CN106246780A - 一种恒压弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种恒压弹簧，属于机械部件技术领域。它解决了现有弹簧的弹力难以保持恒定的问题。本恒压弹簧，包括呈筒状的本体，本体采用弹性材料制成，本体的外周面是一个轴向的中部向内凹的凹面，本体的内周面是一个轴向的中部向外凸的凸面。本恒压弹簧能够在一定压缩程度范围内产生的弹力保持恒定。

Description

一种恒压弹簧
技术领域
本发明属于机械部件技术领域，涉及一种恒压弹簧。
背景技术
弹簧包括金属弹簧、橡胶弹簧等，其中橡胶弹簧指的是采用橡胶材料制成的弹簧，呈筒状，受到载荷时能够通过收缩产生弹力，如中国实用新型专利申请(申请号：201320633372.9)公开了一种橡胶弹簧，包括实心橡胶内芯，所述实心橡胶内芯内设有同轴的中心通孔，实心橡胶内芯的外侧设有帘布线层，所述帘布线层外侧设有表面材料层，该橡胶弹簧还是和传统的金属弹簧一样，受到载荷时能够收缩，随着收缩量的增加，其产生的弹力也是呈线性递增的，因此无法实现弹力的恒定功能，当然本文指的恒定压力或者恒定弹力类似于温度中的恒温，并不是指绝对的不变，而是在较小范围内波动，该较小范围的波动对于使用需求并不产生影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种恒压弹簧，该恒压弹簧能够在一定压缩程度范围内产生的弹力保持恒定。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种恒压弹簧，包括呈筒状的本体，所述本体采用弹性材料制成，其特征在于，所述本体的外周面是一个轴向的中部向内凹的凹面，所述本体的内周面是一个轴向的中部向外凸的凸面。
鉴于本体的内周面是一个凸面，因此本体具有一个中部直径小、两端直径大的中心孔，而本体的厚度可以根据本体的硬度以及中心孔的孔径而相应的设计，即本体的厚度在轴向上可以均匀设置，也可以是中部的厚度小于两端的厚度，本体的两个端面抵靠在两个载体上，当本体受到载力压缩过程中由于本体的外周面为凹面，内周面为凸面，因此受到载力时本体的两个端面能够相对载体沿径向向外滑动，即本体的两端端口能够向外扩张形变，本体的两端端口会逐渐向外翻折，直到本体中心孔两端的孔壁与载体抵压，在该过程中本体会产生逐渐变大的回复弹力；当本体中心孔两端的孔壁与载体相抵压后，本体外周面的两端相对并逐渐靠近，在此过程中本体会产生回复弹力，该复位弹力主要由本体翻折形变产生，因此能够保持恒定；当本体外周面的两端相靠近至抵压过程中本体没有了翻折形变的空间或者空间过小，因此只能够通过收缩形变，此时会产生一个迅速变大的回复弹力；相比较传统的聚氨酯弹簧，由于中心孔孔壁是直筒壁，因此受到载力时无法向外翻折形变，只能够通过自身沿轴向上收缩产生回复弹力，因此该复位弹力只能够逐渐变大，而本恒压弹簧的本体内周面为凸面，在形变中期时本体两端能够翻折并使外周面的两端逐渐靠近，因此在该过程能够产生一个恒定的回复弹力。
在上述的恒压弹簧中，所述凹面在轴向上呈弧形内凹，所述凸面在轴向上呈弧形外凸。弧形的凹面和弧形的凸面能够在本体两端向外均匀、对称的翻折。
在上述的恒压弹簧中，所述本体呈圆筒状并采用弹性塑胶材料制成，所述本体的凹面与两端端面之间均通过倒角形成引导面，所述引导面为锥面。弹性塑胶包括聚氨酯、橡胶等，引导面为锥面，向凹面倾斜，在本体的两端端口向外扩张时，凹面的两端会产生沿径向向内的回复弹力，同时该回复弹力会向轴向中部倾斜，该回复弹力作用于引导面时能够使引导面进一步倾斜，即引导面能够使本体的两端快速翻折，避免两端端口过度的径向扩张，当然引导面为一个倒角面，避免了直角边沿受力扩张时出现撕裂的现象。
在上述的恒压弹簧中，所述本体中心孔两端的孔口边沿均通过倒角形成环形的导向面，所述导向面为锥面。本体的两端与两载体相抵压，由于中心孔孔口具有导向面，因此本体与载体相抵压的抵压面靠近本体外围，而该抵压压力也更容易使本体的两端端口向外翻折，因此导向面也起到引导本体端口向外翻折的作用。
在上述的恒压弹簧中，所述本体的厚度在周向上均匀。本体在受到载力过程中先出现径向扩张，再出现翻折，因此本体周向上厚度均匀，从而保证本体受力平衡均匀，也避免局部应力集中而出现撕裂现象。
在上述的恒压弹簧中，所述本体的两端端面为光滑的平面。由于本体通过端面与载体相抵靠，同时在两端扩张形变时本体的端面会相对载体滑动，因此光滑的端面能够减少摩擦，更有利于形变。
在上述的恒压弹簧中，所述本体的两端为对称的结构。使得本体两端形变相同，受到载力对称平衡。
与现有技术相比，本恒压弹簧具有以下优点：
1、由于本体的外周面为凹面，内周面为凸面，因此受到载力后本体的两端向外翻折，本体外周面的两端相对并逐渐靠近，在此过程中本体会产生回复弹力，该复位弹力主要由本体翻折形变产生，因此能够保持恒定。
2、由于本体的两端端口向外扩张时，回复弹力作用于引导面时能够使引导面进一步倾斜，即引导面能够使本体的两端快速翻折，避免两端端口过度的径向扩张。
附图说明
图1是恒压弹簧的立体结构示意图。
图2是恒压弹簧初始状态的结构剖视图。
图3是恒压弹簧压缩2mm时的结构剖视图。
图4是恒压弹簧压缩4mm时的结构剖视图。
图5是恒压弹簧压缩6mm时的结构剖视图。
图6是恒压弹簧压缩8mm时的结构剖视图。
图7是恒压弹簧压缩10mm时的结构剖视图。
图8是恒压弹簧压缩12mm时的结构剖视图。
图9是试验数据曲线图。
图中，1、本体；11、凹面；12、凸面；13、引导面；14、导向面。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、图2所示，一种恒压弹簧，包括呈筒状的本体1，本体1为实心结构，并采用聚氨酯材料制成，本体1的外周面是一个轴向的中部向内弧形内凹的凹面11，本体1的内周面是一个轴向的中部向外弧形外凸的凸面12，鉴于本体1的内周面是一个凸面12，因此本体1具有一个中部直径小、两端直径大的中心孔，而本体1在的厚度可以根据本体1的硬度以及中心孔的孔径而相应的设计，即本体1的厚度在轴向上可以均匀设置，也可以是中部的厚度小于两端的厚度，本体1的两个端面抵靠在两个载体上，由于本体1的外周面为凹面11，内周面为凸面12，因此受到载力时本体1的两个端面能够相对载体沿径向向外滑动，即本体1的两端端口能够向外扩张形变，本体1的两端端口会逐渐向外翻折至本体1中心孔两端的孔壁与载体抵压，在该过程中本体1会产生逐渐变大的回复弹力；当本体1中心孔两端的孔壁与载体相抵压后，本体1外周面的两端相对并逐渐靠近，在此过程中本体1会产生回复弹力，该复位弹力主要由本体1翻折形变产生，因此能够保持恒定；当本体1外周面的两端相靠近至抵压时本体1没有了翻折形变的空间，因此只能够通过收缩形变，此时会产生一个迅速变大的回复弹力，本恒压弹簧的本体1内周面为凸面12，两端能够翻折并使外周面的两端逐渐靠近，因此在该过程能够产生一个恒定的回复弹力。本体1呈圆筒状，本体1的凹面11与两端端面之间均通过倒角形成环形的引导面13，引导面13为锥面，向凹面11倾斜，本体1的两端端口向外扩张时，凹面11的两端会产生沿径向向内的回复弹力，同时该回复弹力会向轴向中部倾斜，该回复弹力作用于引导面13时能够使引导面13进一步倾斜，即引导面13能够使本体1的两端快速翻折，避免两端端口过度的径向扩张，当然引导面13为一个倒角面，避免了直角边沿受力扩张时出现撕裂的现象。
传统的聚氨酯弹簧，由于中心孔孔壁是直筒壁，因此受到载力时无法向外翻折形变，只能够通过自身沿轴向上收缩产生回复弹力，因此该复位弹力只能够逐渐变大，取传统结构的聚氨酯弹簧样品A进行五次抗压实验，数据如下所示(其中压力单位为Kg)：
压缩量 2mm 4mm 6mm 8mm 10mm 12mm 14mm 16mm
1 270 335 420 500 598 719 780 1023
2 187 248 301 351 406 470 560 890
3 190 245 300 357 418 480 585 920
4 165 235 290 337 395 465 573 950
5 167 236 286 325 384 440 565 960
平均值 196 260 319 374 440 515 613 949
通过对该传统的聚氨酯弹簧进行五次抗压实验，随着形变量的逐渐变大，压力的平均值也逐步变大，且变化幅度加大，难以实现恒定的回复弹力。
而采用本恒压弹簧进行试验，其中先对本体1上没有引导面13的样品B进行五次抗压试验，数据如下所示(其中压力单位为Kg)：
压缩量 2mm 4mm 6mm 8mm 10mm 12mm 14mm 16mm
1 70 145 187 229 259 207 272 288
2 64 99 155 192 214 236 237 294
3 61 124 163 193 210 215 215 258
4 59 120 162 195 208 210 210 318
5 52 109 147 183 193 199 199 199
平均值 62 119 163 198 217 226 227 271
通过试验数据可以得出随着形变量的逐渐变大，压力的平均值也逐渐变大，但是在形变量8mm～14mm过程中压力的变化幅度较小。
采用本恒压弹簧进行试验，取恒压弹簧样品C进行五次抗压试验，数据如下所示(其中压力单位为Kg)：
压缩量 2mm 4mm 6mm 8mm 10mm 12mm 14mm 16mm
1 88 160 215 278 308 308 308 308
2 76 147 202 255 260 260 260 261
3 66 132 188 235 247 247 247 247
4 64 120 177 233 247 247 247 247
5 70 139 192 235 241 241 241 278
平均值 73 140 195 247 261 261 261 268
取恒压弹簧样品D进行五次抗压试验，数据如下所示(其中压力单位为Kg)：
压缩量 2mm 4mm 6mm 8mm 10mm 12mm 14mm 16mm
1 168 230 286 357 372 372 372 390
2 96 161 213 218 218 218 275 374
3 82 160 208 212 212 212 246 350
4 80 150 208 215 215 215 248 253
5 76 150 207 213 213 213 256 264
平均值 100 170 224 243 246 246 276 326
取恒压弹簧样品E进行五次抗压试验，数据如下所示(其中压力单位为Kg)：
结合图9，由样品C的平均值可以看出，在形变量为10mm～14mm过程中压力平均值实现恒定，而由样品D、E的平均值可以看出，在形变量为8mm～12mm过程中压力平均值实现恒定。
而具体的，如图3所示，本体1被压缩0mm～2mm过程中，凹面11和凸面12产生一定的形变，在此过程中本体1主要是高度逐渐变小，而产生的回复弹力逐渐变大；如图3所示，本体1被压缩2mm～4mm过程中，本体1继续被压缩，高度继续变小，凹面11和凸面12继续发生形变，在此过程中本体1两端端口逐渐外翻，本体1两端直径变大，使得本体1中心孔两端的孔壁与载体抵压，在该过程中本体1产生的回复弹力也是逐渐变大；如图4、图5所示，本体1被压缩4mm～8mm过程中，本体1继续被压缩，高度继续变小，凹面11和凸面12继续发生形变，在此过程中本体1的两端端口继续外翻，本体1两端直径继续变大，本体1产生的回复弹力也是逐渐变大；如图6～图8所示，本体1被压缩8mm～12mm过程中，本体1继续被压缩，高度继续变小，在此过程中本体1两端端口几乎完全外翻，本体1两端直径几乎不再发生变化，本体1的形变主要是本体1两端翻出部分逐渐靠近，在此过程中本体1产生的回复弹力主要由本体1翻折产生，该回复弹力能够保持恒定。
本体1中心孔两端的孔口边沿均通过倒角形成环形的导向面14，导向面14为锥面，本体1的两端与两载体相抵压，由于中心孔孔口具有导向面14，因此本体1与载体相抵压的抵压面靠近本体1外围，而该抵压压力也更容易使本体1的两端端口向外翻折，因此导向面14也起到引导本体1端口向外翻折的作用。本体1在受到载力过程中先出现径向扩张，再出现翻折，因此本体1周向上厚度均匀，从而保证本体1受力平衡均匀，也避免局部应力集中而出现撕裂现象。由于本体1通过端面与载体相抵靠，同时在两端扩张形变时本体1的端面会相对载体滑动，因此本体1的两端端面为光滑的平面，光滑的端面能够减少摩擦，更有利于形变。本体1的两端为对称的结构，使得本体1两端形变相同，受到载力对称平衡。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了本体1、凹面11、凸面12、引导面13等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种恒压弹簧，包括呈筒状的本体(1)，所述本体(1)采用弹性材料制成，其特征在于，所述本体(1)的外周面是一个轴向的中部向内凹的凹面(11)，所述本体(1)的内周面是一个轴向的中部向外凸的凸面(12)。
2.根据权利要求1所述的恒压弹簧，其特征在于，所述凹面(11)在轴向上呈弧形内凹，所述凸面(12)在轴向上呈弧形外凸。
3.根据权利要求2所述的恒压弹簧，其特征在于，所述本体(1)呈圆筒状并采用弹性塑胶材料制成，所述本体(1)的凹面(11)与两端端面之间均通过倒角形成引导面(13)，所述引导面(13)为锥面。
4.根据权利要求3所述的恒压弹簧，其特征在于，所述本体(1)中心孔两端的孔口边沿均通过倒角形成环形的导向面(14)，所述导向面(14)为锥面。
5.根据权利要求3或4所述的恒压弹簧，其特征在于，所述本体(1)的厚度在周向上均匀。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的恒压弹簧，其特征在于，所述本体(1)的两端端面为光滑的平面。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的恒压弹簧，其特征在于，所述本体(1)的两端为对称的结构。
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