CN103291792A - 一种变刚度组合弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧，尤其涉及一种弹簧刚度可以调节的变刚度组合弹簧。一种变刚度组合弹簧，其特征在于：包括弹簧本体和位于弹簧本体外的支撑圈，所述的弹簧本体包括至少三段的刚度不同的弹簧体，支撑圈上设有定位件，定位件与支撑圈内的弹簧体相接。本发明提供了一种结构简单，在弹簧两端可以承受不同负荷，调节刚度方便，不需要导向杆，行程大外径空间小，轻量化的一种变刚度组合弹簧；解决了现有技术中存在的结构复杂，需要导向杆使得弹簧体积增大，不能满足弹簧两端分别位移时，产生不同负荷的技术问题。

Description

一种变刚度组合弹簧

技术领域

本发明涉及一种弹簧，尤其涉及一种弹簧刚度可以调节的变刚度组合弹簧。

背景技术

压力调整装置中使用的压缩弹簧，目前广泛使用的是采用传统的圆柱螺旋型压缩弹簧设计。传统的设计1：在行程需要较大时采用两个或两个以上弹簧通过联接头串联。行程较大时通过增加长度设计，但由于其外径空间小的结构特点，弹簧设计的细长比就必须随之增大，这样在承受负荷工作时弹簧会失稳造成弯曲变形；传统设计解决弹簧工作失稳的通常办法是中间增加导向杆，而导向杆与弹簧在工作时会产生摩擦，造成摩擦噪声，降低疲劳寿命，同时装置总成也随之体积增大，成本增加，难以实现轻量化设计。如中国专利：“一种螺旋压缩弹簧的多级变刚度结构（CN101140019A）”，由三个直径递减的等刚度螺旋压缩弹簧构成，三个等刚度螺旋压缩弹簧在轴向上套合，三个等刚度螺旋压缩弹簧分别具有不同的高度，三个等刚度螺旋压缩弹簧的底端固定连接在同一个底座上。压力作用在三个等刚度螺旋压缩弹簧上的顺序不同，因此可以获得变刚度的特性曲线.并且可以将三个等刚度螺旋压缩弹簧根据其高度进行组合排列，从而获得不同的变刚度特性曲线。因此需要有全新的设计来满足在大行程工作且在细长比较大时不能用导向杆。

传统的设计2：有通过变化弹簧外径和变化弹簧节距的设计方式来改变弹簧刚度。但这种设计的前提是两端为弹簧支撑圈，弹簧在工作时整体弹簧所有工作圈都产生位移，弹簧整体产生的负荷两端都同样大。如中国专利：“一种实现工作圈和支撑圈转换的变刚度弹簧（CN101949421A）”，其特点是在轴向方向上位于中间部位的工作圈的刚度小于其余部位的工作圈的刚度以在弹簧两端承受一定压力时，中间部位的工作圈轴向接触成为支撑圈而将弹簧分作两端。且弹簧工作圈的直径自中间部位向两端逐渐变小；位于两端部位的相邻两工作圈的直径至少相差两倍的弹簧钢丝的直径以便受压时这些工作圈不产生轴向接触而可以环绕在一起。因此需要有全新的设计来满足弹簧在两端分别位移变形时，两端能够产生不同的负荷特性。

发明内容

本发明提供了一种结构简单，在弹簧两端可以承受不同负荷，调节刚度方便，不需要导向杆，行程大外径空间小，轻量化的一种变刚度组合弹簧；解决了现有技术中存在的结构复杂，需要导向杆使得弹簧体积增大，不能满足弹簧两端分别位移时，产生不同负荷的技术问题。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种变刚度组合弹簧，其特征在于：包括弹簧本体和位于弹簧本体外的支撑圈，所述的弹簧本体包括至少三段的刚度不同的弹簧体，支撑圈上设有定位件，定位件与支撑圈内的弹簧体相接。

弹簧本体是由不同刚度的弹簧体构成，支撑圈套接在弹簧本体上，通过将定位件卡接在不同的位置，从而将定位件两端的弹簧分隔为两种不同刚度的弹簧。

弹簧设计的基本公式为：

其中，F′——刚度 N/mm，G——材料切变模量 Mpa，d——材料线径 mm，D——弹簧中经 mm，n——有效圈，F′1、F′2 、F′i、——分别为第1段、第2段，第i段刚度N/mm。

支撑圈固定不动，弹簧本体的两端受力，由于弹簧本体被定位件区分为两部分，两部分的刚度不同，可以承受不同的负荷，而且支撑圈位于弹簧本体外，可以起到导向的作用，不需要再增加中间导向杆，可减少摩擦噪声，提高疲劳寿命。弹簧具有行程大外径空间小，轻量化的特点。

作为优选，所述的支撑圈上定位件至少有一个，定位件与支撑圈一体成型。作为更优选，所述的支撑圈上设有两个定位件，两个定位件位于支撑圈的同一直径上的两端。定位件位于支撑圈的轴向横截面为圆形，定位件位于圆形的横截面的同一直径的两端，定位件抵接在弹簧本体上直径较大的端面上，两个对称布置的定位件能有效对弹簧本体进行支撑，将弹簧本体分为两段不同刚度，两端承受不同负荷。

作为优选，所述的支撑圈的直径不小于若干段弹簧体中直径最大的弹簧体的直径，支撑圈的长度不小于弹簧本体的的最大直径处的3~5倍。支撑圈的直径大于弹簧本体的最大直径，让支撑圈可以在弹簧本体上滑动，不用反复拆卸支撑圈，调整方便，结构简单。支撑圈的滑动，可以对定位件的位置进行调整，选择不同的刚度。组成弹簧本体的各段弹簧体的直径不同，便于定位件的调整和定位，从而选择不同的刚度，调整弹簧本体两端的负荷。支撑圈的长度大于弹簧本体上最大直径处的3.7倍，可以让支撑圈起到很好的导向作用，让弹簧的受力时更稳定，不会弯曲或者变形影响刚度。在弹簧本体两端有负荷时，弹簧本体直径较小的可以受压收缩入直径较大的弹簧体中，弹簧本体可以缩入支撑圈中。

作为优选，相邻两段相接的弹簧体的直径之间具有直径差，定位件抵接在支撑圈内直径较大的弹簧体的端面上。不同直径的弹簧体给定位件提供了定位端面，结构简单，方便实现定位和调整。

作为优选，所述的定位件为两个对称布置的定位片，定位片位于支撑圈上开设的开口内，在开口处向支撑圈的中心压入定位片，两个定位片之间的夹角为120°~160°。将支撑圈的开口处的钢片直接向支撑圈的中心压形成定位片，开口处的定位片呈倒“八”字，定位片的一端与支撑圈连接，定位片的另一端抵接在弹簧本体上。定位片之间的钝角使得对弹簧本体的支撑定位更稳定，不会产生卡入弹簧本体内的隐患。

作为优选，所述的支撑圈是由钢板冲压形成，在形成支撑圈的钢板扣合处设有波浪形对接口。波浪形对接口方便成型，让钢板冲压折成管子，提高精度。

作为优选，所述的弹簧本体是一体成型的，所述的弹簧体内直径小的弹簧在受力压缩时可进入到大外径的弹簧体中。小外径能进入大外径中，加上支撑圈的调整变化后，组合弹簧总成达到分段调节刚度和调节负荷的功能。一体成型，结构紧凑，细长比大，工作行程大。

因此，本发明的一种变刚度组合弹簧具备下述优点：

（1）弹簧本体设计采用外径变化和节距变化，小外径能进入大外径中，达到刚度变化和增加工作行程。

（2）通过调整变化支撑圈的支撑位置，从而改变支撑位左右两端弹簧的工作圈，产生不同的刚度；支撑圈支撑位置的可调整变化后，组合弹簧总成达到分段调节刚度和调节负荷的功能。

（3）该组合弹簧结构紧凑、外径空间小，细长比大、工作行程大。弹簧在工作时支撑圈同时可起到导向作用，不需要再增加中间导向杆，可减少摩擦噪声，提高疲劳寿命。

附图说明

图1是本发明的一种变刚度组合弹簧的立体示意图。

图2是图1内弹簧的示意图。

图3是图1内的套筒的立体示意图。

图4是一种变刚度组合弹簧的一种状态的工作示意图。

图5是一种变刚度组合弹簧的另一种状态的工作示意图。

具体实施方式

    下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

     实施例：

如图1所示，一种变刚度组合弹簧，包括弹簧本体1和位于弹簧本体1外的支撑圈2。支撑圈2是由锻钢一体冲压成型的，钢板卷绕成支撑圈2时，在钢板的对接处开设有波浪形对接口9，方便成型。在支撑圈上有定位件3，定位件3抵接在弹簧本体1上。如图2所示，弹簧本体1包括五段不同刚度的弹簧体，且相邻两段的弹簧体的直径是不同的，弹簧本体1的两端的端圈并紧。左端的端圈的外径为6.3mm，后端的端圈的外径为3.8mm。由左至右的五段弹簧本体的直径依次为第一段弹簧体4的直径为5mm，第二段弹簧体5的直径为7.4mm，第三段弹簧体6的直径为7.1mm，第四段弹簧体7的直径为5.5mm，第五段弹簧体8的直径为7.4mm。这五段弹簧本体的有效圈数也不相同。如图3所示，在弹簧本体1上的支撑圈2上开设有两个开口10，两个开口10位于支撑圈2的同一轴向横截面的同一直径的两端。支撑圈2的轴向的横截面为圆形。在开口处10向弹簧的中心压入定位片3，定位片3的一端与支撑圈相接，定位片3的另一端抵接在弹簧本体1的外径上。定位片3是与支撑圈2一体成型的，两个定位3片对称布置呈倒“八”字形，两个定位片3之间的夹角为140°。定位片3所处的横截面的直径小于支撑圈2的直径。支撑圈2套接在弹簧本体1外，由于支撑圈1的内径大于弹簧本体2中直径最大一段的弹簧本体2的直径，支撑圈1的直径为7.7mm。因此，支撑圈2很容易的套进弹簧本体1上，然后选择需要进行分段的位置，将定位片向弹簧本体2方向压，直至定位片3的端部抵接在弹簧本体2的外径上，支撑圈1套接的部分一般是包括两段直径较大的弹簧体和一段直径较小的弹簧体，两个直径较大的弹簧体分列在直径较小的弹簧体的两端，定位片抵接在直径较小的弹簧体的外圆周表面，向两侧游走，抵接在较大直径的端面形成定位。如图4所示，支撑圈调节到右边，定位片抵接在右侧的第五段弹簧体8的端面上，形成的右段的刚度为0.446N/mm，左段的刚度为0.28N/mm。如图5所示，支撑圈调节到左边，定位片抵接在第三段弹簧体6的端面上，形成的右段刚度为0.377N/mm，左段刚度0.316N/mm。通过调整变化支撑圈1的支撑位置，来改变支撑位置左右两端弹簧的工作圈，产生不同的刚度，支撑圈的支撑位置调整变化后，可以根据选择弹簧本体上不同的刚度段进行组合，实现调节负荷的功能。

Claims (10)

1.一种变刚度组合弹簧，其特征在于：包括弹簧本体和位于弹簧本体外的支撑圈，所述的弹簧本体包括至少三段的刚度不同的弹簧体，支撑圈上设有定位件，定位件与支撑圈内的弹簧体相接。

2.根据权利要求1所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：所述的支撑圈上定位件至少有一个，定位件与支撑圈一体成型。

3.根据权利要求1所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：所述的支撑圈上设有两个定位件，两个定位件位于支撑圈的同一直径上的两端。 

4.根据权利要求1或2或3所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：所述的支撑圈的直径不小于若干段弹簧体中直径最大的弹簧体的直径，支撑圈的长度不小于弹簧本体的的最大直径处的3~5倍。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：相邻两段相接的弹簧体的直径之间具有直径差，定位件抵接在支撑圈内直径较大的弹簧体的端面上。 

6.根据权利要求4所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：相邻两段相接的弹簧体的直径之间具有直径差，定位件抵接在支撑圈内直径较大的弹簧体的端面上。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：所述的定位件为两个对称布置的定位片，定位片位于支撑圈上开设的开口内，在开口处向支撑圈的中心压入定位片，两个定位片之间的夹角为120°~160°。

8.根据权利要求6所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：所述的定位件为两个对称布置的定位片，定位片位于支撑圈上开设的开口内，在开口处向支撑圈的中心压入定位片，两个定位片之间的夹角为120°~160°。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：所述的弹簧本体是一体成型的，所述的弹簧体内直径小的弹簧在受力压缩时可进入到大外径的弹簧体中。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种变刚度组合弹簧，其特征在于：所述的支撑圈是由钢板冲压形成，在形成支撑圈的钢板扣合处设有波浪形对接口。

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