CN1064748C - 波纹箱式空气弹簧及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种波纹箱式空气弹簧，它具有一个带有一个内和一个外涂敷橡胶织物增强帘布层和在每个端头处有一个沿口环的圆形波瓣主体件。织物层每一端头处的卷起部分包绕着沿口环，内帘布层的卷起部分从沿口环轴向向内延伸超出弹簧两端上外帘布层卷起部分端头一个相当大的距离以提供较长的弯曲疲劳寿命和防止主体件在端头沿口部位内过早开裂。制造方法包括使用一块在轴向上大大地长于外帘布层的内织物帘布层，而不使用同样轴向长度的内和外帘布层。

Description

波纹箱式空气弹簧及其制造方法
本发明涉及这种型式的流体弹簧，例如气动或空气弹簧，它们被用于车辆的流体悬架体系和其它的用途中，还涉及制造这种弹簧的方法。更为具体地说，本发明涉及具有一个或多个径向向外突出的环形波瓣的波纹箱式空气弹簧。
波纹箱式空气弹簧在现有技术中已通行多年。在颁发给R．D．Smith的美国专利2，874，458中示出了这种波纹箱式空气弹簧及其制造方法的典型例子。波纹箱式空气弹簧是这样制成的：首先在一个鼓体上形成一个具有通常是两层未硫化斜纹帘布层涂橡胶织物的圆筒形体，一个橡胶或其它弹性体材料的内和外罩，和一个在每个端头上的用金属缆索或丝线制成的端头沿口环，织物层的端头就是包绕在每个相应的端头沿口环上的。这样就形成了圆筒形体或构架，而沿口环上涂覆有处于生的未径硫化状态的橡胶。未硫化的构架于是被放在一个模具内成形并且通过加热和加压使其固化成一个具有一个或多个径向向外突出的波瓣的成品形波纹箱。如果波纹箱弹簧的特定设计具有一个以上波瓣，则与设置在每个端头上的沿口环基本上相同构造的“腰环(girdle-ring)”沿口根据波瓣的数目被施加在沿着主体的轴向长度上多于一个的位置上。一个腰环被安置在每个波瓣之间的轴向位置上围绕着外罩的外表面。当波纹箱空气弹簧以其在弹簧体内的内部气压或液压执行一个缓冲操作的功能时，腰环与端头沿口环相配合保持着弹簧的最小直径部分而在此同时允许每个波瓣在每个波瓣的轴向中点处径向向外膨胀。
现有技术波纹箱弹簧经常遇到的问题之一就是在沿口卷起部位往往过早开裂。当此种开裂发生时，它通常从沿口轴向向内绕外罩层一个短的距离，也就是在靠近卷起的织物层端边处的“沿口卷起部位”。这种开裂是引起顾客不满的主要原因。本发明改变了内和外织物增强层的相对交叠关系。从而补救了在沿口卷起部位过早开裂的问题，大大地延长了波纹式空气弹簧的弯曲疲劳寿命。
本发明的一个目的是提供一种延长弯曲疲劳寿命的波纹箱式空气弹簧。
本发明另一个目的是提供一种这种设计型式的波纹箱式空气弹簧，在其沿口卷起部位的主体层内大大地减少了开裂。
本发明再一个目的是提供一种制造一个波纹箱式流体弹簧的方法。
本发明又一个目的是通过在增强层的相对交叠关系上加以简单的结构改变而提供一种使用寿命较长的波纹箱式空气弹簧，这种结构改变可以在现有的装配和模制设备上完成。
本发明的这些和其它目的通过下述的说明和附图将能更为全面地了解。
本发明是一种波纹箱式的流体弹簧，它包括一个连续的圆形挠性主体件，主体件在其每端具有一个含有一个沿口环的圆形沿口部分和至少一个位于沿口部分之间和靠近其中至少一个沿口部分的环形波瓣部分，每个所述波瓣部分径向向外延伸并逐渐地从一个最小直径部分增大至一个最大直径部分，主体件包括一个径向的内织物帘布层和一个与其共同延伸和用粘接剂粘接在其上的径向外织物帘布层，主体件的两个帘布层在主体部分的每个端头处具有一个帘布层卷起部分包绕在主体件一个相应的端头上的沿口环周围，外帘布层卷起部分用粘接剂粘接在外帘布层径向外表面上从端头沿口环起的一个第一距离，内帘布层卷起部分延伸超出外帘布层卷起部分的端头边沿一个从沿口环起的第二距离，该第二距离明显地大于第一距离但小于沿口环和相邻波瓣最大直径部分之间的距离，和内帘布层卷起部分与外帘布层卷起部分的径向外表面交叠并用粘接剂固定在其上而外帘布层的径向外表面的一部分延伸超出外帘布层卷起部分的端头边沿。
本发明所提供的一种制造一个波纹箱式流体弹簧的方法，所述方法包括下列步骤：在一个圆筒形鼓上将一张未固化的弹性体材料形成一个圆筒形内罩层，所述内罩层在每一端都是开口的；将一块未固化的涂橡胶织物的内帘布层敷设在弹性体层的外表面上；将一个未固化的涂敷橡胶织物的外帘布层敷设在所述织物的内帘布层的外表面上；将一张未固化的弹性体材料敷设在所述外织物帘布层的外表面上以形成一个外罩层；将沿口环放置在所述织物帘布层和所述罩层的周围靠近其每个端头；将所述织物帘布层和所述罩层的端头绕着所述沿口环折叠；从所述鼓上取下装配好的各罩层和帘布层；将所述装配好的罩层和帘布层放置在一个成形和固化模具内；向所述装配好的罩层和帘布层施加热和压力从而将所述弹簧成形和固化成所想要的成品形状；敷设所述未固化的涂橡胶织物的内帘布层，使得所述内织物帘布层的两个轴向端头与所述弹性体内罩层的轴向端头对齐；所述未固化的涂橡胶织物的外帘布层的轴向长度短于所述内织物帘布层的长度，并且在纵向上处于所述内织物帘布层的中部，从而使所述内织物帘布层延伸超出所述外织物帘布层的每一端一距离；包绕所述沿口环折叠所述织物帘布层的端头部分，使得所述内织物帘布层的所述包绕端头部分搭接和轴向向内延伸超出所述外织物帘布层的被包绕端头部分的边沿一个相当大的距离。
图1是本发明一个波纹箱式弹簧的局部侧视立面图，其某些部分被断开以显示壁结构及沿口环；
图2是图1中所示弹簧的一部分的放大局部视图，较详细地显示出围绕着端头沿口环的卷起部位以及各织物增强层之间的关系；
图3是一个现有技术波纹箱空气弹簧的部分装配未固化构架的简化斜视图，显示出当放置在一个装配鼓上时织物增强层之间的相对长度和位置；
图3A是一幅类似于图3的视图，但显示的是本发明的各织物增强层当放置在一个装配鼓上时的相对长度和位置；
图4是截自图3中4-4线的局部截面图；
图4A是截自图3A中4A-4A线的局部截面图；
图5是一幅简化示意图显示出图4中各织物层的端头在包绕了端头沿口环之后的交叠关系；和
图5A是一幅简化示意图显示出图4A中各织物层的端头在包绕了端头沿口环之后的交叠关系。
图1显示了一个波纹箱式空气弹簧10，它是使用本发明的弹簧型式的典型例子。在图2中以更详细细节显示的弹簧10具有一个由涂敷橡胶织物材料的一个径向内帘布层14和一个径向外帘布层16形成的圆形挠性主体件12。两个帘布层14和16最好由斜纹帘布层织物制成，而其中一个帘布层的斜纹与另一个帘布层的斜纹是以一个相反的角度倾斜的。在一些弹簧构形中在内和外帘层之间还可以使用额外的增强帘布层。主体件12绕着一根纵向X轴心，如图1中所示。一个端头沿口环22在主体件12的每个端头处位于一个端头沿口部分24内，该沿口部分形成一个环形的肋条形状用以将弹簧的端头接合到一个刚性的安装结构上，例如图2中所示的凸缘环26上。沿口环22可以由多根象钢或其它材料那样的平行丝线形成，或者也可以是缆绳结构的形式。
图1中中所示的空气弹簧10是一个具有波瓣28和29的多波瓣空气弹簧10，波瓣从小直径部分30和32径向向外突出至一个最大直径部分34。
在一个多波瓣空气弹簧，例如图1中所示的两波瓣弹簧中，一个腰带沿口环36围绕着主体12的外表面。腰带沿口环36常由多根平行的细丝或金属线制成，但其它的环结构也可以用于腰环，就象端头沿口环的情况一样。此腰环36保持住小直径部分32并且当主体件12受到内部压力时防止其径向向外膨胀。同样情况，端头沿口环22保持住小直径部分30。波瓣部分38和29当受到内部压力时可以背离X轴心径向向外膨胀。在一个包含多于两个波瓣的空气弹簧中，另加的腰带沿口环位于每一对相邻的波瓣之间。在一个单独的波瓣的空气弹簧中就不需要腰带沿口环了。
当弹簧10在其准备使用的地点被夹持在工作位置时，弹簧连同其连接的结构形成一个密封室38。
为了克服主体件12在围绕端头沿口环22的增强帘布层14和16端头的卷起部位处过早开裂的问题，本发明的结构在内帘布层14和外帘布层16端头之间的交叠关系方面改变了结构设计。
图3显示了一个在常规装配鼓(未显示)上形成的一个现有技术空气弹簧的构架40，其中的一个内织物帘布层40i和一个外织物帘布层40o具有同样的长度但在轴向上偏移一个很短距离。这意味着在一个端头处内帘布层40i突出于外帘布层40o外一个短距离，而在其相对的端头处外帘布层40o突出于内帘布层40i一个短距离。图4也是说明帘布层40i和40o的偏移结构。从图5中可以看到，当帘布层40i和40o绕着端头沿口40b折叠时，在左端的内帘布层40i的卷起部分延伸于外帘层层40o的卷起部分外一个短距离。但在右端，内帘布层40i的卷起部分较外帘布层40o的卷起部分的端头缩短一个短距离。具有这种现有技术的结构的空气弹簧装配件具有主体件在靠近沿口环的卷起部分过早开裂的问题。
与图3的现有技术结构作对比，图3A显示出一个在一个鼓(未显示)上形成的构架42，其中的内织物帘布层42i在轴向长度上大大地长于外织物的帘布层42o。这也显示在图4A中。这一结构当帘布层42i和42o的端头绕着端头沿口42b折叠时形成的如图5A中所示的构形，其中在构架42的两个端头处内帘布层42i延伸超出内帘布层42i卷起部分的端头一个很大的距离。这一改良的结构大大地延长了波纹箱式空气弹簧的弯曲疲劳寿命。
更具体地参看图2，内织物帘布层14和外织物帘布层16两者都包绕在端头沿口环22上面并且粘附在一个或多个织物层的外表面上。这个包绕部分被称作帘布层的“卷起”部分。
外帘布层16当包绕着沿口环22时粘附在其自身的外表面上并且从沿口环22延伸一个距离d1。内帘布层14包绕着沿口环22并延伸超出外帘布层16的端头边沿16e又一个很大的d2，但是在离开在波瓣28上最大直径位置34一个间隔距离d3处终止在一个端头边沿14e处。
虽然距离d1，d2，和d3的相对比例是可以变化的，但已经发现，帘布层14超出外帘布层16的端头边沿16e一个相当的搭接距离d2是合乎理想的，而端头边沿14e和最大直径位置34之间的距离d3最好是距离d2的一半。距离d1应当至少为2．54厘米(1英寸)而距离d2应当大于d1，在许多例子中大约是长度d1的两倍。在空气弹簧的一种尺寸中，d2的长度可以是5．08厘米(2英寸)而d3的长度可以是2．54厘米(1英寸)。
在本发明中所示的空气弹簧卷起部位的结构改良可以用于各种不同设计的波纹箱式空气弹簧，而不需考虑波瓣的数目和增强帘布层的数目有多少，也不必考虑沿口环是什么式样。
在不偏离本发明的范围的情况下，本文中的所示实施例都可以做出其它的变更。

Claims (9)

1．一种用于在每一端头处密封连接到一个沿口保持结构上以形成一个流体保持室的波纹箱式流体弹簧，所述弹簧包括：
一个连续的圆形挠性主体件，所述主体件在每一个端头具有一个含有一个沿口环的圆形沿口部分和至少一个位于所述沿口部分之间并靠近其中至少一个沿口部分的环形波瓣部分；
每一个所述波瓣部分径向向外延伸并逐渐地从一个最小直径部分增大至一个最大直径部分；
所述主体件包括一个径向的内织物帘布层和一个与其共同延伸并用粘接剂粘接在其上的径向外织物帘布层；
所述主体件的两个帘布层在主体部分的每个端头处具有一个帘布层卷起部分包绕在所述主体件一个相应的端头上的所述沿口环周围；
所述外帘布层卷起部分用粘接剂粘接在外帘布层径向外表面上一个从端头沿口环起的第一距离；
其特征在于：所述内帘布层卷起部分的一个端头边沿延伸超出所述外帘布层卷起部分的端头边沿一个从沿口环起的第二距离，所述第二距离明显地大于所述第一距离但小于沿口环和相邻波瓣最大直径部分之间的距离；和
所述内帘布层卷起部分与所述外帘布层卷起部分的径向外表面交叠并用粘接剂固定在其上，且所述内帘布层卷起部分用粘接剂固定在所述外帘布层的径向外表面延伸超出所述外帘布层卷起部分的端头边沿的一部分上。
2．如权利要求1中所述的波纹箱式流体弹簧，其特征在于：其具有多个波瓣部分和一个腰带环沿口，所述腰带环沿口包绕着所述主体件的一个外表面并被放置在每个相邻成对的波瓣部分之间的其最小直径部分处。
3．如权利要求1中所述的波纹箱式流体弹簧，其特征在于：一层弹性体材料覆盖在所述主体件的一个径向内表面和一个径向外表面之上。
4．如权利要求1中所述的波纹箱式流体弹簧，其特征在于：所述内帘布层卷起部分的端头边沿和相邻波瓣部分的最大直径部分之间的距离大约为所述内帘布层卷部分延伸超出所述外帘布卷起部分端头边沿的距离的一半。
5．如权利要求1中所述的波纹箱式流体弹簧，其特征在于：所述内帘布层卷起部分的端头边沿和所述外帘布层卷起部分的端头边沿之间的距离大于所述外帘布层卷起部分的端头边沿和相邻的端头沿口环之间的距离。
6．一种制造一个波纹箱式流体弹簧的方法，所述方法包括下列步骤：
在一个圆筒形鼓上将一张未固化的弹性体材料形成一个圆筒形内罩层，所述内罩层在每一端都是开口的；
将一块未固化的涂橡胶织物的内帘布层敷设在弹性体层的外表面上；
将一个未固化的涂敷橡胶织物的外帘布层敷设在所述织物的内帘布层的外表面上；
将一张未固化的弹性体材料敷设在所述外织物帘布层的外表面上以形成一个外罩层；
将沿口环放置在所述织物帘布层和所述罩层的周围靠近其每个端头；
将所述织物帘布层和所述罩层的端头绕着所述沿口环折叠；
从所述鼓上取下装配好的各罩层和帘布层；
将所述装配好的罩层和帘布层放置在一个成形和固化模具内；
向所述装配好的罩层和帘布层施加热和压力从而将所述弹簧成形和固化成所想要的成品形状；
所述制造波纹箱式流体弹簧的方法，其特征在于：
敷设所述未固化的涂橡胶织物的内帘布层，使得所述内织物帘布层的两个轴向端头与所述弹性体内罩层的轴向端头对齐；
所述未固化的涂橡胶织物的外帘布层的轴向长度短于所述内织物帘布层的长度，并且在纵向上处于所述内织物帘布层的中部，从而使所述内织物帘布层延伸超出所述外织物帘布层的每一端一距离；
包绕所述沿口环折叠所述织物帘布层的端头部分，使得所述内织物帘布层的所述包绕端头部分搭接和轴向向内延伸超出所述外织物帘布层的被包绕端头部分的边沿一个相当大的距离。
7．如权利要求6中所述的方法，其特征在于：其包括在装配好的罩层和帘布层上放置至少一个腰带沿口环的步骤，所述沿口环包围着所述外罩层以形成一个多波瓣的弹簧。
8．如权利要求7中所述的方法，其特征在于：其包括将一个腰带件轴向地放置在每一相邻成对的波瓣之间。
9．如权利要求6中所述的方法，其特征在于：在成形和固化步骤中，所述装配好的罩层和帘布层形成一个具有至少一个波瓣部分的圆形体，所述瓣部分具有一个最小和一个最大的直径部分，最长的织物帘布层折叠部分的端头边沿终止在从波瓣部分最大直径部分起一个间隔距离处。
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