CN110226055A - 一种车辆悬挂用螺旋弹簧 - Google Patents

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Abstract

一种用于连杆运动式悬挂装置(1)中的螺旋弹簧，具有下侧支撑部(20)、上侧支撑部(21)、位于所述下侧支撑部(20)和所述上侧支撑部(21)之间的圆柱形有效部(22)。进一步地，该螺旋弹簧(2)具有躯干弯曲控制部(100)，所述躯干弯曲控制部(100)包括至少形成于所述下侧支撑部(20)或所述上侧支撑部(21)中的至少一支撑部上的锥部(25)。该锥部(25)的厚度从所述支撑部(20)的中部向裸线(4)的前端(4X)减小，通过所述锥部(25)吸收弹簧座(10)的倾斜度的变化，从而抑制所述有效部(22)的躯干弯曲。

Description

一种车辆悬挂用螺旋弹簧
技术领域
本发明涉及使用于汽车等车辆的连杆运动式悬挂装置中的车辆悬挂用螺旋弹簧。
背景技术
作为制造螺旋弹簧的方法，已知有通过热加工形成螺旋弹簧的方法，和通过冷加工形成螺旋弹簧的方法。通过热加工成形的螺旋弹簧是通过将已高温(例如钢的奥氏体化温度)加热的裸线以规定的间距缠绕在金属芯(心轴)上而成形为螺旋状的。裸线的长度是1个螺旋弹簧的量。在本说明书中，将通过热加工制造螺旋弹簧的装置称为热成型绕线机，将通过热加工成形的螺旋弹簧称为热成型螺旋弹簧。由于热成型绕线机用于将已加热变柔软的裸线缠绕在金属芯上，因此适合制造裸线直径比较大的螺旋弹簧。热成型螺旋弹簧是将1个量的螺旋弹簧长度的裸线缠绕在金属芯上。因此，可以在缠绕之前事先在裸线的端部形成符合目的形状的塑性加工部。
与此相反，通过冷加工成形的螺旋弹簧，通过将多个螺旋弹簧量的长度的裸线供给到绕线机的第1螺距和第2螺距之间，并在第1螺距和第2螺距之间连续地将裸线成形为圆弧状。当1个量的螺旋弹簧成形后，通过刀具切断裸线。在本说明书中，将通过冷加工制造螺旋弹簧的装置称为冷成型绕线机，将通过冷加工成形的螺旋弹簧称为冷成型螺旋弹簧。冷成型绕线机可以制造圆筒形以外的特殊形状的螺旋弹簧。冷成型螺旋弹簧在材料上使用长裸线，每当1个量的螺旋弹簧成型时就切断裸线。因此，缠绕前很难在裸线的端部形成符合目标形状的塑性加工部。
专利文件1(特开2000-272535号公报)或专利文件2(特开2008-18784号公报)中示出了连杆运动式(linkmotiontype)悬挂装置。连杆运动式也称为kneeactiontype，具有以摇动轴(pivot)为中心进行上下转动的连接构件，设置于连接构件的下侧弹簧座，设置于车体上的上侧弹簧座，和将所述连接构件压向下方的螺旋弹簧等。螺旋弹簧设置于下侧弹簧座和上侧弹簧座之间。所述连杆构件以摇动轴(pivot)为中心进行上下下端面。因此，随着连杆构件上下方向位置的变化，下侧弹簧座的倾斜度也随之改变。
先行技术文件
专利文件
专利文件1特开2000-272535号公报
专利文件2特开2008-18784号公报
发明内容
发明待解决的课题
所述螺旋弹簧的下侧端部由下侧弹簧座支撑。所述螺旋弹簧的上侧端部由上侧弹簧座支撑。因此，当连杆构件进行上下方向的转动时，不仅是所述螺旋弹簧的压缩量变化，随着下侧端部的倾斜度的改变，所述螺旋弹簧会产生弯曲现象(即所谓的躯干弯曲)。产生躯干弯曲的螺旋弹簧，应力的偏差很大。而且由于当螺旋弹簧被压缩到最大状态(fullbump)时和拉伸到最大状态(rebound)时，螺旋弹簧的应力变化大，因此应力振幅也大。因此在减少应力(stressreduction)和减少重量(weightreduction)方面，一直希望有所改进。
本发明的目的在于提供一种车辆悬挂用螺旋弹簧，其既可以在使用连杆运动式悬挂装置的螺旋弹簧中减小应力振幅，又适用于通过热成型绕线机来制造。
解决课题的手段
本发明的1个实施例是一种设置于连杆运动式悬挂装置的下侧弹簧座和上侧弹簧座之间的螺旋弹簧，所述连杆运动式悬挂装置具备上下方向转动的连杆构件；所述螺旋弹簧包括与所述下侧弹簧座相接的下侧端部，与所述上侧弹簧座相接的上侧端部，在所述下侧端部和所述上侧端部之间为圆柱形的有效部，和形成于所述下侧端部和所述上侧端部的至少其中之一的躯干弯曲控制部。所述躯干弯曲控制部包括锥部，所述锥部从所述端部的中部向所述裸线的前端厚度逐渐变小，所述躯干弯曲控制部通过所述锥部来吸收所述下侧弹簧座的倾斜度的变化从而抑制所述有效部的躯干弯曲。
所述锥部的形状为平头锥形、圆锥形、端面研磨形等。与本发明相关的螺旋弹簧，在弹簧座根据连杆构件的移动进行二次元或三次元运动的连杆运动式悬挂装置中，至少在上下端部的至少一侧形成具有锥部的躯干弯曲控制部。通过该锥部减小端部的刚性，从而吸收所述弹簧座的倾斜度的大部分改变，使弹簧座的反作用力无法传输到有效部来抑制有效部的躯干弯曲。即为通过端部控制有效部的躯干弯曲的端部刚性控制弹簧。
发明效果
通过本实施例，在连杆运动式悬挂装置中，当连杆构件进行上下方向转动时，通过所述躯干弯曲控制部的锥部的变形可以吸收弹簧座的倾斜度的变化。其结果是可以抑制所述有效部的躯干弯曲，减小螺旋弹簧的应力振幅。而且所述锥部可以事先通过在卷绕裸线之前在裸线的两端进行塑性加工形成。因此该螺旋弹簧可以通过热成型绕线机来制造。
附图说明
图1为在具备与第1实施例相关的螺旋弹簧的连杆运动式悬挂装置中，螺旋弹簧在拉伸到最大状态(rebound)位置时的截面图。
图2为在图1示出的悬挂装置中，螺旋弹簧在被压缩到最大状态(fullbump)位置时被压缩状态的载面图。
图3为同一螺旋弹簧未被压缩的自由状态的侧视图。
图4是同一螺旋弹簧的俯视图。
图5是同一螺旋弹簧的裸线的锥部的立体图。
图6是同一螺旋弹簧的裸线的锥部的正视图。
图7是示出对同一螺旋弹簧的裸线的锥部进行加工的装置的一部分的立体图。
图8是同一螺旋弹簧的拉伸到最大状态(rebound)位置的应力和压缩到最大状态(fullbump)位置的应力的示意图。
图9是传统的螺旋弹簧的拉伸到最大状态(rebound)位置的应力和压缩到最大状态(fullbump)位置的应力的示意图。
图10是热成型绕线机的平面图。
图11是与第2实施例相关的锥部的立体图。
图12是图11所示的锥部的正视图。
图13是与第3实施例相关的锥部的侧视图。
图14是沿图13中的F14-F14线的载面图。
具体实施方式
以下参考图1至图8，对用于与本发明的1个实施例相关的连杆运动式悬挂装置中的螺旋弹簧进行说明。
图1为连杆运动式悬挂装置1的示意图。该悬挂装置1具有螺旋弹簧2和连杆构件3。螺旋弹簧2具有成形为螺旋状的由弹簧钢制成的裸线(wire)4。连杆构件3以摇动轴(pivot)5为中心进行上下转动。
下侧弹簧座10设置于连杆构件3上。上侧弹簧座11设于下侧弹簧座10的上方。上侧弹簧座11设置于车体构件12的下表面。在螺旋弹簧2被压缩到最大状态下设置于下侧弹簧座10和上侧弹簧座11之间，并且连杆构件3压向下方。
下侧弹簧座10具有靠近摇动轴5侧的第1支撑部10a，远离摇动轴5侧的第2支撑部10b。由于连杆构件3以摇动轴5为中心进行上下方向的转动，因此下侧弹簧座10根据连杆构件3的上下方向的位置的不同倾斜度发生变化。由于下侧弹簧座10的第1支撑部10a靠近摇动轴5，因此当连杆构件3进行上下方向的转动时高度的变化较小。与此相反，由于第2支撑部10b远离摇动轴5，因此当连杆构件3进行上下方向的转动时高度的变化较大。
图1示出了螺旋弹簧2和连杆构件3移动到最大拉伸状态位置时的状态。所谓拉伸到最大状态为当提升车体时，螺旋弹簧拉伸到最大程度时的状态。图2示出了螺旋弹簧2和连杆构件3移动到被压缩到最大状态位置时的状态。所谓被压缩到最大状态为螺旋弹簧负荷被压缩到最大程度时的状态。连杆构件3根据螺旋弹簧2的压缩量，以摇动轴5为中心进行上下方向的移动。也就是说，螺旋弹簧2和连杆构件3在图1所示的最大拉伸位置和图2所示的最大压缩位置之间移动。
图3示出了未负荷压缩荷重的自由形状的螺旋弹簧2。当压缩荷重沿着螺旋中心轴C1载荷到螺旋弹簧2时，螺旋弹簧2的长度与自由状态下的长度相比变短。螺旋弹簧2包括由下侧弹簧座10支撑的下侧支撑部20，由上侧弹簧座11支撑的上侧支撑部21，和支撑部20、21之间的有效部22。在未负荷压缩荷重的状态下，有效部22为基本上不产生躯干弯曲(bowing)的形状(圆柱形)。自由状态下的有效部22的螺距P1几乎是恒定的。
下侧支撑部20的下表面与下侧弹簧座10的上表面相对。下侧支撑部20为当螺旋弹簧2被压缩时与下侧弹簧座10相接的部分，从裸线4的下侧前端4X到例如0.6～0.7匝附近。上侧支撑部21的上表面与上侧弹簧座11的下表面相对。上侧支撑部21为当螺旋弹簧2被压缩状态下与上侧弹簧座11相接的部分，从裸线4的上侧前端4Y到例如0.8匝附近。有效部22为当螺旋弹簧2被压缩到最大状态下，相邻的裸线4的卷绕部彼此之间不接触，能有效发挥作为弹簧的功能的部分。
图4为螺旋弹簧2的俯视图。图4中的C2示出了摇动轴5的转动中心轴。连接摇动轴5的转动中心轴C2和螺旋弹簧2的中心C1的线C3在连杆构件3的长度方向延伸。因此连杆构件3沿着通过线C3的上下方向的表面，围绕摇动轴5的转动中心轴C2转动。
螺旋弹簧2具有形成于裸线4的下端侧的第1锥部25，形成于裸线4的上端侧的第2锥部26。第1锥部25的裸线4的厚度从下侧支撑部20的中部，即第1厚度变化部25a向裸线4的下侧的前端4X，跨越第1长度TL1(如图4所示)呈锥形减少。裸线4的直径例如为12.8mm。第1长度TL1的一例为180mm，从裸线4的前端4X开始到0.375匝。第1锥部25的前端4X的厚度为第1锥部厚度T1(如图1所示)。第1锥部25发挥第1躯干弯曲控制部100的作用。
第2锥部26的裸线4的厚度从上侧支撑部21的中部，即第2厚度变化部26a向裸线4的上侧的前端4Y，跨越第2长度TL2(如图4所示)呈锥形减少。第2长度TL2的一例是186mm，从裸线4的前端4Y开始到0.525匝。第2锥部26的前端4Y的厚度为第2锥部厚度T2(如图1所示)。第2锥部26发挥第1躯干弯曲控制部100的作用。
下侧支撑部20的下表面与下侧弹簧座10的上表面相对。下侧弹簧座10包括靠近摇动轴5侧的第1支撑部10a，远离摇动轴5侧的第2支撑部10b。也就是说，下侧弹簧座10包括连杆构件3进行上下方向转动时高度变化小的第1支撑部10a和连杆构件3进行上下方向转动时高度变化大的第2支撑部10b。第1支撑部10a用于支撑下侧支撑部20的下表面中靠近摇动轴5的部分。第2支撑部10b用于支撑下侧支撑部20的下表面中远离摇动轴5的部分。
上侧支撑部21的上表面与上侧弹簧座11的下表面相对。上侧弹簧座11包括靠近摇动轴5侧的第3支撑部11a和远离摇动轴5侧的第4支撑部11b。第3支撑部11a用于支撑上侧支撑部21的上表面中靠近摇动轴5侧的部分。第4支撑部11b用于支撑上侧支撑部21的上表面中远离摇动轴5侧的部分。
如图4所示，第1锥部25从下侧弹簧座10的第1支撑部10a向第2支撑部11b延伸。第2锥部26从上侧弹簧座11的第3支撑部11a向第4支撑部11b延伸。第1锥部25的下表面25b与下侧弹簧座10的第2支撑部10b相连。下侧支撑部20在稳定状态下由下侧弹簧座10支撑。第2锥部26的上表面26b与上侧弹簧座11的第3支撑部11a相连。上侧支撑部21在稳定状态下由上侧弹簧座11支撑。
在本实施例中，连杆构件3以摇动轴5为中心进行上下方向的转动。但是，根据悬挂装置种类的不同，连杆构件除了围绕特定摇动轴进行二次元转动之外，还可以是围绕其他摇动轴进行转动的复杂三次元转动。因此，锥部25、26的最佳位置随悬挂装置的变化而改变。虽然螺旋弹簧2一旦被压缩，接触力集中在厚度变化部25a、26a，但是根据压缩状态的不同，接触力集中的地方也会改变。
图5示出了下侧支撑部20呈直线展开的状态。在裸线4的下端侧，从支撑部20的中部即第1厚度变化部25a到裸线4的前端4X形成有锥部25。从第1厚度变化部25a到裸线4的前端4X，裸线4的弯曲刚性逐渐减小。图6为从前端4X侧观察裸线4的正视图。在裸线4的上端侧，从支撑部21的中间即第2厚度变化部26a到裸线4的前端4Y形成有锥部26。从第2厚度变化部26a到裸线4的前端4Y，裸线4的弯曲刚性逐渐减小。
图7示出了塑性加工第1锥部25和第2锥部26的装置的一部分。利用水平方向的轧辊对28从上下方向滚轧裸线4，然后利用垂直方向的轧辊对29从左右方向滚轧裸线4。重复该动作多次，从而在裸线4的一侧端部形成从第1厚度变化部25a到裸线4的前端4X的平头锥形的第1锥部25。平头锥形的第1锥部25的宽度实质上与裸线4相同。在裸线4的另一侧端部形成平头锥形的第2锥部26。平头锥形的锥部的上表面和下表面均是大致平坦状。
本实施例的螺旋弹簧2具有形成于下侧支撑部20的第1锥部25和形成于上侧支撑部21的第2锥部26。第1锥部25从下侧弹簧座10的第1支撑部10a向第2支撑部10b的方向延伸。通过在下侧支撑部20形成如上所述的第1锥部25，来控制从下侧支撑部20的厚度变化部25a到裸线4的前端4X的弯曲刚性。第2锥部26从上侧弹簧座11的第3支撑部11a向第4支撑部11b的方向延伸。通过在上侧支撑部21形成第2锥部26，来控制上侧支撑部21的厚度变化部26a到裸线4的前端4Y的弯曲刚性。
本实施例的螺旋弹簧2，即使被压缩到如图2所示的最大位置的状态，有效部22也不会产生躯干弯曲，可以保持恒定的圆柱形。图2中的1点划线Z1表示螺旋弹簧2的有效部22的外周位置。弹簧座10大转动运动，通过刚性小的支撑部20的变化而被吸收。也就是说，有效部22中产生的躯干弯曲可以通过支撑部20而被抑制。其结果是，可以减小有效部22的应力振幅，并且可以减轻螺旋弹簧重量。与此相反，支撑部中没有锥部的现有螺旋弹簧，有效部上会产生如图2中曲线R1所示的躯干弯曲。
图8示出了本实施例的螺旋弹簧2在最大拉伸位置的应力和最大压缩位置的应力。图8中的线L1、L2分别表示螺旋弹簧2在最大拉伸位置时的最大主应力和最大剪切应力。图8中的线L3、L4分别表示螺旋弹簧2在最大压缩位置时的最大主应力和最大剪切应力。本实施例的螺旋弹簧2在最大压缩位置的应力峰值较小，而且有效部的应力变化少。因此，最大拉伸位置的应力和最大压缩位置的应力之差(应力振幅Q1)与现有的螺旋弹簧的应力振幅Q2(如图9所示)相比较小。
图9示出了在支撑部上没有锥部的现有螺旋弹簧的最大拉伸位置上的应力和最大压缩位置的应力。图9中的线L5、L6分别表示现有的螺旋弹簧在最大拉伸位置时的最大主应力和最大剪切应力。图9中的线L7、L8分别表示现有的螺旋弹簧在最大压缩位置时的最大主应力和最大剪切应力。现有的螺旋弹簧在最大压缩位置上的应力的峰值较大。现有的螺旋弹簧的应力振幅Q2与本实施例的螺旋弹簧的应力振幅Q1(如图8所示)相比较大。
图10示出了用于制造螺旋弹簧的热成型绕线机30的一例。该绕线机30包括圆柱形的金属芯31、抓手33、导向部35。金属芯31的一侧端部31a是与螺旋弹簧一端侧(开始卷绕侧)的支撑部相对应的形状。导向部35包括导向构件39a、39b。
由弹簧钢制成的裸线4事先切割成1个量的螺旋弹簧的长度。将该裸线4加热到奥氏体化温度(A3变态点以上、1150℃以下)，通过供给机构供给到金属芯31。抓手33将裸线4的前端固定到金属芯31上。导向部35用于控制卷绕到金属芯31上的裸线4的位置。金属芯31的一侧端部31a通过金属芯驱动头40保持。金属芯31通过金属芯驱动头40围绕轴线X1转动。金属芯31的另一侧端部31b由金属芯保持器50旋转自如地支撑。导向部35沿着金属芯31的轴线X1的方向移动，根据应成型的螺旋弹簧的螺距角引导裸线4。
裸线4是1个量的螺旋弹簧的长度。该裸线4通过加热炉，被加热至适于热成型的温度。被加热的裸线4的前端通过抓手33固定到金属芯31上。在金属芯31转动的同时，导向部35沿着金属芯31的轴线X1的方向与金属芯31的转动同步地移动。由此，将裸线4以规定螺距卷绕到金属芯31上。以上的说明是通过热成型绕线机30制造螺旋弹簧的情况。本实施例的螺旋弹簧也可以通过冷成型绕线机来制造。
图11示出了与第2实施例相关的螺旋弹簧的裸线4上形成的圆锥形的锥部26’。图12为从前端4Y侧观察锥部26’的正视图。该锥部26’的整个裸线4的直径从厚度变化部26’向裸线的前端4Y，呈锥形地减少。
圆锥形的锥部26’为围绕裸线4的旋转对称形。在通过热成型绕线机30(如图10所示)成型螺旋弹簧的情况下，可以将卷绕终端侧的支撑部成形为圆锥形的锥部26’。这是因为，裸线4在卷绕过程中会在轴周围扭曲，很难正确限制卷绕终端侧的支撑部的位置。因此，通过在卷绕终端侧的支撑部采用圆锥形的锥部26’，可以避免裸线4的扭曲影响。卷绕开始侧的支撑部由于可以通过抓手33来限制位置，因此可以成形为平头圆锥形的锥部25。如上所述地，可以第1锥部和第2锥部的其中任意一方为平头锥形，另一方为圆锥形。
图13示出了与第3实施例相关的螺旋弹簧的裸线4的锥部25’。图14示出了如图13所示的锥部25’的截面。通过磨砂机等研磨或磨削卷绕后的裸线4的端部的端面，形成端面研磨形的锥部25’。锥部25’的厚度从厚度变化部25a’到裸线4的前端4X呈圆锥状减少。在冷成型螺旋弹簧的情况下，在卷绕裸线之后，可以形成端面研磨形的锥部25’。
产业上的可利用性
本实施例的螺旋弹簧可以用于汽车等车辆的悬挂装置中。该螺旋弹簧也可以通过热成型绕线机来制造。
符号说明
1···悬挂装置、2···螺旋弹簧、3···连杆构件、4···裸线、4X、4Y···裸线的前端、5···摇动轴、10···下侧弹簧座、11···上侧弹簧座、20···下侧支撑部、21···上侧支撑部、22···有效部、25、25’···锥部、25a、25a’···厚度变化部、26、26’···锥部、26a、26a’···厚度变化部、100、101···躯干弯曲控制部。

Claims (10)

1.一种车辆悬挂用螺旋弹簧，所述螺旋弹簧(2)设置于具有上下方向转动的连杆构件(3)的连杆运动式悬挂装置(1)的下侧弹簧座(10)和上侧弹簧座(11)之间，所述下侧弹簧座(10)根据所述连杆构件(3)的上下方向的位置的改变，倾斜度改变，
所述螺旋弹簧(2)具备：
与所述下侧弹簧座(10)相连的下侧支撑部(20)，
与所述上侧弹簧座(11)相连的上侧支撑部(21)，
所述下侧支撑部(20)和所述上侧支撑部(21)之间的呈圆柱形的有效部(22)，
包括至少形成于所述下侧支撑部(20)和所述上侧支撑部(21)中的至少一个支撑部上的，并且从所述支撑部的中间向裸线(4)的前端(4X)(4Y)厚度减小的锥部(25)(25’)(26)(26’)，通过所述锥部(25)(25’)(26)(26’)来吸收所述下侧弹簧座(10)的倾斜度的改变，从而抑制所述有效部(22)的躯干弯曲控制部(100)(101)。
2.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述躯干弯曲控制部(100)由形成于所述下侧支撑部(20)的所述锥部(25)(25’)组成。
3.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述躯干弯曲控制部(101)由形成于所述上侧支撑部(21)的所述锥部(26)(26’)组成。
4.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述躯干弯曲控制部(100)(101)由形成于所述下侧支撑部(20)的第1所述锥部(25)(25’)和形成于所述上侧支撑部(21)的第2所述锥部(26)(26’)组成。
5.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述下侧弹簧座(10)包括当所述连杆构件(3)进行上下方向转动时高度变化小的第1支撑部(10a)和高度变化大的第2支撑部(10b)，
所述躯干弯曲控制部(100)(101)的锥部(25)(25’)(26)(26’)从所述第1支撑部(10a)向所述第2支撑部(10b)延伸。
6.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述躯干弯曲控制部(100)(101)的所述锥部(25)(26)为平头锥形。
7.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述躯干弯曲控制部(101)的所述锥部(26’)为圆锥形。
8.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述躯干弯曲控制部(100)的所述锥部(25’)为端面研磨形。
9.根据权利要求4所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述躯干弯曲控制部(100)(101)的所述第1锥部(25)(25’)和所述第2锥部(26)(26’)中的任一个为平头锥形，另一个为圆锥形。
10.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，具有热成型的圆柱形有效部(22)。
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