CN1302871C - 一种具有倾斜轴线的螺旋弹簧的生产方法 - Google Patents

Abstract

在冷成型工艺过程中，节距控制工具与外径控制滚轮的位移同步移动，从而形成具有倾斜轴线的螺旋弹簧，同时，在整个长度范围内使螺旋线获得不变的节距。因此，只要外径控制滚轮和节距控制工具按本发明的要求进行调整，本发明的方法就可以应用到传统卷制机中。尤其是，无论螺旋弹簧的曲率半径如何变化，其节距在整个螺旋线的每圈上都可保持不变。

Description

一种具有倾斜轴线的螺旋弹簧的生产方法

技术领域

本项发明是关于一种具有倾斜轴线的螺旋弹簧，特别涉及到一种适合用在汽车车轮悬挂系统中的螺旋弹簧的生产方法。

背景技术

支杆型的车轮悬挂系统在汽车工业中已得到广泛应用。一个典型的支杆型车轮悬挂系统包括一个轮架；一个连接轮架和汽车车体的连接部件；一个管状减震器包括一个充满油的套筒、一个能够在轮架和汽车车体之间作近似垂直的伸缩运动的滑动活塞以及一个套筒环绕减震器的螺旋弹簧。减震器接受从轮架输入的力，但是这个力的输入方向和减震器的轴线方向是不一致的。由此合成侧向力分量则会产生一个侧向力和一个在活塞和套筒之间的滑动力矩，因而会在他们之间产生一个摩擦阻力。这不但会降低汽车的乘坐舒适性，还会减少减震器的使用寿命。

为了降低这个问题的影响，螺旋弹簧的安装方式曾被提议改为使螺旋弹簧的轴线与减震器的轴线间有一个角度的偏移。由螺旋弹簧所产生并作用到减震器上的侧向力和力矩可用来与轮架输入的力所产生的侧向力和力矩相抵消。然而，角度偏移量的允许值是由螺旋弹簧的直径及可能的安装空间所决定的，因此要弹簧产生足够的侧向力和力矩是很困难的。

日本专利公开号为No.1-156119描述了一种在自由状态时具有弯曲轴线的螺旋弹簧。根据其论述，这种弯曲的螺旋弹簧能够产生侧向力和力矩来抵消减震器的活塞和套筒间滑动部分所产生的侧向力和力矩。但这种弯曲螺旋弹簧怎样在直线位置安装且保持在直线位置仍然不是很明确。商业化生产这种弯曲螺旋弹簧是很困难的，因为价格因素对于汽车悬浮系统中的螺旋弹簧也是十分重要的。

本申请的受让人的日本专利申请号为No.2000-562229的发明描述了一种具有垂直轴线和在每一圈都有不同螺距角的螺旋弹簧。这种螺旋弹簧具有圆柱形的外形，可以安装在有限的位置上。此外，由于安装时不需要任何侧向力的支持，所以它的安装十分简便。这种螺旋弹簧可以通过热盘绕的方法非常方便的生产出来，但在利用进给滚轮进行冷盘绕成型的加工过程中，却有一些困难。

日本专利公开号为No.2002-35877描述了一种制造适合用冷盘绕过程生产的具有倾斜轴线的螺旋弹簧。虽然这种螺旋弹簧有一个倾斜但直线性的轴线，但当它被拉长或压缩时会产生一个侧向力。因此它特别适合用在汽车车轮悬浮系统上。尽管如此，这种方法是对仅仅靠调整旋转半径(曲率半径)而制造具有倾斜轴线的螺旋弹簧的一个尝试。

根据传统的卷绕机，当螺旋弹簧的曲率半径从一点到另一点变化时，控制外径的滚轮和控制节距的工具之间的侧向距离也在变化，这使得螺旋弹簧每一圈的节距角从一点到另一点不是均匀变化的。节距角的这种变化使得每一圈上每一点的节距也不是均匀变化的，这种不均匀性在螺旋弹簧整个长度上的积累就会产生螺旋弹簧的轴线显著地趋向曲线这样一种结果。

即使螺旋弹簧的轴线是曲线，当它被拉长或压缩时仍能产生一个侧向力。虽然如此，由于这种弹簧安装时需要相对减震器的轴线有一个偏移量，因此它需要相对较大的安装空间；此外，它也不能提供足够大的侧向力。

发明内容

根据先有技术所出现的问题，本发明最主要的目的是提供一种生产适合用于冷盘绕成型工艺加工出来的具有倾斜轴线的螺旋弹簧的生产方法。

本发明的第二个目的是提供一种适合大规模生产的生产方法。

本发明的第三个目的是提供适合用在支杆型汽车车轮悬浮系统中且能简化装配工作的生产方法。

本发明的第四个目的是提供适合用在支杆型汽车车轮悬挂系统中且能减少减震器的活塞和套筒间的摩擦力的生产方法。

根据本发明，以上和其它目的可以通过提供生产一种具有倾斜轴线的螺旋弹簧的生产方法实现，包括如下步骤：将一根棒料沿着其轴线方向进给；从完全垂直该轴线的第一方向将外径控制滚轮作用于棒料；从既垂直该轴线又垂直第一方向的第二方向使用节距控制工具；在第一方向上周期性地移动外径控制滚轮，从而使螺旋弹簧在每一圈上形成一个有效曲率半径相对大的部分和一个有效曲率半径相对小的部分；在第二方向上节距控制工具与外径控制滚轮同步地移动，使得在弹簧整个长度内的螺纹节距是一个稳定的常数。

因此，本发明的方法可以通过传统卷制机来实现，其中仅仅需要按照本发明中的要求调整外径控制滚轮和节距控制工具。特别是，将节距控制工具和外径控制滚轮的运动同步起来后，无论弹簧每一圈的曲率半径如何变化，其节距总能保持为常量，由此，就可以生产具有倾斜轴线的螺旋弹簧。特别是，这种弹簧可通过冷盘绕成型的方法绕制出来。

节距控制工具最好按照公式ΔP＝A(ΔD/D)P移动，其中P是节距控制刀具相对于节距为零的参考平面的偏移距离，ΔP是节距控制工具的位移，D是节距控制工具与外径控制滚轮之间的距离，ΔD是外径控制滚轮的位移，A是一个常数。

为了简化装配工作，至少有一端的弹簧的尾部的最后一圈应与弹簧的倾斜轴线垂直。这最后一圈根据需要既可在收敛的一端也可在发散的一端。

附图说明

下面参照附图描述本发明，其中：

图1是可实现本发明的加工方法的卷绕机的示意图；

图2是图1中卷制机的局部平面图；

图3说明卷制具有倾斜轴的弹簧的工作模式；

图4说明外径控制滚轮的位移是如何影响先有技术弹簧节距的；

图5说明外径控制滚轮的位移是如何按本发明所述避免了影响弹簧节距的；

图6是用本发明的方法生产出来的具有倾斜轴的弹簧的立体图；

图7是对按本发明方法和按现有技术生产的弹簧的构形的比较曲线。

具体实施方式

图1和图2是能够实现本发明的方法生产压缩螺旋弹簧的卷制机。棒1作为图1中卷制弹簧的材料由两对进给轮2到5向右进给。尽管有由于进给轮进给时产生的轴向力，为了避免棒1弯曲，它还是被导向装置6和7紧紧包围着。

被推出导向装置7的棒1的下游端首先从第一外径控制滚轮和一个半圆柱状的金属芯块10之间通过，然后从第二外径控制滚轮9和金属芯块10之间通过，从而得到所需的曲率半径。第一外径控制滚轮8、第二外径控制滚轮9和进给轮2到5都安装在与纸面平行的同一参考面上。通过了第二外径控制滚轮9的棒1与处于垂直偏移该参考面的平面上的节距控制工具11相贴合，使得棒料能够在螺旋的轴线方向变形并获得所需的节距角。

一旦通过连续进给缠绕了所需的螺旋长度，切刀12会作用在棒1上，在金属芯块10上切断棒1。重复上述过程，大量的螺旋弹簧可通过冷成型工艺生产出来。

通常这种卷制机都会有可在成型过程中沿轴向移动节距控制工具的功能，目的是为了在结尾形成较紧密的几圈。有些卷绕机为了能够形成椭圆或轨迹形螺旋弹簧和非圆柱螺旋弹簧(例如锥形、桶形和沙漏形弹簧等)，可以移动外径控制滚轮。用这样的机器，是可以卷制出具有倾斜轴线的螺旋弹簧的。

更具体地说，通过按照图1中的箭头的方向移动外径控制滚轮8和9，对于螺旋弹簧的每一圈，无论是椭圆或是轨迹形的，还是圆形的，如图3中的交替形式的部分15和部分16所示，都会形成一个具有倾斜轴线的螺旋弹簧。在此情况下，每一部分的长度或每一部分螺旋线的长度可自由选择，只要在整个螺旋弹簧的长度范围内的每一圈的两个部分都有不同的有效曲率半径出现。通常，这些部分每个分别延伸大约180度。而且，椭圆或轨迹形部分15可能包括一个纯椭圆部分、一个轨迹形部分或是由许多具有一定曲率半径和相互光滑连接形成的部分的结合。同样地，圆形部分16也可从纯圆弧形改成椭圆或是轨迹形部分。

在实际中，决定与螺旋弹簧轴线垂直的线圈端部的端圈部分可设在一端或两端，若需要还可用合适的弹簧座。

执行上述过程就应该能够做出具有倾斜轴线的螺旋弹簧了。然而，实际上，若在普通卷绕机上卷制这种弹簧，一个额外的因素就必须考虑进去。下面通过图4对此进行解释。

在普通的卷制机中，尽管外径控制滚轮8和9的位置能在参考平面内调整，但是节距控制工具11只能在轴线方向移动，不能在管外径控制滚轮8和9所在的平面内移动。因此，当管外径控制滚轮9为了连续改变弹簧的曲率半径而移动时，如图4所示，当节距控制工具11和管外径控制滚轮9之间的距离从D(为了卷制圆形部分16)变化到D+ΔD(为了卷制椭圆或轨迹形部分15)时，使得由节距控制刀具11控制的螺旋弹簧的节距角从θ变化到θ-Δθ。若节距控制工具11到参考平面(节距控制工具为0节距角位置)的偏移是P，那么P＝Dtanθ＝(D+ΔD)tan(θ-Δθ)。因此，当螺旋弹簧的曲率半径增加时，螺旋线上相应部分的节距角则会从参考值减小。

基于以上考虑，我们可以得出结论：当节距控制工具11和外径控制滚轮9之间的距离不变时，为了保持节距角θ不变，尺寸P需要做出某种方式的改变。如图5所示，当节距控制工具11和外径控制滚轮9之间的距离从D(为了卷制圆形部分16)变化到D+ΔD(为了卷制椭圆或轨迹形部分15)时，我们假设为了保持节距角θ不变，节距控制工具11相对于参考平面的位移是P+ΔP。于是，P+ΔP＝(D+ΔD)tanθ＝(D+ΔD)(P/D)，若ΔP＝(ΔD/D)P，则无论当节距控制工具11和外径控制滚轮9之间的距离如何，节距角θ值都可保持不变。图6是用这种方式卷制出的弹簧20，它具有倾斜轴线。

图7表示以一水平参考平面为基准测量的弹簧高度和螺旋弹簧的圈数之间的关系的曲线。当仅螺旋弹簧的外径被控制时，弹簧高度的变化或是节距的周期性变化如图中虚线所示。另一方面，当节距控制工具的轴向位置按本发明所述控制得像弹簧的外径一样时，弹簧高度和弹簧圈数或是节距的关系可如图中实线所示，保持线性。

在实际中，还有一些其他因素影响着螺旋弹簧的外形，而且精确求出每个因素的影响到底有多大是很困难的。例如，即使圆形部分和椭圆部分或是轨迹形部分转动相同的角度，它们的螺旋线长度通常都不一样；即使它们的节距角在整个螺旋线的长度范围内保持为常数，它们的节距也不会相同。而且，随着节距控制工具11和外径控制滚轮9之间距离的变大，弹簧的反弹也会变大。因此，为了保持节距角不变，移动节距控制工具11来补偿反弹量是很必要的。但是，根据本发明人所做的一些实验，已经证明通过完全按节距控制工具11和外径控制滚轮9之间距离的一定比例来移动节距控制工具11就可以得到具有倾斜轴线的螺旋弹簧。因此，在实际使用过程中按图5所述原理大概确定节距控制工具11的位移就足够了，然后可根据对按上述原理做出的弹簧的直线度的实验性的估计对节距控制工具11的位移进行微调。

虽然本发明是用优选实施例来描述的，但是在不脱离本发明所附权利要求的范围内，对本领域技术人员来说许多调整和修改是显而易见的。

例如，本发明不仅可以应用到圆柱形螺旋弹簧，还可应用到许多的其他形状弹簧、如圆锥形螺旋弹簧，沙漏形螺旋弹簧，桶形螺旋弹簧和锥形螺旋弹簧等。本发明适合以冷成型工艺实现，也可应用于热成型工艺。本发明的应用领域不是局限在支杆和其他车轮悬浮系统，对任何工业或汽车应用也是适合的。

Claims (4)

1.一种生产具有倾斜轴线的螺旋弹簧的方法，包括以下步骤：

将一根棒料沿着其轴线方向进给；

从完全垂直该轴线的第一方向将外径控制滚轮作用于棒料；

从既垂直该轴线又垂直第一方向的第二方向使用节距控制工具；

在第一方向上周期性地移动外径控制滚轮，从而使螺旋弹簧在每一圈上形成一个有效曲率半径相对大的部分和一个有效曲率半径相对小的部分；

在上述第二方向上节距控制工具与外径控制滚轮同步地移动，使得在弹簧整个长度内的螺纹节距是一个稳定的常数；

其中，上述节距控制工具应按关系式ΔP＝A(ΔD/D)P移动，其中：P是节距控制工具相对于节距为零的参考平面的偏移距离，ΔP是节距控制刀具的位移，D是节距控制工具与外径控制滚轮之间的距离，ΔD是外径控制滚轮的位移，A是一个常数。

2.根据权利1的方法，其中上述螺旋弹簧应以以下方式卷制，使得至少有一端的弹簧的尾部最后一圈部分卷制成与螺旋弹簧的轴线垂直。

3.根据权利1的方法，其中螺旋弹簧以冷成型工艺卷制。

4.根据权利1的方法，还包括从与第一方向在同一平面的第三方向对棒料使用第二外径控制滚轮的步骤。

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