CN111237366A

CN111237366A - 一种变节距的弧形弹簧

Info

Publication number: CN111237366A
Application number: CN202010195738.3A
Authority: CN
Inventors: 陈海键
Original assignee: Brand Kern Liebers Precision Parts Taicang Co ltd
Current assignee: Brand Kern Liebers Precision Parts Taicang Co ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: CN111237366B

Abstract

本发明公开了一种变节距的弧形弹簧，涉及双质量飞轮技术领域，其所用材料为在TD SiCr、VD SiCr或VD SiCrV基础上经过改进而得，其中碳元素质量百分比为0.5～0.8，硅元素质量百分比为1.2～1.7，锰元素质量百分比为0.15～0.18，磷元素质量百分比为0～0.025，硫元素质量百分比为0～0.025，铬元素质量百分比为0.5～1，钒元素质量百分比为0～0.25。本发明的有益效果是，可改善弹簧表面的扭转和弯曲应力分布，提高弹簧使用寿命，保证质量稳定性，增强产品性能，可在满足相同扭矩的情况下使用更低等级要求的材料，有效降低产品成本。

Description

一种变节距的弧形弹簧

技术领域

本申请涉及双质量飞轮技术领域，尤其涉及一种变节距的弧形弹簧。

背景技术

双质量飞轮式扭振减振器，简称双质量飞轮，是减小汽车动力传动系统扭转振动的一个十分有效的装置，它将减振弹簧从离合器从动盘中取出，然后将其布置到发动机飞轮上，而形成双质量飞轮式扭振减振器，使得发动机飞轮具有多种功能，不但具有其原来的功能，而且还具有扭振减振器的功能，并且由于其减振弹簧的安装半径更大，弹簧的刚度更小，相对扭转角更大，减振效果更加理想。另外，由于其结构的独特性，可利用其质量和刚度的变化来调节传动系统的扭振固有特性，降低传动系统的共振转速，并利用其阻尼来衰减系统的振动幅值。双质量飞轮做旋转运动，发动机的扭矩首先输出到初级飞轮，再由初级飞轮将扭矩传递给次级飞轮，中间有弹簧进行缓冲。目前双质量飞轮用弧形弹簧一般采用直弹簧或弧形弹簧。现有设计方案的弹簧在压缩过程中活动圈的节距相同，但弹簧表面的扭转和弯曲应力分布不均，高应力区未通过减少弹簧的弯曲和扭转形变来降低应力，从而降低弹簧寿命。其技术上的缺点如下：

1、直弹簧在大压缩角度工作环境下弹簧寿命显著降低。

2、弧形弹簧与直弹簧的不同在于弹簧内外侧之间的节距不一致，从而导致弹簧表面应力不稳定，内侧大，外侧小。由于初级飞轮和次级飞轮之间的扭转角度相对较大，弧形弹簧工作环境恶劣，应力不稳，相比直簧而言更易断裂，特别是应力较集中的弹簧内侧，因此弧形弹簧仍然有弹簧非寿命预期断裂的风险。

3、弧形弹簧一般由圆钢丝制造，在弹簧压并时弹簧圈与圈之间是线接触，接触面较小，压应力主要集中在很小的接触面上，使接触面的表面应力较高，因此需要使用较高标准的材料才能满足要求。

4、在钢丝表面的弯曲和扭转应力分布不均，特别是弧形弹簧的死圈和活动圈的过渡圈在寿命测试中经常发生断裂现象，为降低断裂风险，需通过调整一圈圈弹簧之间的间距来保证，造成生产工艺复杂而且质量不稳定。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种变节距的弧形弹簧，在弧形弹簧的基础上改变钢丝外形轮廓，改善材料特性，有效解决弹簧应力不均、容易断裂的问题。

申请内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本申请所要解决的技术问题是如何解决弹簧应力不均、容易断裂的问题。

为实现上述目的，本申请公开了一种变节距的弧形弹簧，包括死圈部分、过渡圈部分、活动圈部分；所述弧形弹簧沿轴向左右对称，两端为所述死圈部分，中间为所述活动圈部分，所述死圈部分与所述活动圈部分之间为所述过渡圈部分；所述活动圈部分的节距相等，所述过渡圈部分的节距与所述活动圈部分的节距不相等。

进一步地，所述过渡圈部分的节距小于所述活动圈部分的节距。

进一步地，所述过渡圈部分内部的节距也不相等，越靠近所述死圈部分，节距越小。

进一步地，所述过渡圈部分有3至5圈。

进一步地，所述过渡圈部分有3圈，连接所述死圈部分的为第一圈，连接所述活动圈部分的为第三圈，中间的为第二圈；所述第一圈的节距为所述活动圈部分的节距的15％至30％。

进一步地，所述第二圈的节距为所述活动圈部分的节距的45％至60％。

进一步地，所述第三圈的节距为所述活动圈部分的节距的65％至80％。

进一步地，所述第一圈的节距为所述活动圈部分的节距的25％，所述第二圈的节距为所述活动圈部分的节距的50％，所述第三圈的节距为所述活动圈部分的节距的75％。

进一步地，所述弧形弹簧的总圈数为40圈至60圈。

进一步地，所述弧形弹簧的直径为18mm至30mm。

进一步地，所述弧形弹簧的材质为油淬火合金材料。

进一步地，所述材料为TD SiCr、VD SiCr或VD SiCrV中任一。

进一步地，所述材料中碳元素质量百分比为0.5～0.8。

进一步地，所述材料中硅元素质量百分比为1.2～1.7。

进一步地，所述材料中锰元素质量百分比为0.15～0.18。

进一步地，所述材料中磷元素质量百分比为0～0.025。

进一步地，所述材料中硫元素质量百分比为0～0.025。

进一步地，所述材料中铬元素质量百分比为0.5～1。

进一步地，所述材料中钒元素质量百分比为0～0.25。

进一步地，所述材料中，碳元素质量百分比为0.5～0.8，硅元素质量百分比为1.2～1.7，锰元素质量百分比为0.15～0.18，磷元素质量百分比为0～0.025，硫元素质量百分比为0～0.025，铬元素质量百分比为0.5～1，钒元素质量百分比为0～0.25。

与现有技术相比，通过本申请的实施，达到了以下明显的技术效果：

1、本申请通过变节距过渡圈结构设计，改善了弹簧表面的扭转和弯曲应力分布，在较小的安装空间内可提供理想的弹力，提高了弹簧使用寿命。

2、本申请通过材料优化设计，在长期动态压缩状态下弹簧力衰减小，保证质量稳定性；在高温工作环境下能保证较高的抗松弛和疲劳性，增强产品性能。

3、本申请和现有设计相比，可在满足相同扭矩的情况下使用更低等级要求的材料，有效降低产品成本。

附图说明

图1是本申请的一个较佳实施例的变节距弧形弹簧的自由状态图；

图2是普通弧形弹簧的表面应力分布示意图；

图3是本申请的一个较佳实施例的变节距弧形弹簧表面应力分布示意图；

图4是本申请的一个较佳实施例的变节距弧形弹簧的局部示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本申请的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本申请可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本申请的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

如图1和图4所示，本实施例提供一种变节距的弧形弹簧，左右对称；按照各段的结构特点，从左右二端点向中间点依次布置为死圈部分1，过渡圈部分2，活动圈部分3；过渡圈部分2包括第一圈201，第二圈202，第三圈203。弧形弹簧的圈数为40圈至60圈，直径为18mm至30mm。

过渡圈部分2为3-5个圈，本实施例优选值为3圈。

过渡圈部分2的节距从死圈部分1至活动圈部分3逐渐增大；第一圈201与死圈部分1之间的节距为活动圈部分3标准节距的15％至30％范围，优选值为25％；第二圈202与第一圈201之间的节距为活动圈部分3标准节距的45％至60％范围，优选值为50％；第三圈203与第二圈202之间的节距为活动圈部分3标准节距的65％至80％范围，优选值为75％。过渡圈部分2的可变节距可有效改善弧形弹簧内侧的应力分布，在较小的安装空间内提供理想的弹力，降低非寿命预期断裂的风险，提高弧形弹簧的使用寿命。

如图2所示，现在弹簧表面的应力分布不均，特别是第一表面应力集中区501的应力较大。

如图3所示，第二表面应力集中区502相比第一表面应力集中区501有较大改善。

为验证本申请过渡圈部分2的节距值对弧形弹簧寿命影响的规律，对不同过渡圈部分2的节距与弹簧寿命的关系进行了试验。表1为过渡圈部分不同节距的弹簧寿命试验结果表。试验证明，弧形弹簧采用本实施例的节距优选值，即第一圈201与死圈部分1之间的节距为活动圈部分3标准节距的25％、第二圈202与第一圈201之间的节距为活动圈部分3标准节距的50％、第三圈203与第二圈202之间的节距为活动圈部分3标准节距的75％时，弧形弹簧的寿命最长。

本实施例的弧形弹簧材质为油淬火合金材料，优选材料为TD SiCr，VD SiCr和VDSiCrV。在合金材料增加有效化学元素含量，缩小常规元素及有害元素的含量范围。表2为弹簧钢丝优化的化学成分表。合金材料中碳元素质量比重为0.5～0.8；硅元素质量比重为1.2～1.7；锰元素质量比重为0.15～0.18；磷元素质量比重为0～0.025；硫元素质量比重为0～0.025；铬元素质量比重为0.5～1；钒元素质量比重为0～0.25。弧形弹簧在材质优化后应力衰减小，保证了弹簧的抗拉强度和稳定性；在高温工作环境下还能保证较高的抗松弛和疲劳性。表3为弹簧钢丝的线径和抗拉强度表。

本实施例经过试验证明，本申请满足理论疲劳寿命不低于一百万次，力损失小于5％的要求。

表1过渡圈不同节距的弹簧寿命试验结果表

第一圈节距	第二圈节距	第三圈节距	寿命(万次)	力损失(％)	结论
						10％	40％	60％	80	4	不合适
20％	45％	70％	90	4	不合适
						25％	50％	75％	110	3.5	选用
30％	60％	80％	95	4	不合适
						40％	60％	80％	90	4	不合适

表2弹簧钢丝优化的化学成分表

碳C

硅Si

锰Mn

磷P

硫S

铬Cr

钒V

0.5～0.8

1.2～1.7

0.15～0.18

0～0.025

0.5～1

0～0.25

表3弹簧钢丝的线径和抗拉强度表

以上详细描述了本申请的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本申请的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本申请的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种变节距的弧形弹簧，其特征在于，其材质为油淬火合金材料。

2.如权利要求1所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料为TD SiCr、VD SiCr或VD SiCrV中任一。

3.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中碳元素质量百分比为0.5～0.8。

4.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中硅元素质量百分比为1.2～1.7。

5.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中锰元素质量百分比为0.15～0.18。

6.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中磷元素质量百分比为0～0.025。

7.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中硫元素质量百分比为0～0.025。

8.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中铬元素质量百分比为0.5～1。

9.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中钒元素质量百分比为0～0.25。

10.如权利要求2所述的变节距的弧形弹簧，其特征在于，所述材料中，碳元素质量百分比为0.5～0.8，硅元素质量百分比为1.2～1.7，锰元素质量百分比为0.15～0.18，磷元素质量百分比为0～0.025，硫元素质量百分比为0～0.025，铬元素质量百分比为0.5～1，钒元素质量百分比为0～0.25。