CN102494067B - 一种侧压力螺旋弹簧和带有该弹簧的密封圈 - Google Patents

Abstract

一种侧压力螺旋弹簧和带有该弹簧的密封圈。本发明提供一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一柱状体旋转弯曲成型，该柱状体的轴线就是弹簧的中心线，基本参数包括材料线径、弹簧外径和螺旋角；可绕制成柱状，也可以绕制成首尾相连的环状；其特征在于：所述螺旋角是一变量。该螺旋角前半圈为正螺旋角，呈后半圈为负螺旋角；前半圈与后半圈之间形成一螺旋角拐点的过渡面，正螺旋角的绝对值大于负螺旋角的绝对值；弹簧整体呈螺旋上升结构。该弹簧可应用于各种机械应用领域，尤其是密封领域，受力范围广，可为元器件提供多方位的应力补偿，其应力补偿方向可随时随外界作用方向的变化来调整，当压应力不在水平面上，而是和水平面呈一定角度时，本弹簧同样可以提供足够的应力补偿。

Description

一种侧压力螺旋弹簧和带有该弹簧的密封圈

技术领域

本发明涉及一种螺旋弹簧，尤其涉及一种能实现多方位应力补偿的侧压力螺旋弹簧；本发明还涉及一种安装了侧压力螺旋弹簧的密封圈。

背景技术

环形密封圈是应用非常广泛的一种机械零件，多用橡胶材料制成，常被应用于轴与孔之间的动态密封；由于橡胶材料富有伸缩性，大多数环形密封圈中嵌有一根弹簧。

由于现有技术的螺旋弹簧是用一直线材料缠绕一柱状体螺旋上升绕制而成，螺旋角为一常数，该弹簧只能在高度（即轴线）方向提供拉伸或压缩的应力补偿；而不能提供侧向（径向）应力补偿。所以，用普通螺旋弹簧作预紧力的环形密封件，多因应力补偿不足而造成密封件失效或弹簧脱落。

1997年10月22日，中国专利CN97103062.6，公开了一种《带有嵌入式环形螺旋弹簧的改进型密封件》，该发明将一个连续周向延伸的环形螺旋弹簧嵌在密封件的唇体中。唇体的轴向内表面部分地由多条间隔开的肋限定，其余部分由具有紧靠环形螺旋弹簧的径向和轴向最内部分的部分来限定。

该发明虽然对密封件进行了大的改进，有效地阻止了环形弹簧的脱落，但在密封件工作状态中，该环形螺旋弹簧的的拉应力是只能防止密封件的内唇的直径增大，而不能分别向内密封圈的内、外唇提供一个持续地应力补偿。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种能够实现多方位侧应力补偿且预紧力稳定的侧压力螺旋弹簧作为应力补偿元件。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一柱状体旋转弯曲成型，该柱状体的轴线就是弹簧的中心线，基本参数包括材料线径、弹簧外径和螺旋角；可绕制成柱状，也可以绕制成首尾相连的环状；

优选的，本发明一种侧压力螺旋弹簧的螺旋角是一变量。

所述螺旋角在前半圈为正螺旋角，呈上升趋势；所述螺旋角在后半圈为负螺旋角，呈下降趋势；所述前半圈与后半圈之间形成一螺旋角拐点的过渡面，该过渡面与弹簧的中心线重合。且所述正螺旋角的绝对值大于所述负螺旋角的绝对值；所以弹簧整体呈螺旋上升结构。

根据工作需要，本发明一种侧压力螺旋弹簧，可绕制成柱状，也可绕制成首尾相连的环状。制成柱状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一直线，其过渡面为一平面；制成环状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一个圆，其过渡面设为向内扭转45度，形成一圆锥面。

本发明还提供一种密封圈，包括弹簧和密封圈本体；所述弹簧就是本发明前述的侧压力螺旋弹簧，该弹簧被制成首尾相连的环状；所述密封圈本体上设有安装该弹簧的环形凹槽；所述环形凹槽的槽宽小于所述侧压螺旋弹簧的外径。

本发明的有益效果为：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种能够实现多方位侧应力补偿且预紧力稳定的侧压力螺旋弹簧作为应力补偿元件。

本发明可通过以下技术方案来实现：

本发明的侧压力螺旋弹簧不仅能够承受中心线方向的正应力，还能承受与环面呈不同角度的侧应力，可对元器件实现有效的应力补偿。将此弹簧安装在密封圈的凹槽内，弹簧对密封圈的内、外唇都提供了预紧力，动态密封效果大大提高。 

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1a是本发明一种侧压力螺旋弹簧的结构正面视图；

图1b是图1a所示弹簧的过渡面逆时针旋转45度时的示意图；

图1c是截取图1b其中的一圈演示弯曲顺序示意图；

图2是本发明一种侧压力螺旋弹簧模型展开示意图； 

图3a是本发明一种侧压力螺旋弹簧制成柱状时，受侧向外力的示意图；

图3b是图3a受到侧向外力后产生形变的示意图；

图4是本发明一种侧压力螺旋弹簧制成环状时，受径向和轴向切外力时的示意图；

图5a是本发明一种侧压力螺旋弹簧制成环状时，过渡面向内侧扭转45度的示意图；

图5b是图5a的垂直剖面示意图；

图6是本发明一种安装了侧压力螺旋弹簧的密封圈工作状态剖视图；

图7是图6的俯视图。

图中：

A、起始点；B、终止点；C、半圈拐点；D、中心线；E、过渡面；+F、正螺旋角；-F、负螺旋角；1、侧压力螺旋弹簧；2、密封圈本体；3、旋转轴；4、密封圈内唇口；5、密封圈外唇口。

具体实施方式

如图1a、1b、1c所示，本发明所述的一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一中心线旋转弯曲成型，其绕制顺序如图1c所示：从起始点A出发，围绕中心线D旋转，逐渐上升，经半圈拐点C后，改为逐渐旋转下降，最后到达终止点B，完成一圈；周而复始，直至需要的长度。 其中A、B两点的距离为弹簧的节距。显然，A、B、C中任意一点都可以理解为另一圈的起始点或拐点；于是在前半圈与后半圈之间就形成一个螺旋角拐点集合的过渡面E，该过渡面E还与弹簧的中心线D重合。

如图2所示，本发明一种侧压力螺旋弹簧展开后的模型是一条向上倾斜的波浪形曲线，该曲线的切线与水平轴的夹角就是螺旋角，显然该螺旋角是一个随材料缠绕角度变化而变化的变量。该螺旋角在前半圈（0°-90°-180°）为正螺旋角+F，呈上升趋势；后半圈（180°-270°-360°）为负螺旋角-F，呈下降趋势。由于正螺旋角+F的绝对值大于负螺旋角-F的绝对值；所以使弹簧整体呈螺旋上升结构。

本发明一种侧压力螺旋弹簧，根据工作需要可制成柱状，也可以制成首尾相连的环状。

如图3a、图3b所示，本发明一种侧压力螺旋弹簧制成柱状时，可承受来自轴向和切向的多种外力；受力后该弹簧将由图3a变形为图3b，并在受力面上形成一反弹力面，也使施力元器件获得了理想的预紧力（即平面应力补偿）。本发明一种侧压力弹簧制成柱状时，弹簧的过渡面E与中心线D重合，过渡面E为一平面，如图1b所示；

如图4所示，当本发明一种侧压力螺旋弹簧制成首尾相连的环状时，还可以同时承受来自内环向外的外力和外环向内和外力，即同时向内环和外环释放环形应力补偿。

本发明实施例的技术要点如图5a、图5b所示，为了使制成环状的弹簧在承受侧向外力的同时，也能承受旋转轴的转向切向外力，本发明一种侧压力弹簧制成环状时，并不是简单地将柱状的侧压力螺旋弹簧首尾相连，而是将过渡面E设为向内扭转45度，然后再首尾相连，使过渡面E由原始状态的圆柱面变形成为一个圆锥面。

图6所示是本发明的另一较佳实施例，一种带有侧压力螺旋弹簧的密封圈；包括侧压力螺旋弹簧1和密封圈本体2。

所述侧压力螺旋弹簧1制成图5b所示的首尾相连的环状；所述密封圈本体2上设有安装该弹簧的环形凹槽。

由于密封圈本体2上的环形凹槽的槽宽小于所述侧压力螺旋弹簧1的外径，所以必须将弹簧压偏变形才能安装嵌入环形凹槽内；变形弹簧释放的反弹力撑宽环形凹槽，使密封件的内唇口4向内环施加预紧力于旋转轴3，同时又使密封件的外唇口5向外环施加预紧力于安装孔，从而达到内、外密封效果。

如图7所示，实际上，安装在密封圈内的侧压力螺旋弹簧可能会受到各个方向的侧压力，当受侧压力时，弹簧会产生相应的形变，弹簧宽度增大或缩小；同时产生扭矩，在扭矩作用下，弹簧节距会增大或减小，螺旋角度会增大或减小。密封圈+弹簧联合体所受侧压力和切应力的方向与侧压力螺旋弹簧提供的补偿应力方向与之相反。从而给不同的元器件提供大小合适、方向广泛的预紧力，达到密封或者缓冲等等各种目的。

为了适应各种机械元器件使用，本发明一种侧压力螺旋弹簧的径向截面外形可制成正圆、椭圆、矩形或其它实用几何图形；为适应各种材料，本发明一种侧压力螺旋弹簧的线形材料的径向截面轮廓可设为正圆、椭圆、矩形或其它实用几何图形。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一柱状体旋转弯曲成型，该柱状体的轴线就是弹簧的中心线，基本参数包括材料线径、弹簧外径和螺旋角；可绕制成柱状，也可以绕制成首尾相连的环状；其特征在于：所述螺旋角是一个变量；所述螺旋角在前半圈为正螺旋角，呈上升趋势；所述螺旋角在后半圈为负螺旋角，呈下降趋势；所述前半圈与后半圈之间形成一螺旋角拐点的过渡面，该过渡面与弹簧的中心线重合；绕制成柱状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一直线，所述过渡面为一平面；绕制成首尾相连的环状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一个圆，所述过渡面设为向内扭转45度，形成一圆锥面。

2.根据权利要求1所述的一种侧压力螺旋弹簧，其特征在于：所述正螺旋角的绝对值大于所述负螺旋角的绝对值；弹簧整体呈螺旋上升结构。

3.一种密封圈，包括弹簧和密封圈本体；其特征在于：所述弹簧就是权利要求1所述的一种侧压力螺旋弹簧，该弹簧被制成首尾相连的环状；所述密封圈本体上设有安装该弹簧的环形凹槽。

4.根据权利要求3所述的一种密封圈，其特征在于：所述环形凹槽的槽宽小于所述侧压力螺旋弹簧的外径。

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