示的长径＝a、短径＝b的非圆形形状，并且使上述α＝1.85～2.45的范围的螺旋弹簧1，在上述弹簧钢丝3的剖面外周形状的螺旋部分的内外径侧部分5、7之间，沿螺旋部分的轴线4方向设置邻接的螺旋部分的部分可抵接的扁平面9、11，因此，利用扁平面9、11，以压紧状态稳定地接受负载的同时，减小扁平率T/W并缩短压紧长度，而且能够利用剖面形状在圆周方向的应力分散的连续性进一步提高应力分布的均匀性。

因此，在设计扭力阻尼器用螺旋弹簧等所需要的长冲程、低刚性的弹簧方面容易得到非常良好的品质。另外，能够使降低工作状态下的噪音和振动的发生的过滤器功能容易提高。组装在发动机系统中的扭振阻尼器(回程振动阻尼器)需要该功能。

由于将扁平面9、11设置在弹簧钢丝3的剖面形状的螺旋部分的轴线4方向两侧，因此能够可靠地接受螺旋压紧状态下的螺旋部分的轴线4方向的负载，能够可靠地抑制向螺旋部分的径向的偏移。

由于扁平面9、11以弹簧钢丝的剖面形状为楔状的方式相互倾斜形成，因此，即使在螺旋部分的轴线4为圆弧形状的场合，也能够可靠地接受螺旋部分的轴线4方向的负载，并能够可靠地抑制向螺旋部分的径向的偏移。

特别是螺旋部分的外径侧部分7为上述非圆形形状时，能够在螺旋弹簧1的圆弧形状的内周侧尽可能减少如图2那样给弹簧钢丝3的剖面形状带来的影响地形成扁平面9、11。

螺旋股线3的螺旋形状为自由状态，螺旋部分的轴线为圆弧形状，因此容易将螺旋部分的轴线4组装成圆弧形状，而且可根据扁平面9、11、螺旋部分的轴线4的圆弧形状容易地进行设定。

弹簧钢丝3的螺旋形状也可以设定成在组装状态下具有螺旋部分的轴线4的曲率半径R的形状。该场合，能够确保与扁平面9、11的螺旋部分的轴线4的曲率相应的设计自由度。

螺旋弹簧1可组装在双质量飞轮、变矩器用锁定或湿式或干式的离合器机构的扭振阻尼器(扭转振动衰减器)上。因此，可实现长冲程、低刚性的螺旋弹簧的应用。

(其他)

成形抵接面并不限于扁平面9、11，还可以由一些凸面或凹面形成。另外，成形抵接面也可以是弹簧钢丝3的螺旋部分的轴线4方向一方侧形成为一些凸面、另一方侧形成为一些凹面等。

Claims

1.一种螺旋弹簧，就卷绕成螺旋形状的弹簧钢丝的剖面外周形状而言，是使螺旋部分的外径侧部分或螺旋部分的内径侧部分的一方形成为用X²+Y²＝b²表示的半圆形状，使螺旋部分的内径侧部分或螺旋部分的外径侧部分的另一方形成为用(x/a)^α+(y/b)^α＝1表示的长径＝a、短径＝b的非圆形形状，并且使上述α的值为α＝1.85～2.45的范围，其特征在于，

在上述弹簧钢丝的剖面外周形状的螺旋部分的外径侧部分与螺旋部分的内径侧部分之间，设置在螺旋部分的轴线方向上邻接的螺旋部分的部分可抵接的成形抵接面。

2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧，其特征在于，

上述成形抵接面成形为扁平面。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋弹簧，其特征在于，

在上述弹簧钢丝的剖面形状的螺旋部分的轴线方向两侧设置上述成形抵接面。

4.根据权利要求3所述的螺旋弹簧，其特征在于，

上述两个成形抵接面以使弹簧钢丝的剖面形状形成楔状的方式相互倾斜形成。

5.根据权利要求1～4任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，

上述弹簧钢丝的螺旋形状为：在自由状态下螺旋部分的轴线为圆弧形状。

6.根据权利要求1～4任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，

上述螺旋股线的螺旋形状是螺旋部分的轴线具有组装状态下的曲率半径的圆弧形状。

7.根据权利要求1～6任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，

组装在双质量飞轮或者变矩器用锁定机构或者湿式或干式的离合器机构用摩擦圆盘的扭振阻尼器(扭转振动衰减器)内。