CN102016344B

CN102016344B - 异形截面螺旋弹簧

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Publication number: CN102016344B
Application number: CN2009801162299A
Authority: CN
Inventors: 矶部寿雄; 松本纯
Original assignee: Togo Seisakusho Corp
Current assignee: Togo Seisakusho Corp
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: CN102016344A; WO2009136514A1; JPWO2009136514A1; US8393602B2; JP5127921B2; US20110031667A1

Abstract

本发明的异形截面螺旋弹簧是将具有异形截面的线圈线材卷绕为弹簧形状，然后实施包括喷丸硬化处理的疲劳强度改善处理而成的，其特征在于，该异形截面螺旋弹簧的纵截面轮廓线的线圈内周侧部分在极坐标系以及直角坐标系中由下述算式(1)以及算式(2)来表示，x＝(LR-Δb)cos^nxrθ+Δb…(1) y＝SR sin^nyrθ…(2)，其中，在上述算式(1)以及算式(2)中，θ为上述极坐标系的偏角，且0°≤θ＜90°，270°≤θ＜360°，0.7≤nxr≤0.9，0.8≤nyr≤1.0，0.1SR≤Δb≤0.3SR。根据本发明，能够提供一种沿着线圈线材的截面周向具有更均匀且更高的疲劳强度的异形截面螺旋弹簧。

Description

异形截面螺旋弹簧

技术领域

本发明涉及一种异形截面螺旋弹簧(modified cross-section coil spring)，详细地说，涉及一种对异形截面的线圈线材进行卷绕后实施疲劳强度改善处理而成的异形截面螺旋弹簧。

背景技术

通常，螺旋弹簧是由截面为圆形的线圈线材而做成的。如果在这种螺旋弹簧上作用线圈轴向上的负荷，则在线圈线材的截面圆周上产生的表面应力中，线圈的内周侧的表面应力大于外周侧的表面应力。这是因为，在该线圈线材的截面圆周上产生的表面应力是除了受到线圈线材弯曲的影响(扭转力)之外还受到剪切力的影响而产生的。因此，在这种螺旋弹簧中，在表面应力变高的线圈内周侧，易于产生成为折损原因的裂纹。

因此，公知有如下的异形截面螺旋弹簧，即，为了尽可能地减少作用有线圈轴向上的负荷时产生的在线圈线材的截面圆周上的表面应力的偏差，而使线圈线材的截面成为近似卵形的异形截面(例如，参照日本特开昭59-190528号公报)。

如图8所示，对于该异形截面螺旋弹簧，在线圈线材80的沿着线圈轴向的纵截面中，在线圈内周侧具有卵形部81，在线圈外周侧具有扁平部82。即，线圈线材80的纵截面轮廓线由曲线部分(C-B-A-E-D)与直线部分(C-D)构成。此外，线圈线材80的纵截面轮廓线中的距离线圈中心轴最近的部位为异形截面螺旋弹簧的最内侧端A。

另外，在本说明书中记载有如下内容，即，“线圈内周侧”只要没有预先特别说明的情况下是指线圈线材的沿着线圈轴向的纵截面中的线圈内周侧(螺旋弹簧的中心侧)，“线圈外周侧”在只要没有预先说明的情况下是指线圈线材的沿着线圈轴向的纵截面中的线圈外周侧(与螺旋弹簧的中心侧相反的一侧)，并且在该异形截面螺旋弹簧中，在螺旋弹簧的最外侧部设置扁平部82，从而能够由线圈外周侧较大分担作用有轴向负荷时的应力，其结果，能够使作用有轴向负荷时的表面应力在线圈线材80的截面圆周上均匀化。

发明内容

然而，通常，为了提高疲劳强度，而对螺旋弹簧(包括异形截面弹簧)实施喷丸硬化(shot peening)处理等疲劳强度改善处理。但是，在螺旋弹簧上，由于其立体结构(线圈线材的重叠程度等)，而存在易于进行喷丸硬化处理的部位(例如，图8所示的最内侧端A附近)和难于进行处理的部位(例如，从图8所示的途中的部位至B端或E端附近，该途中的部位是从最内侧端A至B端或E端的途中的部位)。因此，通过喷丸硬化处理等而使螺旋弹簧的疲劳强度进行改善的程度在线圈线材的截面周向上不同。

图9示出对通常的螺旋弹簧实施喷丸硬化等疲劳强度改善处理时的线圈内周侧(A端至B端附近)的疲劳强度比例的分布。此外，在图9中，在极坐标系中，偏角θ为0°的位置(A端)是距离线圈的中心轴最近的位置。另外，B端位于偏角θ为90°的位置，E端位于偏角θ为270°的位置。此外，疲劳强度比例是指，在将偏角θ为0°的位置(A端)的疲劳强度设为1.0(100％)的情况下的、偏角为各角度的位置的疲劳强度的比例。

另外，如能够从图9理解出的那样，在对通常的螺旋弹簧实施疲劳强度改善处理的情况下，疲劳强度比例从螺旋弹簧的A侧(最内侧端)向B端(或E端)侧降低。即，在线圈线材的截面周向上，从距离线圈中心轴最近的部位(A端侧，0°附近)沿着截面周向，越向B端或E端，喷丸硬化处理的难易度越难，伴随于此，疲劳强度的改善程度越低。这在以往的异形截面螺旋弹簧中也同样。

但是，在以往的异形截面螺旋弹簧中，想要通过使线圈线材80的纵截面轮廓线(截面形状)成为规定的异形，来改善作用有轴向负荷时的表面应力分布的偏差，但没有考虑到喷丸硬化处理等疲劳强度改善处理后的疲劳强度。因此，以往的异形截面螺旋弹簧的等应力设计截面轮廓线不能够成为等疲劳强度截面线。即，在线圈线材80的截面周向上，在线圈内周侧存在疲劳强度低的部位。

另外，以往的异形截面线圈通过很少的绘图参数来设计线圈线材80的纵截面轮廓线。如果绘图参数少，则不能够细微的调整并设计纵截面轮廓线。因此，在以往的异形截面线圈中，即使在考虑到由疲劳强度改善处理带来的疲劳强度改善程度的周向分布的基础上，对纵截面轮廓线进行细微的调整，也不能够足够地应对该细微的调整。

本发明是鉴于上述的情况而提出的，其目的在于提供一种沿着线圈线材的截面周向具有更均匀且更高的疲劳强度的异形截面螺旋弹簧。

本发明人为了能够细微调整并设计纵截面轮廓线，重新编写了将截面参数细分化的纵截面轮廓线的算式。另外，调查疲劳强度改善处理对表面应力分布的影响，通过实验等求出线圈线材的截面周向上的疲劳强度改善程度的分布。而且，考虑了线圈线材的截面周向上的疲劳强度改善程度的分布，并通过有限单元法(FEM)研究并算出上述纵截面轮廓线的新的算式中的参数值，从而设计线圈线材的纵截面轮廓线使其接近等疲劳强度截面线，由此完成本发明。而且，确认了纵截面轮廓线中的线圈外周侧的形状几乎不对线圈内周侧的表面应力分布产生影响。

(1)这样完成的本发明的异形截面螺旋弹簧，其是将具有异形截面的线圈线材卷绕为弹簧形状，然后实施包括喷丸硬化处理的疲劳强度改善处理而成的，其特征在于，在具有极点和从该极点向线圈中心轴并在线圈半径方向上延伸的极轴的极坐标系中，上述线圈线材的沿着线圈轴向的纵截面轮廓线形成为以上述极点为中心并且以上述线圈半径方向为长轴方向的大致椭圆形，且使上述纵截面轮廓线的长轴侧最大直径为2LR，使上述纵截面轮廓线的短轴侧最大直径为2SR，使上述长轴方向上的偏心系数为Δb，并且，在以上述极点为原点，以上述极轴为x轴的正向的部分的直角坐标系中，在将内侧x轴系数设为nxr，将内侧y轴系数设为nyr时，上述纵截面轮廓线的线圈内周侧部分通过下述算式(1)以及算式(2)表示，

x＝(LR-Δb)cos^nxrθ+Δb …(1)

y＝SR sin^nyrθ …(2)

其中，在上述算式(1)以及算式(2)中，θ为上述极坐标系的偏角，且0°≤θ＜90°，270°≤θ＜360°，0.7≤nxr≤0.9，0.8≤nyr≤1.0，0.1SR≤Δb≤0.3SR。

在此，上述线圈轴向为异形截面螺旋弹簧的中心轴线。另外，上述线圈半径方向为与异形截面螺旋弹簧的中心轴线垂直的方向。

上述大致椭圆形不是几何学中定义的椭圆形，而是近似椭圆形的形状。该大致椭圆形的轮廓线是基于规定的算式决定的，包括仅由曲线部形成的轮廓线以及由曲线部和直线部形成的轮廓线。

在本发明的异形截面螺旋弹簧中，通过上述算式(1)以及算式(2)表示线圈线材的纵截面轮廓线的线圈内周侧部分。即，在本发明的异形截面螺旋弹簧中，为了设计纵截面轮廓线的线圈内周侧部分，使用包括偏心系数Δb、内侧x轴系数nxr以及内侧y轴系数nyr这3个参数的新的算式。由此，能够细微地调整且设计纵截面轮廓线的线圈内周侧部分。

另外，上述算式(1)以及算式(2)中的偏心系数Δb、内侧x轴系数nxr以及内侧y轴系数nyr这3个参数的范围是在考虑包括喷丸硬化处理的疲劳强度改善处理对表面应力分布的影响的基础上而设计的，以使线圈内周侧部分的截面周向上的疲劳强度更均匀且更高。

因此，本发明的异形截面螺旋弹簧在线圈线材的截面周向中的线圈内周侧部分具有更均匀且更高的疲劳强度。

(2)优选在上述直角坐标系中，在将外侧x轴系数设为nxl，将外侧y轴系数设为nyl时，上述纵截面轮廓线的线圈外周侧部分通过下述算式(3)以及算式(4)表示，

x＝-{(LR-Δb)|cos^nxlθ|-Δb} …(3)

y＝SR sin^nylθ …(4)

其中，在上述算式(3)以及算式(4)中，90°≤θ＜270°，0.8≤nxl≤1.6，0.3≤nyl≤0.6，Δb与上述算式(1)以及算式(2)中Δb的值相等。

根据该结构，通过上述算式(3)以及算式(4)表示线圈线材的截面轮廓线的线圈外周侧部分。即，为了设计纵截面轮廓线的线圈外周侧部分，而利用包括偏心系数Δb、外侧x轴系数nxl以及外侧y轴系数nyl这3个参数的新的算式。由此，能够细微调整且设计纵截面轮廓线的线圈外周侧部分。

另外，如上所述，本发明者通过实验等明确线圈线材的纵截面轮廓线中的线圈外周侧的形状几乎不对线圈内周侧的表面应力分布产生影响。因此，对上述算式(3)以及算式(4)中的偏心系数Δb、外侧x轴系数nxl以及外侧y轴系数nyl这3个参数的范围进行设定，以使纵截面轮廓线中的线圈外周侧的部分局部包括直线或近似直线的线。即，通过上述算式(3)以及算式(4)表示纵截面轮廓线的线圈外周侧部分的线圈线材在线圈外周侧具有平坦面或大致平坦的面。由此，构成纵截面轮廓线的形状在线圈内周侧与线圈外周侧不同的线圈线材。因此，在将该线圈线材卷绕为螺旋弹簧形状时，能够简单地识别线圈线材的“成为线圈内周侧”的一侧和“成为线圈外周侧”的一侧，从而提高其作业效率，并且可靠地制造具有高疲劳强度的异形截面螺旋弹簧。

而且，对上述算式(3)以及算式(4)中的偏心系数Δb、外侧x轴系数nxl以及外侧y轴系数nyl这3个参数的范围进行设定，以使线圈外周侧部分的截面周向的疲劳强度更均匀且更高。因此，该异形截面螺旋弹簧在线圈线材的整个截面周向上具有更均匀且更高的疲劳强度。

(3)优选上述纵截面轮廓线在至少10°≤θ≤70°以及290°≤θ≤350°的上述偏角的范围内，成为等疲劳强度截面线或等疲劳强度近似截面线。

在此，上述等疲劳强度近似截面线是疲劳强度维持在某个恒定的允许范围(从平均值波动±10％)内的截面线。

(4)在本发明的异形截面螺旋弹簧中，优选在将线圈的重心直径设为D，将线圈的圆线换算直径设为d时，弹簧指数(D/d)为3.0～6.0。

(5)本发明的异形截面螺旋弹簧优选用于汽车用手动变速器的离合减振器或自动变速器锁止减振器。

附图说明

图1是通过极坐标系表示实施例的异形截面螺旋弹簧的纵截面轮廓线的图。

图2是比较以往的疲劳强度改善处理实施后的考虑了异形截面螺旋弹簧的表面应力的疲劳强度比例的分布与本实施方式的疲劳强度改善处理实施后的异形截面螺旋弹簧的考虑了表面应力的疲劳强度比例的分布的图。

图3是表示实施例的异形截面螺旋弹簧的纵截面轮廓线的可调整的区域的图。

图4是表示实施例的异形截面螺旋弹簧的线圈线材的纵截面轮廓线的线圈内周侧部分的表面应力分布的图。

图5是表示比较例的异形截面螺旋弹簧的纵截面轮廓线的线圈内周侧部分的表面应力分布的图。

图6是表示实施例以及比较例的异形截面螺旋弹簧的偏心系数(central offset coefficient)Δb对异形截面螺旋弹簧的内周侧的表面应力分布的影响的图。

图7是表示实施例的异形截面螺旋弹簧的外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl对异形截面螺旋弹簧的内周侧的表面应力分布的影响的图。

图8是表示以往的“异形截面”螺旋弹簧的纵截面的图。

图9是表示对通常的螺旋弹簧实施疲劳强度改善处理后的螺旋弹簧的疲劳强度比例的分布的图。

具体实施方式

本实施方式的异形截面螺旋弹簧是将线圈线材卷绕为弹簧形状而成的。而且，对卷绕形成的异形截面螺旋弹簧实施疲劳强度改善处理。此外，疲劳强度改善处理至少包括喷丸硬化处理，并具有其他的处理工序。

另外，本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈线材为异形截面。具体地说，如图1所示，本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的纵截面轮廓线10形成为大致椭圆形，该大致椭圆形在具有极点O和从极点O向线圈中心轴并在线圈半径方向上延伸的极轴OX的极坐标系中，以极点O为中心并且以线圈半径方向为长轴方向。此外，图1表示本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的沿着线圈轴向的纵截面轮廓线10。

另外，线圈线材1的纵截面轮廓线10具有内周侧部分101和外周侧部分102，外周侧部分102还具有两个曲线部分1021和形成在其间的大致直线的直线部分1022。

在上述极坐标系中，纵截面轮廓线10的长轴侧最大直径为2LR，纵截面轮廓线10的短轴侧最大直径为2SR，长轴方向上的偏心系数为Δb，并且在以极点O为原点，以极轴OX为x轴的正向的部分的直角坐标系中，在将内侧x轴系数设为nxr，将内侧y轴系数设为nyr时，本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的纵截面轮廓线10的线圈内周侧部分101由上述算式(1)以及算式(2)表示。

在此，对于本实施方式的异形截面螺旋弹簧，在上述算式(1)以及算式(2)中，0°≤θ＜90°，270°≤θ＜360°，0.7≤nxr≤0.9，0.8≤nyr≤1.0，0.1SR≤Δb≤0.3SR。

通过使内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr以及偏心系数Δb处于上述范围内，能够在考虑包括喷丸硬化处理的疲劳强度改善处理对表面应力分布的影响的基础上，使疲劳强度在线圈内周侧部分101的截面周向上变得更均匀且更高。另外，优选0.7≤nxr≤0.85，0.9≤nyr≤1.0，0.15SR≤Δb≤0.25SR。

另外，在将外侧x轴系数设为nxl，将外侧y轴系数设为nyl时，本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的纵截面轮廓线10的线圈外周侧部分102由上述算式(3)以及算式(4)表示。

在此，对于本实施方式的异形截面螺旋弹簧，在上述算式(3)以及算式(4)中，90°≤θ＜270°，0.8≤nxl≤1.6，0.3≤nyl≤0.6，Δb与上述算式(1)以及算式(2)中的Δb的值相等。

通过使外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl处于上述范围内，能够使疲劳强度在线圈外周侧部分102的截面周向上变得更均匀且更高。

这样，通过将nxr、nyr、nxl、nyl、Δb这5个参数设定在上述规定范围内，本实施方式的异形截面螺旋弹簧能够在线圈线材1的纵截面轮廓线10的整个周向上具有更均匀且更高的疲劳强度。即，通过对线圈线材1的纵截面轮廓线(截面形状)10进行细微地调整，能够减轻疲劳强度改善处理对表面应力的恶劣影响，其结果，如图2所示，能够形成沿着本实施方式的异形截面螺旋弹簧(实线所示)的线圈线材1的截面周向具有更均匀且更高的疲劳强度的异形截面螺旋弹簧。图2是比较关于本实施方式的异形截面螺旋弹簧(实线所示)以及以往的异形截面螺旋弹簧(虚线所示)的、考虑了表面应力的疲劳强度比例的图。此外，“考虑了表面应力的疲劳强度比例”中的“考虑了表面应力”是指考虑了截面周向的应力的变化，在此的“表面应力”是指在表面产生的剪切应力。

如图2所示，在以往制品(虚线所示)中，在线圈线材的纵截面轮廓线的一周上，考虑了表面应力的疲劳强度比例在偏角θ为10°～70°之间形成为谷状，并且在40°附近形成谷底。

另一方面，还如图9所示，在通常的螺旋弹簧中，在实施了喷丸硬化等的疲劳强度改善处理的情况下，线圈线材的线圈内周侧的疲劳强度比例在偏角θ为大约10°以上时开始减小，尤其在偏角θ为10°至45°附近之间，疲劳强度比例急剧减小。其结果，如图2所示，在以往的异形截面螺旋弹簧中，考虑了表面应力的疲劳强度比例的降低易于集中在偏角θ为10°附近至60°附近的部分上，尤其在偏角θ为10°附近至45°的范围内，疲劳强度比例有急剧降低的趋势(图2中虚线所示)。

相对于此，本实施方式的异形截面螺旋弹簧(实线所示)在线圈线材1整个截面周向上，尤其在内周侧部分101(0°≤θ＜90°，270°≤θ＜360°也相同)上，在周向得到更均匀的考虑了表面应力的疲劳强度比例。因此，本实施方式的异形截面螺旋弹簧具有更均匀且更高的疲劳强度。

另外，通过利用上述5个参数，在本实施方式的异形截面螺旋弹簧中，能够自由设定线圈线材1的纵截面轮廓线10，使得其表面应力分布更均匀且更高(图3所示)。图3表示通过将上述5个参数设定在规定范围内，而能够对本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的纵截面轮廓线10(截面形状)进行调整的区域的一个例子。

具体地说，如图3所示，在本实施方式的异形截面螺旋弹簧中，通过将内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr以及偏心系数Δb设定在规定范围内，能够在线圈线材1的纵截面轮廓线10的内周侧部分101上维持更均匀且更高的疲劳强度，另外，通过将外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl设定在规定范围内，能够自由地调整纵截面轮廓线10的外周侧部分102的直线部分1022的长度等。

另外，本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1通过将外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl调整至上述范围内，而在线圈外周侧形成平坦面或大致平坦的面。由此，由于构成纵截面轮廓线10的形状在线圈内周侧和线圈外周侧不同的线圈线材1，所以在将该线圈线材1卷绕为异形截面螺旋弹簧形状时，能够简单地识别线圈线材1的“成为线圈内周侧”的一侧和“成为线圈外周侧”的一侧，从而能够提高其作业效率，并且可靠地制造具有高的疲劳强度的异形截面螺旋弹簧。

另外，在本实施方式的异形截面螺旋弹簧的线圈的重心直径为D，线圈的圆线换算直径为d时，能够使弹簧指数(D/d)为3.0～6.0。在此，重心直径为在异形截面的重心位置的线圈直径。另外，圆线换算直径为截面积与异形截面的截面积相同的正圆线的直径。

在此，在弹簧指数(D/d)在3.0以下的情况下，在加工上存在问题而难于成形，另外，在弹簧指数(D/d)在6.0以上时，由异形线带来的表面应力分散效果差，另外，疲劳强度的降低比例变得并不是图9所示的程度。

本实施方式的异形截面螺旋弹簧例如能够通过以下的4个步骤来进行制造。首先，预先设定异形截面螺旋弹簧的基本形状。然后，为了调查疲劳强度改善处理对表面应力分布的影响，通过实验等求出在线圈线材的截面周向上的疲劳强度改善程度的分布。接着，根据疲劳强度改善程度的分布的实验数据进行研究和计算，使得上述各参数值在规定范围内，然后设计线圈线材的纵截面轮廓线使其接近等疲劳强度截面线。使用具有最终设计出的纵截面轮廓线(截面形状)的线圈线材进行卷绕加工，然后进行疲劳强度改善处理，由此制造出异形截面螺旋弹簧。

以下，更具体说明本实施方式的异形截面螺旋弹簧的制造方法中的上述4个步骤。

首先，要制造异形截面螺旋弹簧，需要决定异形截面螺旋弹簧的基本形状，因而预先决定该基本形状。

然后，将线圈线材1(不考虑截面形状)卷绕加工为上述基本形状，形成实验用螺旋弹簧。对实验用螺旋弹簧实施实际制造异形截面螺旋弹簧时进行的疲劳强度改善处理。调查因线圈线材1的重叠程度而产生的疲劳强度改善程度的分布。具体地说，分别求出实施疲劳强度改善处理前后的在线圈线材的截面周方上的表面应力分布，根据其差异求得疲劳强度比例的分布。此外，在此，采用通过实验调查疲劳强度改善程度的分布的方法，但是，还能够采用其他方法，例如，能够采用通过个人电脑中的模拟来调查疲劳强度比例的方法。

接着，按照通过疲劳强度改善处理形成的疲劳强度改善程度的分布的实验数据，通过有限单元法(FEM)，使在算式(1)～算式(4)中使用的参数值最优化，从而设计线圈线材的纵截面轮廓线10使其接近等疲劳强度截面线。

最后，对具有最终设计出的纵截面轮廓线10(截面形状)的线圈线材1进行实际卷绕加工，然后进行疲劳强度改善处理，制造出异形截面螺旋弹簧。

这样制造出的本实施方式的异形截面螺旋弹簧优选用于汽车用手动变速器的离合减振器(clutch damper)或自动变速器的锁止减振器(lock-up damper)。

(实施例)

在图1所示的极坐标系中，由上述算式(1)～算式(4)表示本实施例的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的纵截面轮廓线(截面形状)10。

如图1所示，本实施例的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的纵截面轮廓线10具有内周侧部分101和外周侧部分102。另外，外周侧部分102具有两个曲线部分1021和在两个曲线部分1021之间形成的大致直线的直线部分1022。

另外，在本实施例中，对具有满足上述算式(1)～算式(4)的纵截面轮廓线10的线圈线材1进行卷绕加工，然后进行一定条件的喷丸硬化处理，从而制造出螺旋弹簧。

此外，关于卷绕加工的条件，利用油回火丝线(oil tempering wire)，通过冷处理进行卷绕成形，而且，为了去除卷绕时的残留应力，在450℃的条件下，以均匀的温度进行30分钟以上的低温退火。另外，关于喷丸硬化处理的条件，在以粒径

(HV550)进行30分钟的1级(one-stage)喷丸硬化处理之后，为了恢复扭转屈服点，以225℃的条件，以均匀的温度进行15分以上的低温退火。

基于各实施例，研究上述算式(1)～算式(4)中的参数即内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr、外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl以及偏心系数Δb对线圈线材1的截面周向的表面应力分布的影响。

(实施例1～6)

在实施例1～6中，在上述算式(1)～算式(4)中，将外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl以及偏心系数Δb固定，如表1所示使内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr变化，通过个人电脑模拟异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的(内周侧部分101)的表面应力分布(图4所示)。此外，图4表示实施例1～6的线圈线材1的纵截面轮廓线10(内周侧部分101)的模拟出的表面应力分布。该表面应力分布是卷绕加工后(喷丸硬化处理前)的线圈线材1的表面应力分布。

[表1]

Figure DEST_PATH_RE-GPA00001253018600031

如能够从图4所示的实施例1～6理解出的那样，通过使内侧x轴系数nxr在0.7～0.9的范围内，使内侧y轴系数nyr在0.8～1.0的范围内，在偏角θ处于10°附近至45°附近之间，能够得到在截面周向上表面应力进行规定的减小的趋势。另外，即使偏角θ超过45°也能够得到大致平坦的曲线(表面应力分布)。尤其在使内侧x轴系数nxr在0.7～0.8的范围内且使内侧y轴系数nyr在0.9～1.0的范围内的实施例1～4中，在偏角θ处于10°附近至45°附近之间，随着偏角θ增加，表面应力缓缓减小。对在卷绕加工后具有这样的表面应力分布的线圈线材1，实施喷丸硬化等疲劳强度改善处理，从而能够有效地抑制表面应力在线圈线材1的线圈内周侧部分且在周向上不均匀的情况，因此，能够得到在周向上更均匀的考虑了表面应力的疲劳强度比例(图2中以实线表示)。

即，预先考虑因喷丸硬化等疲劳强度改善处理而引起的线圈线材1的纵截面轮廓线10的周向上的疲劳强度的改善程度的差异(尤其在10°＜0＜45°的范围内)，利用内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr，细微地对异形截面螺旋弹簧的纵截面轮廓线10(截面形状)进行操作，由此设计具有在周向上更均匀的考虑了表面应力的疲劳强度比例的异形截面螺旋弹簧。因此，能够制造具有更均匀且更高的疲劳强度的异形截面螺旋弹簧。另外，如图2所示，本实施例的异形截面螺旋弹簧的考虑了表面应力的疲劳强度比例的值在偏角θ为10°～70°的范围内在周向上大致均匀。

(比较例1～11)

以下，作为比较例研究在将内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr设定在规定范围外的情况下，这些参数对线圈线材的沿着截面周向的表面应力的分布的影响。

比较例1～11与实施例1基本相同，但是将内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr的设定变为规定范围外。此外，在比较例1～11中，如表2那样使nxr、nyr变化，通过个人电脑模拟异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的(内周侧部分101)的表面应力分布(图5所示)。图5表示比较例1～11的线圈线材1的纵截面轮廓线10(内周侧部分101)上的模拟出的表面应力分布。

[表2]

如能够从图5理解出的那样，在比较例2～9所示的异形截面螺旋弹簧中，在偏角θ在0°～20°的范围内，沿着线圈线材1的纵截面轮廓线10的周向(内侧部分101)，表面应力的分布为增加的趋势。因此，即使对这些异形截面螺旋弹簧实施喷丸硬化处理，也不能够有效地使考虑了表面应力的疲劳强度比例在周向上均匀化，不能够得到等疲劳强度(近似)截面线。

另外，如能够从图5理解出的那样，在比较例1、10、11所示的异形截面螺旋弹簧中，在偏角θ在10°～45°的范围内，沿着线圈线材1的纵截面轮廓线10的周向(内侧部分101)，表面应力的分布为减小的趋势，但是在偏角θ超过45°时成为急剧上升的趋势，其上升程度大。因此，即使对这些异形截面螺旋弹簧实施喷丸硬化处理，也不能够有效地使考虑了表面应力的疲劳强度比例在周向上均匀化，不能够得到等疲劳强度(近似)截面线。

如能够从图5所示的比较例1～11理解出的那样，在比较例2～9中，由于从偏角θ为10°附近开始，表面应力的分布没有降低的趋势，从而不利于使疲劳强度改善处理后的考虑了表面应力的疲劳强度比例均匀化。另外，在比较例1、10、11中，从偏角θ为10°附近开始，表面应力的分布具有降低的趋势，但是在超过45°时，具有急剧上升的趋势，从而同样不利于使疲劳强度改善处理后的表面应力均匀化。

而且，在内侧x轴系数nxr小于0.7时，如果偏角θ超过45°则表面应力易于变为急剧上升的趋势，另一方面，在内侧x轴系数nxr大于0.9时，偏角θ为0°附近的考虑了表面应力的疲劳强度比例易于变为过度下降的趋势。

将图5所示的比较例1～11与图4所示的实施例1～6进行比较，实施例1～6的异形截面螺旋弹簧的(内周侧)表面应力分布在偏角θ从10°附近至45°附近的范围内变为规定的下降趋势，而且即使超过45°，也不成为急剧上升的趋势，因此有利于使疲劳强度改善处理后的考虑了表面应力的疲劳强度比例均匀化。

(实施例7～9)

实施例7～9基本与实施例1相同，进一步，分别将内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr固定为0.75、1.0，并使偏心系数Δb的设定发生变更。

在实施例7～9中，在如表3所示那样使Δb变更的基础上，通过个人电脑模拟异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的(内周侧部分101)的表面应力分布(图6所示)。此外，图6表示实施例7～9的线圈线材1的纵截面轮廓线10(内侧周部分101)上的模拟出的表面应力分布。

[表3]

Figure DEST_PATH_RE-GPA00001253018600051

如从图6能够理解出的那样，在实施例7～9的异形截面螺旋弹簧中，在偏角θ在10°～45°的范围内，沿着线圈线材1的纵截面轮廓线10的周向(内侧)，表面应力的分布具有规定的减小趋势。另外，偏角θ为45°附近的表面应力低于0°附近的表面应力。因此，通过将偏心系数Δb设定在规定的范围内，能够通过喷丸硬化处理而有效地促进提高考虑了表面应力的疲劳强度比例，对于线圈线材1的纵截面轮廓线10，能够对考虑了表面应力的疲劳强度比例进行微调整以变为等疲劳强度(近似)截面线。

(比较例12、13)

以下，说明将Δb设定在规定范围外进行模拟的比较例。

比较例12、13与实施例7～9基本相同，将偏心系数Δb的设定变为规定范围外。

在比较例12、13中，在如表4所示那样使Δb变更的基础上，通过个人电脑模拟异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的(内周侧部分101)的表面应力分布(图6所示)。

[表4]

Figure DEST_PATH_RE-GPA00001253018600061

如能够从图6理解出的那样，在比较例12、13的异形截面螺旋弹簧中，在偏角θ在10°～45°的范围内，沿着线圈线材1的纵截面轮廓线10的周向(内侧)，表面应力的分布没有出现规定的减小趋势。另外可知，偏角θ为45°附近的表面应力大于0°附近的表面应力。因此，在该异形截面螺旋弹簧中，不能够通过喷丸硬化处理有效地提高考虑了表面应力的疲劳强度比例，不能够得到等疲劳强度(近似)截面线。

另外，如将图6所示的实施例7～9与比较例12、13进行比较而能够理解出的那样，通过将偏心系数Δb调整在规定范围内，能够调整线圈线材1的纵截面轮廓线10(截面形状)，细微地对表面应力曲线的倾斜程度进行修正。

另一方面，在偏心系数Δb超过0.3SR时，偏角θ为45°附近的表面应力大于0°附近的表面应力，不利于使疲劳强度改善处理后的考虑了表面应力的疲劳强度比例均匀化。

(实施例10～18)

在实施例10～18中，在上述算式(1)～算式(4)中，固定内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr以及偏心系数Δb，并如表5所示使外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl变化，通过个人电脑模拟异形截面螺旋弹簧的表面应力分布(图7所示)。此外，图7表示实施例10～18的异形截面螺旋弹簧的纵截面轮廓线10的外周侧部分102上的模拟出的表面应力分布。

[表5]

Figure DEST_PATH_RE-GPA00001253018600071

如能够从图7理解出的那样，在实施例10～18的异形截面螺旋弹簧中，在线圈线材1的纵截面轮廓线10的周向上，外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl几乎不对纵截面轮廓线10的外周侧部分102的表面应力分布产生影响。此外，通过设定nxl、nyl，能够决定线圈线材的纵截面轮廓线10的外周侧部分102的形状。

如能够从图7所示的实施例10～18理解出的那样，通过使外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl变化，能够对外周侧的表面应力分布进行微调整。另外，还如图3所示，通过对外侧x轴系数nxl以及外侧y轴系数nyl进行调整，能够将异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的纵截面轮廓线10的外周侧部分102的线形从曲线设定为直线或接近直线的线形。由此，形成纵截面轮廓线10的形状在线圈内周侧101与线圈外周侧102不同的线圈线材1。因此，在将该线圈线材1卷绕为螺旋弹簧形状时，能够简单识别线圈线材1的“成为线圈内周侧”的一侧和“成为线圈外周侧”的一侧，从而提高异形截面螺旋弹簧的生产效率。

这样，通过适当地将内侧x轴系数nxr、内侧y轴系数nyr以及(原点的)偏心系数Δb设定在规定的范围内，能够细微地调整线圈线材1的纵截面轮廓线(截面形状)的内周侧部分101。另外，通过适当地将外侧x轴系数nxl、外侧y轴系数nyl以及偏心系数Δb设定在规定的范围内，能够细微地调整线圈线材1的纵截面轮廓线1的外侧部分102。由此，能够使本实施例的异形截面螺旋弹簧的线圈线材1的截面周向具有更均匀且更高的疲劳强度，从而有效地抑制由于线圈内周侧的表面应力变高而引起的折损，来延长螺旋弹簧的疲劳寿命。

产业上的可利用性

本发明的异形截面螺旋弹簧优选用于汽车用手动变速器的离合减振器或自动变速器的锁止减振器等。

Claims

1.一种异形截面螺旋弹簧，将具有异形截面的线圈线材卷绕为弹簧形状后，并实施包括喷丸硬化处理的疲劳强度改善处理而形成，其特征在于，

在具有极点和从该极点向线圈中心轴并在线圈半径方向上延伸的极轴的极坐标系中，上述线圈线材的沿着线圈轴向的纵截面轮廓线形成为以上述极点为中心并且以上述线圈半径方向为长轴方向的大致椭圆形，且使上述纵截面轮廓线的长轴侧最大直径为2LR，使上述纵截面轮廓线的短轴侧最大直径为2SR，使上述长轴方向上的偏心系数为Δb，并且，在以上述极点为原点，以上述极轴为x轴的正向的部分的直角坐标系中，在将内侧x轴系数设为nxr，将内侧y轴系数设为nyr时，上述纵截面轮廓线的线圈内周侧部分通过下述算式(1)以及算式(2)表示，

x＝(LR-Δb)cos^nxrθ+Δb …(1)

y＝SR sin^nyrθ …(2)

2.如权利要求1所述的异形截面螺旋弹簧，其特征在于，

在上述直角坐标系中，在将外侧x轴系数设为nxl，将外侧y轴系数设为nyl时，上述纵截面轮廓线的线圈外周侧部分通过下述算式(3)以及算式(4)表示，

x＝-{(LR-Δb)|cos^nxlθ|-Δb}…(3)

y＝SR sin^nylθ …(4)

3.如权利要求1所述的异形截面螺旋弹簧，其特征在于，

上述纵截面轮廓线在上述偏角至少为10°≤θ≤70°以及290°≤θ≤350°的范围内，成为等疲劳强度截面线或等疲劳强度近似截面线。

4.如权利要求1所述的异形截面螺旋弹簧，其特征在于，

在将线圈的重心直径设为D，将线圈的圆线换算直径设为d时，弹簧指数(D/d)为3.0～6.0，所述重心直径为在异形截面的重心位置的线圈直径，所述圆线换算直径为截面积与异形截面的截面积相同的正圆线的直径。

5.如权利要求1所述的异形截面螺旋弹簧，其特征在于，用于汽车用手动变速器的离合减振器或自动变速器锁止减振器。