CN110249152B - 一种车辆悬挂用螺旋弹簧 - Google Patents

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Abstract

1个实施例的车辆悬挂用螺旋弹簧(2)具有下侧支撑部(20)、上侧支撑部(21)和所述下侧支撑部(20)和所述上侧支撑部(21)之间的圆柱形有效部(22)。所述上侧支撑部(21)和所述下侧支撑部(20)中的至少一方成形有锥部(25)(26)，所述锥部(25)(26)具有用于控制所述螺旋弹簧(2)的荷重轴(FL)的锥长和锥厚。所述锥部(25)(26)的厚度从支撑部(20)(21)的长度方向的中途的厚度变化部(25a)(26a)向裸线(4)的前端呈锥形减少。所述厚度变化部(25a)(26a)位于靠近荷重轴(FL)的位置。

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。
先行技术文件
专利文件
专利文件1特开平1-156119公报
专利文件2专利第2642163号公报。
发明内容
发明待解决的课题
专利文件1(特开平1-156119公报)或专利文件2(专利第2642163号公报)中示出了用于支撑型悬挂装置的螺旋弹簧。为了最大程度地发挥车辆悬挂用螺旋弹簧的功能，适当地控制螺旋弹簧的荷重轴(Force line)是重要的。因此当前或通过在螺旋弹簧的有效部的形状上下功夫，或通过在弹簧座的形状上下功夫，或通过调整有效部和支撑部的相对位置，来控制荷重轴。但是荷重轴的控制对于本领域技术人员来说决不是简单的。
本发明的目的在于提供一种既可以基于支撑部的裸线形状来控制荷重轴，又适于通过热成型绕线机来制造的车辆悬挂用螺旋弹簧。
解决课题的手段
本发明的1个实施例是一种具有成形为螺旋形的裸线，并设置于下侧弹簧座和上侧弹簧座之间的车辆悬挂用螺旋弹簧，包括：与所述下侧弹簧座相连的下侧支撑部，与所述上侧弹簧座相连的上侧支撑部，在所述下侧支撑部和所述上侧支撑部之间为圆柱形的有效部，和当压缩所述有效部的压缩力施加于所述下侧支撑部和所述上侧支撑部的状态下，连接施加于所述下侧支撑部的力的重心和施加于所述上侧支撑部的力的重心的直线组成的荷重轴。进一步地，该螺旋弹簧在所述下侧支撑部或所述上侧支撑部的至少一方具有锥部，该锥部具有用于控制所述荷重轴的锥形的长度和锥形的厚度。该锥部的裸线厚度从支撑部的中途的厚度变化部向所述裸线的前端呈锥形减少，并且所述厚度变化部设于靠近所述荷重轴的位置。所述锥部可以仅形成于所述下侧支撑部，也可以仅形成于所述上侧支撑部。或者所述下侧支撑部和所述上侧支撑部的两方都形成有所述锥部。锥部的一例是上表面和下表面都平坦的平头锥形锥部。锥部的其他例也可以是裸线的圆周的截面朝裸线的前端保持圆形减少的圆锥。例如，在冷成型螺旋弹簧的情况下，也可以通过研磨加工卷绕的裸线端部，形成所述锥部。
发明效果
通过本实施例的车辆悬挂用螺旋弹簧，由于可以根据形成于支撑部的锥部的长度以及锥部的厚度等来控制荷重轴，因此在螺旋弹簧组装至车辆悬挂装置的情况下，可以发挥悬挂弹簧所具有最大功能。而且，所述锥部可以事先通过在卷绕裸线之前塑性加工裸线的端部而成形。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是具有与第1实施例相关的螺旋弹簧的车辆用悬挂装置的截面图。
图2是图1所示的未被压缩的自由形状下的螺旋弹簧的侧视图。
图3是上述螺旋弹簧被压缩到反弹位置状态的侧视图。
图4是上述螺旋弹簧被压缩到中间位置的状态的侧视图。
图5是上述螺旋弹簧被最大程度压缩的状态的侧视图。
图6是上述螺旋弹簧的裸线的锥部立体图。
图7是上述螺旋弹簧的裸线锥部的主视图。
图8是用于加工上述螺旋弹簧的裸线锥部的装置立体图。
图9是表示第1锥部厚度以及第2保存者厚度与荷重轴的关系的图。
图10是热成型绕线机的平面图。
图11是第2实施例所涉及的锥部的立体图。
图12是图11所示的锥部的主视图。
图13是第3实施例所涉及的锥部的侧视图。
图14是沿图13中的F14-F14线的剖视图。
图15是第4实施例所涉及的螺旋弹簧的侧视图。
符号说明
1···悬挂装置、2、2’···螺旋弹簧、3···支柱、4···裸线、10···下侧弹簧座、11···上侧弹簧座、20、20’···下侧支撑部、21、21’···上侧支撑部、22、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、4X、4Y···裸线的前端、C1、C2···力的重心、FL···荷重轴。
具体实施方式
以下参考图1至图9，对本发明的1个实施例所涉及的悬挂用螺旋弹簧进行说明。
图1所示的MacPherson Strut type的悬架装置1具有车辆悬架用螺旋弹簧2(以下简称螺旋弹簧2)和由减振器构成的支柱3。螺旋弹簧2具有由成型为螺旋形的弹簧钢构成的裸线4。在螺旋弹簧2被压缩在下侧弹簧座10和上侧弹簧座11之间的状态下，将螺旋弹簧2安装在悬架装置1上。支柱3的上端通过安装绝缘体12安装在车体13上。支柱3的下部设有托架15。在托架15上安装有用于支撑车轴的转向节部件16(仅表示一部分)。支柱3在上端侧向车辆内侧相对于重力的铅直线XL，轴线X0倾斜角度θ1的状态下安装在车体13上。螺旋弹簧2压缩于下侧弹簧座10和上侧弹簧座11之间。下侧弹簧座10能够沿支柱3的轴线X0方向相对于上侧弹簧座11移动。
图2表示没有加载压缩负荷的自由形状的螺旋弹簧2和弹簧座10、11。图3表示螺旋弹簧2被压缩到反弹位置的状态。图4示出了螺旋弹簧2被压缩到中间位置的状态。图5示出了螺旋弹簧2被最大压缩的状态。
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，以及支撑部20、21之间的有效部22。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是在螺旋弹簧2被压缩的状态下与下侧弹簧座10接触的部分，从裸线4的下端到例如0.6～0.7匝附近。但是，因为支撑部20的长度被裸线4的下端位置所左右，所以不局限于上述的长度范围。
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是在螺旋弹簧2被压缩的状态下与上侧弹簧座11接触的部分，从裸线4的上端到例如0.8匝附近。但是，支撑部21的长度被裸线4的上端的位置或螺旋弹簧的匝数所左右，因此不局限于上述的长度范围。有效部22是在螺旋弹簧2被最大压缩的状态下，彼此相邻的裸线4的绕组部之间不相互接触的部分，有效地发挥作为弹簧的功能的部分。
如图3所示，在螺旋弹簧2被压缩的状态下，施加于支撑部20上的力的重心C1存在于下侧弹簧座10和支撑部20之间。力的重心C1不一定位于支撑部20的缠绕的中心(曲率中心)。即力的重心C1依赖于弹簧座10和支撑部20之间接触力的分布。施加于支撑部21的力的重心C2存在于上侧弹簧座11和支撑部21之间。在此说明书中，将连接下侧支撑部20的力的重心C1和上侧支撑部21的力的重心C2的直线称为荷重轴FL(force line)。有时将荷重轴的位置(force line position)简称为FLP。有效部22的形状(圆柱形)，在没有加载压缩负荷的自由形状中，围绕线圈中心轴基本上不产生躯干弯曲(bowing)。也就是说，有效部22的线圈直径绕线圈中心轴是固定的。
在该实施方式中，螺旋弹簧2具有形成在裸线4的下端侧的第1锥部25和形成在裸线4的上端侧的第2锥部26。但是，在其他实施方式中，也可以在裸线4的下端侧或上端侧的任一侧形成锥部。该锥部具有用于控制荷重轴FL的位置(FLP)和斜率的锥长和锥厚。该实施例的第1锥部25为，从下侧支撑部20的长度方向的中途的第1厚度变化部25a向裸线4的下端，沿着第1长度TL1，裸线4的厚度呈锥形减小。将第1锥部25的前端厚度称为第1锥厚T1。第1厚度变化部25a设置在靠近荷重轴FL下端的位置上。第2锥部26是，从上侧支撑部21的长度方向的中途的第2厚度变化部26a向裸线4的上端，沿着第2长度TL2，裸线4的厚度呈锥形减小。将第2锥部26的前端厚度称为第2锥厚T2。第2厚度变化部26a配置在靠近荷重轴FL上端的位置上。
如图2所示，在螺旋弹簧2未被压缩的自由形状中，虽然第1厚度变化部25a与下侧弹簧座10相接，但是第1锥部25的下表面25b远离下侧弹簧座10。虽然第2厚度变化部26a与上侧弹簧座11相接，但是第2锥部26的上表面26b远离上侧弹簧座11。但是，根据螺旋弹簧的形态，在无压缩荷重的状态下，也有锥部与弹簧座相接的情况。
如图3到图5所示，在螺旋弹簧2被压缩的状态下，第1锥部25的下表面25b与下侧弹簧座10相接。因此，在下侧支撑部20稳定的状态下，由下侧弹簧座10支撑。在螺旋弹簧2被压缩的状态下，第2锥部26的上表面26b与上侧弹簧座11相接。因此，在上侧支撑部21稳定的状态下，由上侧弹簧座11支撑。接触力集中于第1厚度变化部25a和第2厚度变化部26a。
图6示出了下侧支撑部20呈直线状展开的状态。在裸线4的下端侧，从支撑部20的长度方向的中途的第1厚度变化部25a到裸线4的前端4X，形成有锥部25。图7是从顶端4X侧看裸线4的主视图。在裸线4的上端侧，从支撑部21的长度方向的中途的第2厚度变化部26a到裸线4的前端，形成有锥部26。
图8示出了用于塑性加工第1锥部25和第2锥部26的装置的一部分。通过水平方向的轧辊对28将裸线4从上下方向滚轧后，由垂直方向的轧辊对29将裸线4从左右方向滚轧。通过重复该动作多次，在裸线4的一个端部，从第1厚度变化部25a到裸线4的前端4X，形成平头锥形的第1锥部25。平头锥形的第1锥部25的宽度基本上与裸线4相同。在裸线4的另一端部也形成有平头锥形的第2锥部26。平头锥形的锥部上表面和下表面基本都平坦。
图9表示第1锥厚T1以及第2锥厚T2与荷重轴FL的关系。裸线4的直径的一个例子是12.8mm。第1锥部25的长度TL1例如为180mm，从裸线4的下端起为0.375匝。第2锥部26的长度TL2例如为186mm，从裸线4的上端起为0.525匝。这里记载的数值只是一个例子，不言而喻的是，根据螺旋弹簧的规格不同会产生变化。
如图9所示，随着第1锥厚T1减小，荷重轴FL向车辆外侧移动7.2mm。另外，随着第2锥厚T2变小，荷重轴FL的上端向车辆内侧移动5mm。因此，荷重轴FL的移动量最大为12.2mm。利用这个方法，通过在控制螺旋弹簧2的荷重轴FL的斜率的同时，整合调整支撑部20、21和有效部22的偏心量，可以将荷重轴FL调整到目标位置。
图10示出了用于制造螺旋弹簧的热成型绕线机30的一个例子。该绕线机30包括圆柱形的金属芯31、夹头33和引导部35。金属芯31的一端部31a是与螺旋弹簧的一端侧(开始卷绕侧)的支撑部对应的形状。引导部35包含引导部件39a、39b。
由弹簧钢构成的裸线4被预先切断为1个量的螺旋弹簧长度。该裸线4被加热到奥氏体化温度(A3变态点以上、1150℃以下)后，通过供给机构提供给金属芯31。夹头33将裸线4的前端固定在金属芯31上。引导部35控制裸线4缠绕在金属芯31上的位置。金属芯31的一端部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绕轴线X1旋转。金属芯件31的另一端部31b由金属芯件保持器50可旋转自如地支承。引导部35沿金属芯31的轴线X1方向移动，根据应成形的螺旋弹簧的螺距角引导裸线4。
裸线4是1个螺旋弹簧量的长度。该裸线4通过加热炉被加热到适合于热成型的温度。加热后的裸线4的前端通过夹头33固定在金属芯31上。金属芯31旋转的同时，和金属芯31的施转同步地，引导部35沿着金属芯31的轴线X1的方向移动。由此，裸线4以预定螺距缠绕金属芯31。以上说明是关于通过热成型绕线机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制造。
图11示出了第2实施例所涉及的螺旋弹簧的裸线4上形成的圆锥形锥部26′。图12是从前端4Y侧观察锥部26’的主视图。该锥部26’也可以是从厚度变化部26a’朝向裸线4的前端4Y，裸线4的直径或截面呈圆形减少的圆锥。即使通过这种圆锥形锥部
Figure GDA0002147128100000071
，也能够控制荷重轴FL的位置。
圆锥形的锥部26′是围绕裸线4的轴旋转的对称形。通过热成型绕线机30(图10所示)成型螺旋弹簧时，将卷绕终端侧的支撑部成形为圆锥形锥部
Figure GDA0002147128100000072
即可。这是因为，由于裸线4在卷绕中绕轴扭曲，因此很难正确限制卷绕终端侧的支撑部位置。因此，通过在卷绕终端侧的支撑部采用圆锥形锥部
Figure GDA0002147128100000073
可以避免裸线4的扭曲影响。卷绕开始侧的支撑部可以通过夹头33来限制位置，因此为平头锥形的锥部25。
图13示出了第3实施例所涉及的螺旋弹簧的裸线4的锥部25′。图14表示图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的端部的座面，形成座面研磨形的锥部25’。锥部25’的厚度从厚度变化部25a’向裸线4的前端4X呈锥形减少。在冷成型螺旋弹簧的情况下，可以在对裸线进行卷绕之后，形成座面研磨形的锥部25’。即使通过这样的锥部25′，也能够控制荷重轴FL。
图15示出了根据第4实施例的螺旋弹簧2′。该螺旋弹簧
Figure GDA0002147128100000074
也包含由下侧弹簧座10支撑的下侧支撑部
Figure GDA0002147128100000076
由上侧弹簧座11支撑的上侧支撑部
Figure GDA0002147128100000075
和支撑部20′、21′之间的有效部
Figure GDA0002147128100000077
有效部
Figure GDA0002147128100000078
的匝数为4。在自由形状中，有效部22’是基本上不产生躯干弯曲的形状(圆柱形)，螺距P1实质上是固定的。图15中的2点划线CY1表示有效部22’的外周的位置。在此，所谓“基本上固定”，是指在通过将裸线缠绕在热成型绕线机的金属芯上而成形为圆柱形的有效部
Figure GDA0002147128100000079
的情况下，可以忽略容许范围内的成形误差和回弹引起的形状混乱的程度。
在下侧支撑部20’上，形成有厚度从厚度变化部25a到裸线4的下侧前端呈圆锥状减少的锥部25。虽然在上侧支撑部21’上没有形成锥部，但是也可以根据需要形成与第1实施例同样地从厚度变化部26a开始厚度呈锥形减少的第2锥部26。在其它实施方式中，在仅上侧支撑部上形成锥部，在下侧支撑部可能不形成锥部。也就是说，在下侧支撑部和上侧支撑部的至少一方形成锥部即可。
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。

Claims (9)

1.一种车辆悬挂用螺旋弹簧，所述车辆悬挂用螺旋弹簧(2)具有成形为螺旋形的裸线(4)，所述车辆悬挂用螺旋弹簧(2)置于下侧弹簧座(10)和上侧弹簧座(11)之间，
具备：
与所述下侧弹簧座(10)相接的下侧支撑部(20；20’)；
与所述上侧弹簧座(11)相接的上侧支撑部(21；21’)；
设于所述下侧支撑部(20；20’)和所述上侧支撑部(21；21’)之间的呈圆柱形的有效部(22；22’)；以及
在压缩所述有效部(22；22’)的力施加于所述下侧支撑部(20；20’)和所述上侧支撑部(21；21’)的状态下，连接施加于所述下侧支撑部(20；20’)的力的重心(C1)和施加于所述上侧支撑部(21；21’)的力的重心(C2)的直线构成的荷重轴(FL)，
其中，所述下侧支撑部(20；20’)和所述上侧支撑部(21；21’)中的至少一个支撑部包括一荷重轴控制锥部(25；25’；26；26’)，所述荷重轴控制锥部(25；25’；26；26’)具有用于将所述荷重轴(FL)逼近目标位置的锥长和锥厚，所述荷重轴控制锥部(25；25’；26；26’)的裸线(4)的厚度从设于相应的所述支撑部的中部的厚度变化部(25a；25a’；26a；26a’)向所述裸线(4)的前端(4X；4Y)沿长度方向呈锥形减少，所述厚度变化部(25a；25a’；26a；26a’)设置于在侧视方向上比所述有效部(22；22’)的裸线(4)更靠近所述荷重轴(FL)的位置。
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，所述下侧支撑部(20；20’)上形成有所述荷重轴控制锥部，所述荷重轴控制锥部从所述下侧支撑部(20；20’)的长度方向的中途的第1厚度变化部向所述裸线(4)的下端侧的前端沿第1长度裸线的厚度呈锥形减少，并且所述第1厚度变化部设置于靠近所述荷重轴(FL)的下端位置。
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，所述上侧支撑部(21；21’)上形成有所述荷重轴控制锥部，所述荷重轴控制锥部从所述上侧支撑部(21；21’)的长度方向的中途的第2厚度变化部向所述裸线(4)的上端侧的前端沿第2长度裸线的厚度呈锥形减少，并且所述第2厚度变化部设置于靠近所述荷重轴(FL)的上端位置。
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，所述下侧支撑部(20；20’)上形成有第1荷重轴控制锥部，该第1荷重轴控制锥部从所述下侧支撑部(20；20’)的长度方向的中途的第1厚度变化部向所述裸线(4)的下端侧的前端沿第1长度裸线的厚度呈锥形减少，并且所述第1厚度变化部设置于靠近所述荷重轴(FL)的下端位置，
所述上侧支撑部(21；21’)上形成有所述第2荷重轴控制锥部，所述第2荷重轴控制锥部从所述上侧支撑部(21；21’)的长度方向的中途的第2厚度变化部向所述裸线(4)的上端侧的前端沿第2长度裸线的厚度呈锥形减少，并且所述第2厚度变化部设置于靠近所述荷重轴(FL)的上端位置。
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，所述荷重轴控制锥部(25；25’；26；26’)为平头锥形锥部。
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，所述荷重轴控制锥部(25；25’；26；26’)为圆锥形锥部。
7.根据权利要求4所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述第1荷重轴控制锥部和所述第2荷重轴控制锥部中的一方是平对锥形，所述第1荷重轴控制锥部和所述第2荷重轴控制锥部中的另一方是圆锥形。
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，所述荷重轴控制锥部(25；25’；26；26’)为座面研磨形。
9.根据权利要求1所述的车辆悬挂用螺旋弹簧，其特征在于，所述有效部(22；22’)是热成型的。
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