CN103527690A - 变刚度恒力弹簧及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种沿弹簧轴向运行的变刚度恒力弹簧，是将弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小地绕制或由大变小再由小变大地周期性绕制，其所绕制的每一圈的外圈内径大于里圈外径，并在弹簧丝线径和圈径同步由大变小绕制时将各截面刚度同步由小变大，由此所绕制出的中空或非中空盘形、圆柱形拉簧和塔形、锥形、橄榄形、菱形压簧能以较小的空间、较小的力变化获得较大行程的恒力。其制作的方法是，通过对拉簧的拉伸求得压簧的形态和绕制的轨迹，并通过对拉簧的刚度由小变大的改进获得压簧的最佳技术状态，同时也得到拉簧的最佳技术状态。

Description

变刚度恒力弹簧及制作方法

技术领域

本发明涉及一种以较小的空间产生较大恒力行程的技术方法，尤其是沿弹簧轴向运行的恒力弹簧。

背景技术

在目前公知的恒力弹簧中，有盘形、蝶形等，但随着技术不断发展，需要更多种恒力弹簧，尤其是沿弹簧轴向运行的恒力弹簧，为此，本人曾经提出一项恒力弹簧技术发明申请（申请号为201110375748.6）。该申请是以恒力为目的将弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小地绕制或由大变小再由小变大地周期性绕制，且所绕制的外圈内径大于里圈外径，并使由大变小的弹性钢丝各截面线径4次方和与之同步由大变小对应的圈经3次方比值恒定（即弹簧丝各截面的刚度都是相同的），由此绕制出沿弹簧轴向运行的中空或非中空盘形、圆柱形拉簧和塔形、锥形、橄榄形、菱形的压簧。但是，对于压簧来说，如果以相同的螺旋角绕制，而弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小，其螺距会由大变小，压簧受力时会因弹簧丝各截面刚度相同而发生螺距较小的已经完成相应的行距而螺距较大的还没有，这在技术上就要求其绕制的螺旋角必须是同步由小变大，以确保弹簧丝各截面在与弹簧轴方向平行的相对行距保持相等，而这样做又会造成圈径较大的弹簧丝所允许的形变量受到限制，即弹簧丝在圈径较大部位上应有的弹性功能不能得到充分发挥；同样，在拉簧被拉长时，由于弹性钢丝各截面的刚度相同，其圈径小的已经完成相应的行距，即弹簧丝已达到自身允许的形变量，但圈径较大部位的弹簧丝却还未完成其所允许的形变量，即弹簧丝在圈径较大部位上应有的弹性功能也没能得到充分发挥。由此可见，无论是压簧还是拉簧，弹簧丝在圈径较大部位上所允许的形变量都不能得到充分的利用，这不仅造成弹簧丝应有的弹性功能得不到充分的发挥，也影响到弹性材料的充分利用和弹簧的恒力效果。

发明内容

为了克服该项恒力弹簧技术在圈径较大部位上的弹性功能不能充分发挥的不足，本发明提供一种变刚度恒力弹簧及制作方法，使该项恒力弹簧技术所形成的各种恒力弹簧在弹簧丝各截面上的弹性功能都能得到充分发挥。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小地绕制时，参照由大变小的弹簧丝各截面线径4次方和与之同步由大变小对应的圈径3次方比值，将该比值由小变大，使弹簧丝各截面的线径和强度由大变小而刚度由小变大。这样，会使圈径较大而刚度较小的弹簧丝获得较大的形变量，同时也使其弹性功能能得到了更好的发挥。如将弹簧丝以圆弧形由外向里水平面绕制出最基本的半周期中空或非中空盘形拉簧，由于由大变小的弹簧丝各截面线径4次方和与之同步由大变小对应的圈径3次方比值是由小变大的，所以，由外向里绕制的弹簧丝线径和圈径是在同步由大变小而刚度却在同步由小变大。而将这样两个相同的半周期中空或非中空盘形拉簧叠加并将其绕制时的初始端连接，再将其中间相向拉开，就可得到橄榄形或菱形压簧的形状和绕制的轨迹。显然，用绕制中空或非中空盘形拉簧的弹簧丝去绕制这样的橄榄形或菱形压簧，其中间向两端的一半就是塔形或锥形的压簧，其弹性刚度自中间向两端是由小变大而线径是由大变小的，再将绕制出的这种橄榄形或菱形的压簧两端相对压缩，又可得到原来的中空或非中空盘形拉簧的形状和绕制的轨迹。用这样的技术方法的目的是：因为通过对中空或非中空盘形拉簧的制作和拉开，可以更直观地求得塔形或锥形压簧的形状和绕制的轨迹，并通过对弹簧丝刚度由小变大的多次调整，使绕制中空或非中空盘形拉簧和塔形或锥形压簧的弹簧丝在圈径由大变小的各个部位上都能获得各自较大的形变量，使弹簧丝在各截面上应有的弹性功能都能得到更好的发挥。

按照这样的技术方案在制作过程中，将弹簧丝的线径和圆弧形圈径同步由大变小地水平面绕制，并参照弹簧丝各截面线径4次方和与之同步由大变小对应的圈径3次方比值，对弹簧丝各截面刚度由小变大进行多次调整和实验，可以发现：如果刚度由小变大的变化为零，则弹簧丝各截面的刚度相同，这和原来的恒力弹簧技术一样，圈径较大的弹性功能得不到发挥；如果刚度由小变大的变化太大，受力时，圈径较大的弹簧丝会因刚度太小先超出自身允许的形变量而屈服；如果刚度由小变大的变化是最佳的，即受力时能使弹簧丝各截面的形变量都能同时达到最大极限，那么破坏性实验会出现弹簧丝各截面都同时屈服。由此可以得出：这种能使弹簧丝各截面都同时屈服的中空或非中空盘形拉簧是最好的，而当这种弹簧丝各截面都接近所允许的最大变量时所形成的塔形或锥形压簧的形形状及轨迹也是最好的，因为用这种弹簧丝按照这样的形状及轨迹绕制塔形或锥形压簧，其受压之后不仅能形成原来的中空或非中空盘形拉簧形态也能使弹簧丝各截面获得最大形变量，进而能以较小的空间获得更大的弹力行程。如果将这样的中空或非中空的盘形拉簧呈周期性叠加连接就可获得更长的中空或非中空的圆柱形拉簧，将塔形或锥形的压簧呈周期性叠加连接可获得更长的橄榄形或菱形压簧，那么，这样的拉簧和压簧的弹性行程就更大，而力的变化范围仅仅在他们各自最基本的半周期弹簧之内。

本发明的有益效果是，通过对拉簧刚度的改变求得绕制压簧的最佳轨迹和形态同时也得到了绕制拉簧的最佳轨迹和形态，使制作这样的变刚度恒力弹簧更加容易，并使弹性材料的利用和弹簧的恒力效果都能得到相应的提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的半周期中空盘形拉簧的俯视图。

图2是本发明的半周期非中空盘形拉簧的俯视图。

图3是本发明的数个半周期中空或非中空盘形拉簧叠加连接后的中空或非中空圆柱形拉簧的侧视图。

图4是本发明的半周期塔形压簧侧视图。

图5是本发明的半周期锥形压簧侧视图。

图6是本发明的数个半周期塔形压簧叠加连接拓展后的橄榄形压簧侧视图。

图7是本发明的数个半周期锥形压簧叠加连接拓展后的菱形压簧侧视图。

图中1.前半周期塔形压簧，2. 后半周期塔形压簧，3.第一周期橄榄形压簧，4. 第二周期橄榄形压簧，5. 前半周期锥形压簧，6.后半周期锥形压簧，7.第一周期菱形压簧，8. 第二周期菱形压簧。各图所画弹簧均以截面为圆形的弹簧丝绕制。

具体实施方式

实施列1，将图1半周期中空盘形拉簧沿垂直于中空盘形拉簧平面相向拉开后，其形状如图4半周期塔形压簧，产生的弹力方向相对；将图2半周期非中空盘形拉簧沿垂直于非中空盘形拉簧平面相向拉开后，其形状如图5半周期锥形压簧，产生的弹力方向相对。反之，将图4半周期塔形压簧相对压紧后，其形状如图1半周期中空盘形拉簧，所产生的弹力方向相反且垂直于压紧后的塔形压簧平面；将图5半周期锥形压簧相对压紧后，其形状如图2半周期非中空盘形拉簧，所产生的弹力方向相反且垂直于压紧后的锥形压簧平面。以上所述各图弹簧受力或弹力的变化范围在各自的半周期行程之内。

实施例2，对实施例1进行拓展，将图3中空的圆柱形拉簧相向拉开，获得的形状如图6橄榄形压簧，所产生的弹力方向相对，反之，将图6橄榄形压簧相对压紧后，其形状如图3中空圆柱形拉簧，所产生的弹力方向相反；将图3非中空的圆柱形拉簧相向拉开，获得的形状如图7的菱形压簧，所产生的弹力方向相对，反之，将图7菱形压簧相对压紧后，其形状如图3非中空圆柱形拉簧，所产生的弹力方向相反。以上所述各图弹簧受力或弹力的变化范围仅在各自的半周期行程之内，而其行程却是其半周期行程的数倍。

应予理解的是，本发明的具体实施不仅限于上述实施例，对本领域技术人员来说，可以根据本发明的发明构思和技术方案做出相应的改变或变形，而所有这些改变或变形或落在本发明范围和精神之内的其他实施例也都应该包含于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变刚度恒力弹簧技术，将弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小或由大变小再由小变大地周期性绕制，且所绕制的相邻各圈的外圈内径大于里圈外径，其特征是：所绕制的线径和圈径在同步由大变小时而刚度是在同步由小变大，且使弹簧丝各截面的弹性功能都能获得更好的发挥，从而得以较小的空间获得更大的恒力行程。

2.变刚度恒力弹簧的制作方法，是参照弹簧丝线径4次方和与之对应的圆弧形圈径3次方比值，在弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小地绕制时，将该比值同步由小变大地进行调整，即对刚度由小变大的变化程度进行调整，其特征是：通过对拉簧由小变大的刚度调整并将其拉长，求得压簧的最佳形状和绕制的轨迹，同时也也求得拉簧的最佳形状和绕制的轨迹。

3.根据权利要求1所述的变刚度恒力弹簧，将弹性钢丝线径和圆弧形圈径同步由大变小地由外向里水平面绕制出半周期中空或非中空盘形拉簧，或由外向里且向上绕制出半周期塔形或锥形压簧，其特征是：半周期拉簧受力后弹簧丝各截面同时离开同一平面，半周期压簧受力后弹簧丝各截面同时到达同一平面，且弹簧丝各截面刚度越大速度越快，而形变量越小。

4.根据权利要求2所述的对拉簧的刚度调整求得拉簧的最佳形状和绕制的轨迹，其特征是：要求弹簧丝各截面都能达到最大允许的形变量且破坏性实验能使弹簧丝各截面都同时屈服，由此得到中空或或非中空拉簧的最初的形状和绕制的轨迹，并按照其形状和轨迹进行制作。

5.根据权利要求2所述的对拉簧刚度系数调整求得压簧的最佳形状和绕制的轨迹，其特征是：在弹簧丝各截面都能同时屈服之前，即弹簧丝各截面都达到所允许的最大形变量时，所形成的半周期塔形或锥形压簧的形状和轨迹，并按照其形状和轨迹进行制作。

6.根据权利要求1所述的恒力弹簧技术，其特征是：绕制弹簧的钢丝截面可以是圆形、椭圆形或矩形。

7.根据权利要求1和权力要求3所述的将弹性钢丝线径和圆弧形圈径同步由大变小或由大变小再由小变大地周期性圆弧形绕制，其特征是：以数个半周期中空盘形拉簧叠加连接取得中空圆柱形拉簧，以数个半周期非中空盘形拉簧叠加连接取得非中空圆柱形拉簧，以数个半周期塔形压簧叠加连接取得橄榄形压簧，以数个半周期锥形压簧叠加连接取得菱形压簧，由此获得更大行程的恒力弹簧。

8.根据权利要求1所述的恒力弹簧技术，其特征是：中空或非中空圆柱形拉簧、橄榄形或菱形压簧，其前半周和后半周可以是同一方向旋转绕制也可以互为相反方向叠加连接绕制。

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