CN103867623A - 弧形螺旋弹簧结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及弧形螺旋弹簧结构。具体地，当弧形螺旋弹簧触底时，由减小应力来实现提高性能的弧形螺旋弹簧，其实现是通过形成大致梯形或其他形状的螺旋弹簧线，使得触底时线圈的侧表面邻抵并承载触底载荷，所述触底载荷分布在大的表面面积上。当弹簧以弧形被安装到离合器、阻尼器或飞轮中时，大致梯形的横截面线的侧壁的角度优选与半径线相一致。弧形螺旋弹簧线的外侧表面的半径与引导件或壳体的内侧表面的半径相匹配，使得接触面积为大，从而使向外导向的弹簧力分布在大的面积上，减小了单位面积上的力并且提高了接触表面上的润滑保持。

Description

弧形螺旋弹簧结构
技术领域
本公开涉及弧形(弯曲的)应用中使用的螺旋弹簧，并且尤其是涉及在弧形应用中使用的具有使与触底相关的磨损和应力最小化的线圈横截面的螺旋弹簧。
背景技术
本部分的描述仅提供有关本公开的背景信息，并且可能构成或可能不构成现有技术。
螺旋压缩弹簧广泛用作动力系部件中的能量储存装置，在动力系部件中它们暂时地吸收传动系的瞬态并使动力传动平顺。它们是手动变速器离合器的常见和普通部件，设置在驱动和从动部件之间，在那里它们减少传动系震动并使离合器接合平顺。
在这些应用中，螺旋弹簧通常不被安装为直线螺旋构造，而是弧形，其曲率半径取决于与离合器的(旋转的)中心轴线的距离。将螺旋压缩弹簧安装为弧形产生了大量工程、设计和服务的问题。
例如，常规直螺旋线圈弹簧的触底(bottoming)基本上沿着相邻线圈之间的接触螺旋线无处不在，而弧形螺旋弹簧的触底仅在线圈更接近其未压缩状态的区域中的接近其内径处。事实上，每个线圈仅非常小的区域会承受触底载荷。因此，对于相同的触底载荷，由于每个线圈只有一部分承受载荷，弧形螺旋弹簧的线圈相比于直螺旋弹簧承受了更高的应力。
另一个工程问题涉及弧形螺旋弹簧的外表面。几乎无一例外，弧形螺旋弹簧被限制在引导件或壳体之中，其将弹簧保持在端点之间的合适的位置。特别是，弧形螺旋弹簧的外表面必须被限制，并且这通常通过至少部分地包围弧形弹簧的弯曲的壳体来实现。因此，弧形弹簧的外表面和弯曲的弹簧壳体的内表面之间通常存在显著的力和摩擦。
本发明旨在解决这些问题并提高弧形螺旋弹簧的性能和使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种具有提高的性能和使用寿命的弧形螺旋弹簧。为了通过减小被触底时的应力来提高弧形螺旋弹簧的性能，制造线圈的线的横截面为大致梯形，使得当触底时，线圈的成角度的平面侧壁邻抵并承受分布在相对大的表面积上的触底载荷。从空间几何的角度来看，相邻线圈之间的接触沿着半径线而不是圆形线现有技术弹簧的相邻线圈之间的点接触。梯形横截面线的侧壁的角度选择成使得当弹簧被置于弧形中时，弹簧的内侧线圈的成角度的侧壁与半径线重合。应当理解的是，替换实施例的侧壁结构，例如互补倾斜的或互补凹的和凸的表面，其当弹簧被完全压缩或触底时沿着接触线邻抵，落入本发明的范围内。
此外，弧形螺旋弹簧的线圈的外侧表面的半径与保持弧形弹簧的引导件或壳体的内侧表面的半径相一致，从而接触面积为大，因此使向外导向的弹簧力分布在相对大的面积上，减小了单位面积的力并提高了接触表面上的润滑保持。
因此，本发明一方面旨在提供一种具有横截面为大致梯形的线圈线的弧形压缩弹簧。
本发明另一方面旨在提供一种具有线圈线的弧形螺旋弹簧，该线圈线具有当弹簧触底时平行接触的侧壁。
本发明另一方面旨在提供一种具有线圈线的弧形螺旋弹簧，该线圈线具有当弹簧触底时邻抵径向接触线的侧壁。
本发明另一方面旨在提供一种具有线圈线的弧形螺旋弹簧，该线圈线具有径向的和倾斜的侧壁或凹的和凸的侧壁。
本发明另一方面旨在提供一种具有线圈线的弧形螺旋弹簧，该线圈线具有与壳体的内表面的半径相一致的圆弧形外表面。
本发明另一方面旨在提供一种当触底时具有提高的应力承载能力的弧形螺旋弹簧。
本发明另一方面旨在提供一种在弹簧和壳体之间具有提高的润滑以及减小的摩擦的弧形螺旋弹簧。
本申请进一步提供了以下方案：
1、一种用于旋转阻尼器的弧形弹簧和壳体，组合地包括：
壳体，具有用于接收弧形弹簧的区域，所述区域具有限定出半径的外侧的、弯曲的弹簧接合表面，以及在所述弹簧接收区域的每一端处的止挡件，以及
置于所述区域中在所述止挡件之间的弧形弹簧，所述弧形弹簧限定多个线圈，所述线圈由具有侧壁的弹簧线制造，所述侧壁构造为当被完全压缩时沿着线彼此接触，并且所述弹簧线的外表面的曲率半径大致等于所述壳体的所述弯曲的弹簧接合表面的所述半径。
2、如方案1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述弹簧线的横截面为梯形，并且当所述多个线圈被置于所述壳体中时，所述侧壁以与半径线相一致的角度设置。
3、如方案1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述壳体包括第一驱动部分和第二从动部分，并且其中所述止挡件之一与所述第一驱动部分连接以及所述止挡件的另一个与所述第二从动部分连接。
4、如方案1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述弹簧线的所述侧壁为会聚的、倾斜的以及互补弯曲中之一。
5、如方案1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，当所述弧形弹簧被完全压缩时，所述弧形弹簧的内侧区域侧壁与侧壁地相接触。
6、如方案1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述侧壁之间的所述角度以在大约2°到10°之间的角度会聚。
7、如方案1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，一对弧形弹簧完全对置地设置于所述壳体中。
8、如方案1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，当所述弧形弹簧的曲率半径越小并且当所述弹簧线的所述圆周宽度越宽时，所述侧壁之间的所述角度越大。
9、一种用于集成在旋转瞬态吸收器中的螺旋弹簧，组合地包括：
多个弹簧线的螺旋线圈，所述线圈在松弛状态下间隔开，所述弹簧线限定具有相对侧壁的大致梯形的横截面，所述侧壁限定远离所述弹簧会聚的平面以及在所述侧壁之间延伸的外侧圆弧表面。
10、如方案9所述的螺旋弹簧，其特征在于，所述线圈沿着轴线彼此间隔开，并且所述弹簧线在靠近所述轴线处较宽以及在远离所述轴线处较窄。
11、如方案10所述的螺旋弹簧，其特征在于，最靠近所述轴线的所述线圈的表面大致平行于所述轴线。
12、如方案9所述的螺旋弹簧，其特征在于，限定会聚的平面的所述相对的侧壁限定出在大约2°到10°之间的角度。
13、如方案9所述的螺旋弹簧，其特征在于，所述外侧圆弧表面限定与该旋转瞬态吸收器的弹簧壳体的半径相等的半径。
14、如方案9所述的螺旋弹簧，其特征在于，所述螺旋弹簧在该旋转瞬态吸收器中以至少完全对置的对设置在弧形中。
15、一种飞轮组件，组合地包括：
第一飞轮盘，具有至少一个第一弹簧止挡件以及圆周弹簧壳体的至少一部分，所述圆周弹簧壳体的至少一部分具有第一曲率半径的第一内侧表面；
第二飞轮盘，具有至少第二弹簧止挡件，
设置在所述第一弹簧止挡件和所述第二弹簧止挡件之间以及在所述壳体的所述部分内的弧形压缩弹簧，所述弧形压缩弹簧具有限定出大致梯形横截面的线圈线，所述梯形横截面具有与半径线相一致的会聚的侧壁，以及所述梯形横截面的更窄端，其具有大致与所述弹簧壳体的所述第一内侧表面的所述第一曲率半径相等的第二曲率半径。
16、如方案15所述的飞轮组件，其特征在于，所述飞轮为双质量飞轮。
17、如方案15所述的飞轮组件，其特征在于，所述第一飞轮盘包括第一驱动部分并且所述第二飞轮盘包括第二从动部分。
18、如方案15所述的飞轮组件，其特征在于，当所述弧形压缩弹簧被完全压缩时，所述弧形压缩弹簧的内侧区域侧壁与侧壁地相接触。
19、如方案15所述的飞轮组件，其特征在于，所述第一飞轮盘和第二飞轮盘包多个止挡件，并且多个所述弧形压缩弹簧被置于所述止挡件之间。
20、如方案15所述的飞轮组件，其特征在于，所述会聚的侧壁限定以大约2°到10°之间的角度设置的平面。
进一步的方面、优点以及应用领域通过此处提供的描述将变得显见。应当理解的是，该描述和特定的例子仅仅旨在解释说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
此处描述的附图仅用作解释说明的目的并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是集成有根据本发明的弧形螺旋弹簧的双质量飞轮的前面正视图；
图2是根据本发明的双质量飞轮的弧形螺旋弹簧的多个完全压缩的即触底的线圈的局部放大剖面图；
图3是根据本发明的弧形螺旋弹簧的外侧线圈线的大比例放大的横截面剖视图；
图4是根据本发明的弧形螺旋弹簧的第一替换实施例的线圈的局部放大剖面图；以及
图5是根据本发明的弧形螺旋弹簧的第二替换实施例的线圈的局部放大剖面图。
具体实施方式
以下的描述性质上仅仅是示例性的并且不旨在限制本公开、应用或使用。
参见附图1，集成本发明的旋转瞬态吸收和阻尼装置，例如离合器、阻尼器或双质量飞轮的一部分被示出并且总体上以附图标记10标识。双质量飞轮10包括第一圆盘或碟12，其与第二圆盘或碟22轴向地间隔开。每一个盘或碟12和22与相应的同轴的驱动或从动部件例如轴或套筒(均未示出)相连接并且限定出弯曲的弹簧接收通道或开口14，其在相对的盘或碟12和22的相对端部处具有凸耳、突舌或止挡件16和26，从而对一对截然相反的弧形螺旋弹簧30施加力并定位它们的端部。也就是说，在附图1上部的螺旋弹簧30的一端，例如左端，第一盘或碟12包括与弧形螺旋弹簧30接合的凸耳、突舌或止挡件16，以及在另一端右端，第二盘或碟22包括与弧形螺旋弹簧30接合的凸耳、突舌或止挡件26。
在附图1的下部，第二组凸耳、突舌或止挡件16和26接合弧形螺旋弹簧30的端部。优选的，弧形螺旋弹簧30的端部是平的(ground)，从而端面是平滑平整的并且当弧形螺旋弹簧30处于松弛即直的状态时基本上垂直于弧形螺旋弹簧30的轴线。两个弧形螺旋弹簧30因此在连接到盘或碟12和22的驱动和从动部件之间共同作为阻尼器或瞬态震动吸收器。每一个弧形螺旋弹簧30包括多个线圈32，当处于如附图1所示的松弛状态时，其在略小于180°的弧中延伸。应当理解的是，每一个延伸更小的弧周长或角度的更多的弧形螺旋弹簧30同样可被用于本发明。例如，每一个延伸略小于120°的三个弧形螺旋弹簧30或者每一个延伸略小于90°的四个弧形螺旋弹簧30可替换地用于本发明。圆盘或碟12和22中的一个或两个包括全部或部分弯曲的圆形壳体、表面或引导件34，其将弧形螺旋弹簧30保持在凸耳或突舌16和26之间的位置中，并且弧形螺旋弹簧30的外表面接触、滑动抵靠并且被限制抵靠所述圆形壳体、表面或引导件34。
现在参见附图2，附图1中示出的弧形螺旋弹簧30的上部螺旋弹簧的一部分以压缩的、触底的状态被示出，也就是说，在弧形弹簧30的内侧部36中，由于沿着双质量飞轮10的驱动和从动盘或碟12和22的高的扭矩差，内侧线圈32彼此相互压缩，使得驱动和从动盘或碟12和22之间不再可能有进一步的相对转动运动(在弹簧压缩方向上)。换言之，当计算出的或需要的弧形螺旋弹簧30的角度压缩量等于或大于施加的力矩除以两个弧形螺旋弹簧30的弹簧常数时，弧形螺旋弹簧30触底。
该完全压缩状态将导致某些结果。首先，弧形螺旋弹簧30停止提供任何阻尼或震动吸收，并且任何转动瞬态或震动将基本上无改变的通过阻尼器或双质量飞轮10传递。其次，代替通过弧形螺旋弹簧30的线圈的整个长度螺旋地被传递，力矩将通过弧形螺旋弹簧30的内侧线圈36以侧面到侧面或表面到表面38的方式被传递。因此，内侧线圈36的侧面或表面38可能会受到大的持续或反复的瞬态应力。
如附图2所示，弧形螺旋弹簧30的内侧线圈36的相邻侧面或表面38成形为或成型为限定，即，与半径线或参照平面R1共面，无论处于如图1所示弯曲的、松弛的状态，或者处于如图2所示完全压缩(触底)的状态时，其总是垂直于附图的平面。因此，沿着径向线并且对于他们圆周的至少一小部分而言，弧形螺旋弹簧30的相邻内侧线圈36的侧面或表面38彼此平坦紧密地接触。内侧线圈36(以及弧形螺旋弹簧30总体)的平均直径越小，并且在给定弧形或圆周角度上它们的数量越少，则单一线圈的侧面或表面38之间所包括的角度越大。内侧线圈36(以及弧形螺旋弹簧30总体)的平均直径越大，并且在给定弧形或圆周角度上它们的数量越多，则单一线圈的侧面或表面38之间所包括的角度越小。
如果已知完全压缩或触底状态下的线圈数量以及触底内侧线圈36所包括的圆周角度，则可以容易地计算出内侧线圈36的侧面或表面38之间所包括的角度。例如，如果十三个触底内侧线圈36占有90°的角度，则每一个内侧线圈36占6.92°并且因此对于与半径线重合的两个侧面或表面38而言，侧面或表面38之间所包括的角度为6.92°并且每一个侧面或表面38相对于半径线而言位于3.46°的角度。弹簧线40的侧面或表面38之间的功能性所包括角度的范围从不到2°到大约10°。优选实施方式的弧形弹簧30的线圈的弹簧线40的横截面因此为大致梯形。应当理解的是，由于弯曲的r/J应变关系，弧形螺旋弹簧30的弹簧线40的大致梯形、接近方形的横截面40总体上比常规的、圆形的弹簧线允许更高的能量密度，因为更多的材料处于离弧形螺旋弹簧30的中心线更远的距离。
现在参见附图2和3，应当理解的是，给定弹簧线40的大致梯形的横截面以及这样的弧形螺旋弹簧30从这样的梯形横截面线40缠绕的事实，具有限定出会聚于双质量飞轮10的中心轴线的线或平面的内侧线圈36的侧面或表面38，意味着具有相同的侧面或表面38的外侧线圈42将限定径向向外会聚的线或平面。如附图2所示，这样的结构使外侧线圈42的面或表面38的狭窄(内侧)边缘在当前的教导下处于彼此接近直接相对的位置。但是，这样的结构和布置是没有影响的，因为当置于如附图1所示的弧形中时或者如此设置并如附图2所示的触底时，弧形螺旋弹簧30的外侧线圈42不能够使其相邻面或表面38彼此接触，即触底。
弹簧线40并且因此外侧线圈42的外侧面或表面46限定出大致等于内表面或引导件34(如附图1所示)的半径的曲线或半径R2。因此，当弧形螺旋弹簧30圆周地压缩在圆形壳体，表面或引导件34内时，因为互补的圆弧形表面：弹簧线40的外侧面或表面46以及表面或引导件34，摩擦得以减少并且利于平滑的运动。这样的结构增大了接触面积，从而将弧形弹簧30向外导向的力分布在大的面积之上，减小了单位面积的力并且提高了接触表面34和36上的润滑保持。弹簧线40的内侧面或表面48可以是平的并且相对于侧面38位于相同的角度，并且因此平行于处于松弛即直的状态中的弹簧30的轴线，或者任何其他容易实现的构造并且完成，因为它不与其他表面或元件接触或有助于本发明的改进功能。
现在参见附图4和5，因此应当理解的是，根据本发明的弧形螺旋弹簧的核心特征是弧形弹簧30的侧壁或侧面38的构造，使得它们平行并且沿半径线接触并且同样圆周上跨越小的距离，因此避免了当常规圆形弹簧线制成的弧形弹簧被置于弧形并触底时将承受的必要点接触。因此，应当理解的是，当被置于给定的弧形中时，不是平的并且与半径线重合的侧壁轮廓可被使用。例如，在附图4中，示出的弧形弹簧50具有置于显著角度的侧壁52A和52B，当弧形弹簧50被完全压缩或触底时，仍然导致相邻侧壁52A和52B之间的线接触。其他侧壁角度以及轮廓，例如圆弧式的，即如图5示出的弧形螺旋弹簧60上的配合或嵌套的凹的和凸的曲面58A和58B，同样被视为落入本发明的范围内。实施例50和60均包括外侧圆弧面或表面46，其与表面或引导件34(如图1所示)互补。
本发明的描述本质仅仅是示例性的，并且不脱离本发明要旨的改进同样落入本发明的范围之内。这些改进不应被视作脱离了本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于旋转阻尼器的弧形弹簧和壳体，组合地包括：
壳体，具有用于接收弧形弹簧的区域，所述区域具有限定出半径的外侧的、弯曲的弹簧接合表面，以及在所述弹簧接收区域的每一端处的止挡件，以及
置于所述区域中在所述止挡件之间的弧形弹簧，所述弧形弹簧限定多个线圈，所述线圈由具有侧壁的弹簧线制造，所述侧壁构造为当被完全压缩时沿着线彼此接触，并且所述弹簧线的外表面的曲率半径大致等于所述壳体的所述弯曲的弹簧接合表面的所述半径。
2.如权利要求1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述弹簧线的横截面为梯形，并且当所述多个线圈被置于所述壳体中时，所述侧壁以与半径线相一致的角度设置。
3.如权利要求1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述壳体包括第一驱动部分和第二从动部分，并且其中所述止挡件之一与所述第一驱动部分连接以及所述止挡件的另一个与所述第二从动部分连接。
4.如权利要求1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述弹簧线的所述侧壁为会聚的、倾斜的以及互补弯曲中之一。
5.如权利要求1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，当所述弧形弹簧被完全压缩时，所述弧形弹簧的内侧区域侧壁与侧壁地相接触。
6.如权利要求1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，所述侧壁之间的所述角度以在大约2°到10°之间的角度会聚。
7.如权利要求1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，一对弧形弹簧完全对置地设置于所述壳体中。
8.如权利要求1所述的弧形弹簧和壳体，其特征在于，当所述弧形弹簧的曲率半径越小并且当所述弹簧线的所述圆周宽度越宽时，所述侧壁之间的所述角度越大。
9.一种用于集成在旋转瞬态吸收器中的螺旋弹簧，组合地包括：
多个弹簧线的螺旋线圈，所述线圈在松弛状态下间隔开，所述弹簧线限定具有相对侧壁的大致梯形的横截面，所述侧壁限定远离所述弹簧会聚的平面以及在所述侧壁之间延伸的外侧圆弧表面。
10.一种飞轮组件，组合地包括：
第一飞轮盘，具有至少一个第一弹簧止挡件以及圆周弹簧壳体的至少一部分，所述圆周弹簧壳体的至少一部分具有第一曲率半径的第一内侧表面；
第二飞轮盘，具有至少第二弹簧止挡件，
设置在所述第一弹簧止挡件和所述第二弹簧止挡件之间以及在所述壳体的所述部分内的弧形压缩弹簧，所述弧形压缩弹簧具有限定出大致梯形横截面的线圈线，所述梯形横截面具有与半径线相一致的会聚的侧壁，以及所述梯形横截面的更窄端，其具有大致与所述弹簧壳体的所述第一内侧表面的所述第一曲率半径相等的第二曲率半径。
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