CN1076416A - 弹性体的保险杆缓冲弹簧 - Google Patents

Abstract

一种压缩弹簧，具有由塑性变形与弹性变形的比 为1.5到1的弹性体形成的一个球形体，在球形体两 端有截头锥形段，在弹簧位移的主要部分能保持基本 恒定的弹性系数。弹簧经预压缩以克服弹性体的压 缩硬化特性，并且使弹簧的分子结构经定向排列。这 种弹簧特别适用于作为汽车的保险杆缓冲弹簧。

Description

本发明涉及弹性体压缩弹簧，特别是涉及汽车保险杆缓冲组件的压缩弹簧。

汽车业及保险业一直在探索一种能吸收汽车受到速度为5哩/小时或稍低速度的碰撞能量的保险杆缓冲组件。这一装置可否接受是由两个不同的标准确定的。首先是“没有明显可见的损坏”的标准。可以认为现有的液压保险杆缓冲组件能满足这一要求，也就是能保护汽车避免出现明显可见的损坏。第二个标准是“没有实质损坏”（dollar  damage）的标准。可以认为现有的液压保险杆缓冲组件不能始终满足这后一标准。汽车的保险杆缓冲组件及其它组件在遭到5哩/小时速度的碰撞时会发生功能性的损坏。另外，这些保险杆缓冲组件由多个部件组成，增加了必要的重量，增加组件的成本，要求单独的预负荷弹簧来减少振动，并且这些组件了不能提供恒定的弹性系数。

已经作了多方面努力来设计能满足工业目标及标准的汽车保险杆缓冲弹簧。其中包括授予通用发动机公司（发明人为Bobinger等人）申请的美国专利4893857号。通用发动机公司的这种装置包括装有第一吸能介体的一个圆柱管，由压缩弹簧和盘片组成的预负荷装置，和延伸到保险杆缓冲器的一可伸缩的活塞管。由通用发动机公司公开的一种吸能介体是商标为Hytrel的热塑性材料，这是由E.I.dupont  de  Nemoirs公司制造的一种共聚物，它有较高的压缩硬化特性，并且，需要用预负荷组件来保证保险杆缓冲组件能在碰撞后回复它的原始位置。

设计保险杆缓冲弹簧的另外的现有技术为授于克莱斯勒发动机公司（发明人为Hillebrand等人）的申请的美国专利4624493号（与通用发动机公司的专利类似），该专利包括多个部件，也就是一个带有一支座的承载管件、一个预载荷的作用圈簧、和装有E.I.dupont  de  Nemoirs公司的Hytrel共聚物弹性体的吸能膜盒。

另外，与本发明相关的现有技术还有授与矿业公司（发明人为安得生）的美国专利4566678号。该专利的主题是Mytrel热塑料。该专利提出了制造空心的Hytrel材料的弹簧以及消除该热塑料的压缩硬化问题的方法。该专利有效地解决了Hytrel材料的压缩硬化特性，及对铁路车辆提出很有效的吸收能量的弹簧，有必要提出改进方法把这一概念应用到汽车业中以满足“没有明显可见的损坏”及“没有实质损坏”的标准。一个基本改进是提供一种不同的力的行程曲线。依次，这就需要超出安得生所发明的专利的构思中在设计方面所做的必要的改进及提高。

本发明的目的是为解决现有技术的问题，提供一种能以恒定最大程度在有限的位移范围内吸收能量的弹簧。它包括由塑性变形与弹性变形的比为1.5到1的弹性体形成细长的空心体。最好，这种弹性体是由例如E.I.dupont  de  Nemoirs公司制造和销售的商标为Hytrel的共聚多酯共聚物弹性体制成。在最佳实施例中，该空心体设计成可装在汽车的保险杆缓冲组件中，其材料形状及分子排列方向使得组件可吸收碰撞力而不会产生对汽车明显可见的和实质的损坏。

因此，本发明目的是提供尤其是：

1.一种提供恒定弹力的成形弹性体压缩弹簧，可吸收以5哩/时速度移动的汽车的碰撞能，而汽车没有明显可见的损坏或实质的损坏。

2.一种简单的整体保险标缓冲压缩弹簧，取消了预负载元件和它们的组件的成本开支，并减小设置在新的和现有的汽车上装置的成本。

3.一种由弹性体形成的弹性体弹簧，这种弹性体很耐用，与公路上的尘垢、盐和腐蚀流体不起反应，也不会发生裂纹扩展，并有延伸性使塑性变形与弹性变形的比为1.5到1。

4.一种具有轻重量、成本低的弹性体保险杆缓冲弹簧，可改善汽车制造商的有关的平均耗油的经济性。

下面参照附图详细说明本发明，可进一步明白本发明的目的及特点，附图中：

图1是汽车的侧视图，部分剖开示出本发明的压缩弹簧及它应用到汽车的保险杆缓冲组件上;

图2是制造本发明最佳实施例用的预成形件的平面图;

图3是制造本发明最佳实施例用的预成形件的侧视图，是沿图2中3-3线的剖视图;

图4是本发明的预成形件的最佳实施例的侧视图，图中示出了用来对预成形件预压缩及成形处理而得到本发明最佳实施例的装置;

图5是本发明预成形件的最佳实施例的侧视图，图中示出了在制造本发明最佳实施例中的预压缩步骤;

图6是本发明最佳实施例的侧视图，和

图7是示出本发明压缩弹簧的力-位移曲线的曲线图。

本发明的最佳实施例示于图1中特定的环境中。图中一汽车的前部标号为10。在汽车的框架（未示出）上刚性地固定并延伸着两个横向间隔相似的支杆12。每个支杆12上附在压缩弹簧14的一端，所述弹簧往前延伸固定在保险杆16上，并支撑保险杆16。在保险杆16上安装着一个塑料面板18，它设计成可使汽车10有悦目的外观。

图6示出压缩弹簧最佳实施例的形状和结构。它包括一中部球形段22，它的两端与截头锥形段24整体地连在一起，该锥形段带有与球形段22相切的锐角，锥形段24的终段连着带有容纳螺栓（未示出）的孔28的法兰26，或其它装置以使弹簧14连到汽车及保险杆。

当按照下述的方法制造时，这种压缩弹簧提供了与图7所示曲线类似的磁撞时力-位移曲线。该曲线图上纵坐标表示碰撞力，以千磅表示，而横坐标表示在速度高到5mph时，由于碰撞而使保险杆产生的位移，以英寸表示。如图所示，由于弹簧的弹力和保险杆16的位移，碰撞的力限制在7000磅左右（两个弹簧共受14000磅力）。另外，该碰撞力迅速朝最大的碰撞力变化，而保险杆位移的部分保持基本稳定。通过限制最大的弹力及提供足够的弹簧位移以吸收碰撞能量，可使汽车避免产生明显可见的损坏和实质的损坏，另外，本发明的整体式弹簧设计的简单性及使用抗裂纹扩大的弹性体，使保险杆弹簧免受损坏。

可以相信，这种弹簧结构使本发明能具有图7曲线的要求的弹性系数。对这种结构重要的是截头锥形段24，它用作过渡段以允许弹簧在它的有效的偏移较大百分比范围内保持所要求的最大的弹力。这与上述的安得生（Anderson）的专利是不同的，在该专利中把一直的圆柱体压缩成一球形压缩弹簧。该专利的弹簧使施加的力能继续升到峰值。随着弹簧位移的每一增量，吸收了增加（而不是稳定的）的力。结果，安得生专利及相近的专利都会使所施加的力超过最大许可力，并导致汽车产生明显的损坏。

本发明的产品首先是模制出整体的预成形件32（如图2和3所示）。该预成形件32包括一空心的圆柱体34，及在它两端分别连接着的截头锥形段24。截头锥形段24分别连着法兰26，它们作为把弹簧连到底盘及保险杆的装置。这些法兰上的孔28或其它连结装置都用于把弹簧连到底盘和保险杆。

按照本发明，该预成形件32由具有拉伸特点的弹性体制成，使得塑性变形与弹性变形的比大于1.5到1。其中的一种这种弹性体是由E.I.du  Pont  de  Nemoirs制造并销售的商标为“Hytrel”的共聚多酯聚合物弹性体。它有相当的惯性并且重要的是它很耐用。另外，这种弹性体甚至在横截面很小时也不会撕裂或产生裂纹扩展。最好使用du  Pont的“Hytrel”5556号的成分（这种弹性体的更详细的说明请参阅作为本说明的对比文件的安得生的专利4198037号）。一般，所购得指定的弹性体为颗粒状，按照本发明，把弹性体注射或挤压入一个模具中形成预成形件32。各种塑料成形工艺，如熔注，注射成形，旋转成形等都可以用来制造这种预成形件。

如不经过附加的制造步骤，预成形件32不适合于用作压缩弹簧。这主要是由于Hytrel和类似的弹性体会发生压缩硬化，在第一次压缩后，不再能回复到原始长度。另外，还需要对弹性体的分子结构进行定向以提供要求的弹性。这种弹性体的不足已被通用发动机公司和克莱斯勒公司（Chrysler  Corporation）的专利（前面引作对比文件）所证实。他们各提出采用附加的预负载装置，它可有效地解决弹性体的压缩硬化特性。

解决Hytrle弹性体的压缩硬化特性所要采取的附加的制造步骤包括预压缩及使分子结构定向排列。这些可用图4和5的方法来完成。

从这两图中可看到一压机40，它有固定的底板42，及可移动的顶板44，和一根可由液压或机械装置垂直地来回移动的杆46。按照本发明的制造过程中，预成形件32插入压机中（如图4所示），通过往下移动板44，直到整个预成形件32压扁成图5所示的完全压缩状态。移去杆46的向下压力，提起板44，本发明的压缩弹簧部分恢复到原来的高度，得到如图6所示最佳实施例中所示的新形状。如图所示，在压缩及定向后，过渡段或截头锥形段24与法兰26夹角成更小的锐角，在而圆柱段34被重新成形为一球形段22。

在预成件经预压缩及部分恢复后，本发明的压缩弹簧就没有压缩硬化问题，在以后的压缩后，弹簧都会弹回到如图6所示的高度。本发明的弹回特性和弹力特性部分地是由于经图4和5所示的预压缩阶段而使Hytrel弹性体的分子定向排列的结果。

众多型号的汽车具不同的重量及不同的要求的驾驶特性，不能用本发明的一种制造设计来适应所有的车辆型号，因此对每种潜在的应用要做一些试验。然而，对达到要求的恒定的弹力曲线的主要的或重要的设计元件是过渡段或截头锥形段24，在预压缩阶段后它与法兰26形成一更尖的锐角，并经定向处理才得到所要求的弹簧效应。在把本发明的弹簧设计用于新领域时，最佳的直接的程序是制造两个或更多的弹簧，使它们的尺寸与最终的弹性系数相应，随后修改它们的尺寸直到得到要求的弹性系数。

在塑料成形和压缩弹簧设计领域的专业人员会发现本发明的许多改型都会产生满意的结果。在一些应用中也可使用不是Hytrel成分的弹性体。就形状而言，还可采用只用一个过渡段，与两法兰中的一个法兰26相连接。另外，还可以有各种形状。另外过渡段相对于法兰26和球形段22的角度也可以反向。

本发明的压缩弹簧的成形也可以有多种改型。挤压吹塑成形也可以制出可接受的弹簧。本专业技术人员会明白上述的和其它的改型都在本发明精神的范围内。

Claims (10)

1、一种压缩弹簧，包括：

a)由塑性变形与弹性变形的经为1.5到1的弹性体形成的一个空心弹簧，所述弹簧由于沿至少一个方向的塑性变形，弹性体的分子结构是定向的，

b)所述的弹簧包括一球形段，它的两端端接着过渡段，它以一斜角与球形段的端部相切，以在所述的弹簧的压缩部分提供比较恒定的弹性系数；

c)所述的弹簧有在两个元件之间连接的机构，用来当对一个所述的元件施加力时吸收能量，和

d)所述的弹簧在所述弹簧的压缩位移部分有比较恒定的弹性系数。

2、根据权利要求1所述的压缩弹簧，其特征在于所述的过渡段具有至少一个截头锥形段。

3、根据权利要求1所述的压缩弹簧，其特征在于所述的弹簧经过压缩至少30%长度以便消除弹性体的压缩硬化特性，并使其分子结构定向排列，和提供比较恒定的弹性系数。

4、根据权利要求3的压缩弹簧，共特征在于所述的延伸端包括截头锥形段，并以与所述的球形段的端部相切的锐角方向延伸。

5、一种汽车保险杆缓冲组件，包括在汽车和它的相关的保险杆之间连接着的一个压缩弹簧，所述的弹簧包括：

a）由塑性变形与弹性变形的比为1.5到1的弹性体形成的一个空心弹簧，所述弹簧通过进行塑性变形使其分子沿至少一个方向定向排列，

b）所述的弹簧包括一具有延伸端的球形段，在所述的弹簧的压缩部分提供比较恒定的弹性系数。

6、一种制造压缩弹簧的预成形件，包括：

a）由塑性变形与弹性变形的比为1.5到1的弹性体形成的一个圆柱体，

b）从所述的圆柱体两端延伸出的两个截头锥形段，

c）把所述的压缩弹簧固定到两个结构元件之间的连接装置。

7、根据权利要求6所述的预成形件，其特征在于所述的固定装置包括与所述的截头锥形整体连接的法兰。

8、一种制造汽车保险杆缓冲组件的弹性体压缩弹簧的方法，包括下列步骤：

a）制成一个塑性变形与弹性变形的比为1.5到1的预成形件，

b）所述的预成形件有一个圆柱体段，其端头与截头锥形段整体连接，所述截头锥形段从所述圆柱体端的侧壁以一角度延伸，

c）压缩所述的预成形件使得所述的圆柱形段压成球形段，并且截头锥形段和形成的所述球形段之间的夹角减小，

d）去掉加在上述预成形件上的压缩力。

9、根据权利要求8所述的制造压缩弹簧的方法，其特征在于所述的截头锥形段整体地连接着法兰，所述的法兰设有把所述的弹簧连到在汽车的底盘和保险杆之间的装置。

10、根据权利要求8所述的制造压缩弹簧的方法，其特征在于所述的预成形件预压缩至少30%长度。

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