CN1072783C - 螺旋波纹弹簧及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种螺旋波纹弹簧，通过将波纹状的线材卷线成螺旋状而形成，弹簧的相互重叠的顶部和相互重叠的底部分别互相接触，连结顶部和底部的相互重叠的倾斜部分间形成预定的间隙，弹簧的第一圈即上面的螺线上的圈部分和弹簧的第二圈即下面的螺线上的圈部分在垂直方向仅在各自的顶部和底部分别接触，在每一圈的顶部和底部间的倾斜部分之间形成一定的间隙以防止它们相互接触。当弹簧承受载荷并发生变形时，顶部和底部各自分别互相接触，但不产生摩擦。

Description

螺旋波纹弹簧及其制造方法
本发明涉及对螺旋波纹弹簧的改进及其制造方法，本螺旋波纹弹簧是把一根由间隔峰部和谷部的波纹状的线材卷绕而成的，即将一线材形成波纹状、形成螺旋状。
过去使用的螺旋波纹弹簧的一个典型例子如图5所示，最常用的是由方形的线状弹簧材料折叠地卷绕成的弹簧。这些弹簧包括图6所示的在顶部和底部有平坦部分a的类型和图7所示有弧线部分b的类型。图8、图9分别表示这些弹簧材料叠加成两层时的情况。在每种情况下，每一卷绕部分即上面的第一圈和下面的第二圈表面在整根弹簧上都紧紧贴在一起形成一个卷的形状，当这种螺旋波纹弹簧承受载荷并发生弹性变形时，接触的部分间发生相互摩擦，从而使载荷-变形特性同简单弹簧相比变得更加复杂，例如出现所谓“滞后”现象，即弹簧在压缩和回复过程中表现出较大的特性差异。因此当这种螺旋波纹弹簧装配到不同的机器设备上时，为达到特定的特性去设计弹簧的参数变得尤为困难。
这个问题可通过用一个圈形金属板制造一个弹簧来解决，但又引入了另一个问题。也就是说，在将金属板冲成环形的过程中，产生了圆盘状的材料浪费，同时为了提高该金属板的挠性不得不增加淬火等后处理工艺，从而大大提高了制造成本。螺旋波纹弹簧的优点在于它的成本远低于这样的单一弹簧，因为它可仅由市场上的方金属丝变形成波纹状，再将其绕成螺旋形，而该金属丝的挠性可在绕制前得到提高。单个板形弹簧的另一个问题在于为了达到预期的特性，其外径需增大，从而使装配空间变大。
本发明的目的在于提供一种旨在解决上述问题、虽然为螺旋波纹弹簧，但具有与一环状弹簧类似的载荷--变形特性并易设计的螺旋波纹弹簧及其制造方法。
本发明提供一种通过将波纹状的线材卷绕成具有一定半径及中心轴的螺旋形而制成的螺旋波纹弹簧，包括：多个底部，多个在沿弹簧轴线延伸方向从底部突起的顶部，还包括多个连接顶部和底部的倾斜部分，其中沿螺旋轴线延伸方向相互重叠的顶部和底部分别相互接触，在螺旋轴线方向相互搭接的倾斜部分形成预定的间隙。
这种螺旋波纹弹簧的特点之一是弹簧的第一圈处即上面的一圈和弹簧的第二圈即下面的一圈在其轴线方向仅在各自的顶部和底部分别接触，而在顶部和底部之间的倾斜部分由于两圈之间有间隙的存在是不接触的。当弹簧承受载荷并发生变形时，顶部与顶部之间、底部与底部之间发生相互接触，但几乎不产生摩擦。因为在倾斜部分之间形成间隙，所以该处也不产生摩擦。换句话说，在相互重叠的圈部分之间并不发生摩擦，弹簧发生弹性变形。因此根据本发明制造的螺旋波纹弹簧的载荷--变形特性与单个弹簧或用两根弹簧仅仅并联成的弹簧的载荷--变形特性相类似。
根据本发明，这种螺旋波纹弹簧的另一特点是顶部和/或底部沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上有一段平坦部分，且相互重叠的顶/底部的平坦长度是彼此不同的。例如在上面的圈上，顶部的平坦部分长度较长，底部的平坦部分较短；而在下面的圈上，顶部的平坦部分较短，底部的平坦部分较长。根据这一排列，上述的间隙就可以很容易的形成，而且它的大小可通过适当调整平坦部分的长度而设定。进而为了在本发明所述的弹簧全长范围内获得同样的载荷--变形特性，同时更有效的实现已描述的本发明的目的，最好使上面的圈和下面的圈在垂直于轴线方向的假想平面上是相互对称的，即上面的圈顶部的平坦部分的长度同下面的圈底部的平坦部分的长度是相等的；上面的圈底部的平坦部分的长度同下面的圈顶部的平坦部分的长度是相等的。
根据本发明更进一步的具体特征，顶部和/或底部沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上有一段弧线部分，且相互重叠的顶/底部的弧线的曲率是彼此不同的。例如在上面的圈上，顶部的弧线部分的曲率半径较大即曲率小，底部的弧线部分的曲率半径较小(即曲率大)；而在下面的圈上，顶部的弧线部分的曲率半径较小(即曲率大)，底部的弧线部分的曲率半径较大(即曲率小)。根据这一结构，上述的间隙就可以很容易的形成，而且它的大小可通过适当调整弧线部分的曲率而设定。进而为了在本发明所述的弹簧全长范围内获得同样的载荷--变形特性，最好使上面的圈和下面的圈在垂直于轴线方向的假想平面上是相互对称的。进一步来讲，上面的圈顶部的弧线部分的曲率同下面圈底部的弧线部分的曲率是相等的；上面的圈底部的弧线部分的曲率同下面的圈顶部的弧线部分的曲率是相等的。
本发明所述螺旋波纹弹簧的另一特点是相邻的顶部和底部之间的间隙在整个弹性变形过程中基本上是保持的。根据这一特点，本发明所述的弹簧能够在整个变形过程而不是某一变形过程中保持与单个弹簧相类似的载荷--变形特性。为了制造这样的弹簧，间隙要相对大一些，以便在载荷较大而发生大的变形时确保间隙。同时，间隙的大小可通过调整上述顶部和底部形状的方法适当调节。换句话说，通过增加长的平坦部分和短的平坦部分之间的长度差或增加具有小曲率的部分和具有大曲率的部分之间的曲率差就可以确保较大的间隙。
此外，本发明还提供了一种上述螺旋波纹弹簧的制造方法，这种螺旋波纹弹簧的制造方法包括以下步骤：
将线材加工成为具有多个顶部和多个底部并由多个倾斜部分连接这些顶部和底部的波纹形；
将线材弯曲成具有预定半径并具有中心轴线的螺旋形；
将线材切割制成至少为两圈的弹簧，例如两圈的双螺旋弹簧；
其中，多个顶部、底部和倾斜部分这样形成：沿轴线方向相互重叠的顶部和沿轴线方向相互重叠的底部相互接触，沿轴线方向相互搭接的倾斜部分间形成预定的间隙。
附图简要说明
图1是根据本发明的一实施例的弹簧的波纹形的放大示意图
图2是根据本发明的另一实施例的弹簧的波纹形的放大示意图
图3是图1所示波纹形弹簧重叠状态示意图
图4是图2所示波纹形弹簧重叠状态示意图
图5是传统的螺旋波纹弹簧的透视图
图6是传统的螺旋波纹弹簧波纹放大示意图
图7是传统的螺旋波纹弹簧波纹放大示意图
图8是图6所示波纹形弹簧重叠状态示意图
图9是图7所示波纹形弹簧重叠状态示意图
图10是本发明所述弹簧和传统弹簧的负载一变形特性示意图
接下来介绍本发明所述的螺旋波纹弹簧的实施例。本发明所述的螺旋波纹弹簧是通过将一根细长的预先赋以弹簧特性的方形线材加工成具有交替的顶部和底部并在顶部和底部间具有倾斜部分的波纹状，同时将线材卷绕成具有预定半径的螺旋状，然后将线材按双螺旋(double-coil)方式切割而成的。图1和图3表示第一实施例，其顶部和底部呈平坦状。图2和图4为第二实施例，其顶部和底部有弧线状。
在图1和图3所示的第一实施例中，第一圈(即位于上侧的圈)被设计成顶部的平坦部分c较长，底部的平坦部分d较短。相反，第二圈(即位于下侧的圈)被设计成顶部的平坦部分较短，底部的平坦部分较长，线材在卷绕过程中两个圈的顶部和底部分别相互重叠以保持相互接触，如图3所示。
在图3中，上面的圈1的顶部的平坦部分同下面的圈2的底部的平坦部分具有相同的长度c，上面的圈1的底部的平坦部分同下面的圈2的顶部的平坦部分具有相同的长度d，在两个圈的倾斜部分间为间隙3。在图1和图3所示的实施例中，长度c为5mm，长度d为1mm，波纹间距即波长为20mm，两圈螺线的总高为3.4mm，此时间隙3为0.4mm。当具有本发明形状的弹簧A与图6、图8所示的与A同外部尺寸的上述传统弹簧B接受载荷--变形测试时，结果如图10所示。例如在弹簧承受1500N的载荷时，对于弹簧A压缩和回复过程的特性差为190N，而相应的弹簧B的特性差为310N，换句话说A同B相比特性差降低了40％。
接下来介绍本发明所述螺旋波纹弹簧的第二实施例。如图2和图4所示，上面的圈被设计成顶部的弧线部分的曲率e较小，而底部的弧线部分的曲率f较大。相反对于接下来的下面的圈，顶部的弧线部分的曲率较大，底部的弧线部分的曲率较小。在叠加和卷绕过程中两个圈的顶部和底部分别相互重叠以保持相互接触，如图4所示。在该图中，上面的圈1的顶部的弧线部分同下面的圈2的底部的弧线部分具有相同的曲率e，上面的圈1的底部的弧线部分同下面的圈2的顶部的弧线部分具有相同的曲率f，在两个圈的倾斜部分间为间隙3。
如上所述，本发明能够有效的解决传统的螺旋波纹弹簧引起的问题，同时得到一种具有优良弹簧特性的紧凑式弹簧。本发明所述弹簧的优良性能够在将其用作汽车的自动变速装置的离合器等的复位弹簧时得到很好的体现。
根据本发明所述的螺旋波纹弹簧，相互重叠的圆弧部分发生弹性变形而不产生相互摩擦，可以获得与弹簧板或仅用两根弹簧并联成的弹簧的载荷-变形特性相当面载荷-变形特性。因此，弹簧的设计变得容易了，间隙的形成也就更容易、更方便了。
进一步讲，根据本发明，螺旋波纹弹簧的设计变得更加简单，而它的应用范围也变得更加广阔。

Claims (16)

1．一种通过将波纹状的线材卷绕成具有预定半径和中心轴线而制成的螺旋波纹弹簧，包括多个底部，多个在沿弹簧轴线延伸方向从底部突起的顶部，还包括多个连接顶部和底部的倾斜部分，其中：沿螺旋轴线延伸方向相互重叠的顶部和底部分别互相接触，沿螺旋轴线延伸方向相互重叠的倾斜部分之间形成预定的间隙。
2．如权利要求1所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：所述弹簧的第一圈顶部和弹簧的第二圈顶部相互接触，弹簧的第一圈底部和弹簧的第二圈底部相互接触。
3．如权利要求2所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上，弹簧的第一圈顶部和弹簧的第二圈顶部有一段平坦部分且其长度不同。
4．如权利要求2所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于，沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上，弹簧的第一圈底部和弹簧的第二圈底部有一段平坦部分且其长度不同。
5．如权利要求2所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上，弹簧的第一圈顶部和弹簧的第二圈顶部有一段平坦部分且其长度不同，弹簧的第一圈底部和弹簧的第二圈底部有一段平坦部分且其长度不同。
6．如权利要求5所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：第一圈顶部的平坦部分的长度同第二圈底部的平坦部分的长度是相等的，第一圈底部的平坦部分的长度同第二圈顶部的平坦部分的长度是相等的。
7．如权利要求2所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上，弹簧的第一圈顶部和弹簧的第二圈顶部有一段弧线部分且其曲率不同。
8．如权利要求2所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上，弹簧的第一圈底部和弹簧的第二圈底部有一段弧线部分且其曲率不同。
9．如权利要求2所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的面上，弹簧的第一圈顶部和弹簧的第二圈顶部有一段弧线部分且其曲率不同，弹簧的第一圈底部和弹簧的第二圈底部有一段弧线部分且其曲率不同。
10．如权利要求9所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：第一圈顶部的弧线部分的曲率同第二圈底部的弧线部分的曲率是相等的，第一圈底部的弧线部分的曲率同第二圈顶部的弧线部分的曲率是相等的。
11．如权利要求1所述的一种螺旋波纹弹簧，其特征在于：所述弹簧的间隙在整个弹性变形过程中被保持。
12．一种螺旋波纹弹簧的制造方法：包括以下步骤：
将线材加工成为具有多个顶部和多个底部并由多个倾斜部分连接这些顶部和底部的波纹形；
将所述线材弯曲成具有预定半径并具有中心轴线的螺旋形；
将所述线材切割制成至少有两圈的弹簧；
其中，多个所述的顶部、底部和倾斜部分这样形成：沿所述轴线方向相互重叠的顶部和沿轴线方向相互重叠的底部分别相互接触，沿轴线方向相互搭接的倾斜部分间形成预定的间隙。
13．如权利要求12所述的一种螺旋波纹弹簧制造方法，其特征在于：顶部被加工成沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上有一段平坦部分。
14．如权利要求12所述的一种螺旋波纹弹簧制造方法，其特征在于：底部被加工成沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上有一段平坦部分。
15．如权利要求12所述的一种螺旋波纹弹簧制造方法，其特征在于：所述顶部被加工成沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上有一段弧线部分。
16．如权利要求12所述的一种螺旋波纹弹簧制造方法，其特征在于：所述底部被加工成沿弹簧的延伸方向在与弹簧轴线平行的假想面上有一段弧线部分。
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