CN1654844A - 螺旋弹簧及悬架装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺旋弹簧和使用该螺旋弹簧的车辆用悬架装置，该螺旋弹簧具有相对几何中心轴线偏移的负载轴。螺旋弹簧(1)被卷绕成使其卷绕直径在轴线方向上的中间部比端部大，在一侧位置(8)，螺旋弹簧的轮廓大致在轴线方向大致整齐地排列成一直线，与此相对，在另一侧位置(9)，螺旋弹簧的轮廓向外突出，成向外的凸形。即，在从特定方向观察时，螺旋弹簧的轮廓成D字形。这样，可以实现不压曲移位且具有相对其轴线平行偏移的负载轴线的螺旋弹簧。

Description

螺旋弹簧及悬架装置

技术领域

本发明涉及具有相对几何中心轴线偏置的负载轴的螺旋弹簧及使用这种螺旋弹簧的车辆用悬架装置。

背景技术

在现有技术的用于机动车等的例如滑柱式悬架装置中，存在以连结车体和车轮支架的方式组装由筒型减振器和压缩螺旋弹簧构成的组件的悬架装置，其中，筒型减振器具有内部充满了油的油缸和容纳在油缸内的活塞，压缩螺旋弹簧围绕筒型减振器设置。然而，从轮胎输入的力不一定和减振器的轴线一致，因为伴随有横向负载，所以存在如下问题，即，横向负载和力矩作用于减振器的油缸和活塞之间的滑动部，产生滑动阻力，影响乘车的舒适性，同时缩短减振器的寿命。

因此，现有技术中公知有如下方法，即，相对减振器的轴线偏置安装螺旋弹簧，利用螺旋弹簧产生的横向负载和力矩来降低在减振器的油缸和活塞之间的滑动部上产生的横向负载和力矩。然而由于偏置量受螺旋弹簧的直径和安装空间等制约，螺旋弹簧不能够产生足够的横向负载和力矩，用以完全消除由轮胎输入的横向负载和力矩。

在日本专利公报特开平1-156119号中公开的技术方案为，使用在自由状态下轴线弯曲的螺旋弹簧来降低在减振器的油缸和活塞之间的滑动部上产生的横向负载和力矩。但是，由于并不清楚弯曲的螺旋弹簧如何在伸直状态下得以保持，另外，适合车轮悬架装置的弯曲螺旋弹簧不能低成本制造。而且，由于这样的螺旋弹簧在使用时产生大的压曲移位，所以在实际应用上不可能适用于安装空间受限的场合，尤其是车轮悬架装置。

因此，在同一申请人的日本专利公报特开表2002-521226号公报中，公开了具有相对轴线倾斜的负载轴线的螺旋弹簧和使用该螺旋弹簧的车轮悬架装置。这样，可几乎不会伴随压曲移位，而使负载轴线相对轴线倾斜，并能降低在减振器的油缸和活塞的滑动部上产生的横向负载和力矩。根据此后发明者的研究，发明者意识到如果适当地确定螺旋直径的分布，可以实现不产生压曲移位而相对其轴线平行偏置负载轴线的螺旋弹簧。尤其是如果能实现具有相对螺旋弹簧的轴线倾斜且平行偏置的负载轴线的螺旋弹簧，则能更进一步有效地降低横向负载和力矩。

发明内容

鉴于上述现有技术的问题点和发明者的见解，本发明的目的是提供一种螺旋弹簧，该螺旋弹簧具有相对安装轴线或几何轴线大致平行偏移的负载轴线，且在压缩变形时不压曲移位。

本发明的第2目的是提供使用这种螺旋弹簧的车辆用悬架装置。

该目的可通过提供具有如下特征的螺旋弹簧(以下称“D形压缩螺旋弹簧”)达成，即，根据本发明，该螺旋弹簧以其卷绕直径在轴线方向上的中间部比端部大的方式卷绕，在相对上述轴线方向正交的投影面上观察时，螺旋金属丝大致跨越其全长，在一侧相互对齐(即，连结螺旋弹簧的外径的线与螺旋弹簧的中心轴线大致平行)，在与上述一侧相对的另一侧，上述螺旋弹簧的中间部的螺旋金属丝最向外凸出。

另外，根据本发明，提供一种使用该压缩螺旋弹簧的车辆用悬架装置。

通过采取上述方式，可使安装轴线或几何轴线与负载轴线大致平行地偏离。因此，使用这样的螺旋弹簧，能解决在车辆用悬架装置中由于螺旋弹簧的安装轴线和施加于螺旋弹簧的负载轴线不一致的问题。尤其是将这样的螺旋弹簧应用于滑柱式车辆用悬架装置中时，通过使作用于减振器的活塞和油缸之间的横向力极小化，能很好地降低由于在减振器的油缸和活塞之间产生的横向力而引起的滑动阻力，并能改善乘车舒适性，提高减振器的耐久性。

另外，通过将螺旋金属丝以卷绕直径从端部向中间部逐渐扩大的方式卷绕，可以避免在相邻卷圈之间卷绕直径突然急剧变化。如果卷绕直径突然急剧变化，则易发生压曲移位，使螺旋弹簧的用途受到限制。对应于安装空间的要求，可以使中间部相对于轴线方向中点偏上或偏下而不一定是中点。

附图说明

图1a是基于本发明的D形压缩螺旋弹簧的侧视图，图1b是其仰视图。

图2a是基于现有技术的普通的压缩螺旋弹簧的侧视图，图2b是其仰视图。

图3是表示基于本发明的D形压缩螺旋弹簧和基于现有技术的普通的压缩螺旋弹簧的卷绕直径分布的图。

图4是表示基于本发明的D形压缩螺旋弹簧受到压缩而变形时状态的侧视图。

图5是表示基于现有技术的弯曲压缩螺旋弹簧受到压缩而变形时状态的侧视图。

图6表示伴随图4和图5所示的压缩螺旋弹簧的压缩变形，螺旋弹簧相对实现横向负载轴线偏移量在横向伸出的量。

图7表示适用基于本发明的D形压缩螺旋弹簧的车辆悬架装置的正视示意图。

符号说明

1D形压缩螺旋弹簧

2现有技术的压缩螺旋弹簧

3、4螺旋金属丝

5中心轴线

6、7负载轴线

8一侧位置

9另一侧位置

11车体

12车轮支架

13连杆部件

14滑柱组件

15减振器

16压缩螺旋弹簧

17、18弹簧座

19轮胎

21中心轴线

22(路面反作用力的)负载轴线

23(D形螺旋弹簧的)负载轴线

具体实施方式

下面参照附图详细说明适用于本发明的实施例。

图2a和图2b表示具有现有技术形式的安装定位圈部的压缩螺旋弹簧2。一般情况下，压缩螺旋弹簧通过围绕中心轴线5卷绕螺旋金属丝4形成，由于匝数有限，不能围绕中心轴线5完全对称，所以负载轴线6相对中心轴线5稍微倾斜。负载轴线6可以看作向中心轴线5的方向加负载时在弹簧2上产生的反作用力的方向。

图1a和图1b表示基于本发明的D形压缩螺旋弹簧1。一侧位置8作为改变卷绕直径的基准位置，连结一侧位置8的直线8’相对中心轴线(连结两支撑面的中心位置的安装轴线)5大致平行。而且，从D形压缩螺旋弹簧1的轴线方向的各端部向轴线方向中间位置，螺旋金属丝3的卷绕直径依次增大。因此，在与一侧位置8相对的另一侧位置9，螺旋金属丝3位于曲线9’的位置，曲线9’为沿中心轴线5向最外方突出而形成的向外凸出的曲线。

图3是表示两压缩螺旋弹簧1、2的螺旋金属丝相对匝数换算的轴线方向位置的卷绕直径的图。关于现有技术中的压缩螺旋弹簧2，其安装定位圈部的卷绕直径小，剩余部分的卷绕直径一定。关于D形压缩螺旋弹簧2，从轴线方向各端部到轴线方向中间位置，螺旋金属丝3的卷绕直径依次增大。另外，如图1a所示，在从相对连结一侧位置8和另一侧位置9的面正交的方向观察时，在一侧位置8，螺旋弹簧的轮廓沿轴线方向整齐排列成一直线，与此相对，在另一侧位置9，螺旋弹簧的轮廓向外突出，成向外的凸形。即，在从特定侧向观察时，螺旋弹簧的轮廓成D字形。

关于D形压缩螺旋弹簧1，相对连结支撑面中心位置的轴线方向，螺旋金属丝3的大部分偏向于另一侧位置9，所以在螺旋金属丝3的各点产生的反作用力的合力相对中心轴线偏向另一侧位置9的方向。即，在D形压缩螺旋弹簧1中，现有技术中的压缩螺旋弹簧的负载轴线6向负载轴线7所示位置位移。D形压缩螺旋弹簧可通过各种方法制造。

(1)在用夹具限制通常的螺旋弹簧的一侧位置8的状态下，使用用于形成安装定位部的引丝器(ピッグテ-ラ)，把持螺旋金属丝的各端部，并通过将其卷绕成形而得到所希望的形状。

(2)使用盘簧机形成木桶形的螺旋弹簧，使其弯曲变形，得到所希望的形状。

(3)使用可膨胀·收缩的金属芯，以冷卷法或热卷法将螺旋金属丝卷绕在膨胀的芯轴上，在得到所希望的形状后，收缩芯轴并将其从螺旋弹簧中抽出。

(4)通过使用杆(pin)或辊的冷成形，得到所希望的形状。

对于这样的螺旋弹簧，要求螺旋弹簧的安装轴线和负载轴线不重合，并且使压曲移位量最小化。其原因是将螺旋弹簧安装在安装空间受限的位置上的情况较多。对于基于现有技术的弯曲螺旋弹簧，随着压缩变形，螺旋弹簧的弯曲程度增大。对于D形压缩螺旋弹簧，即使压缩变形，螺旋金属丝也不向任何方向伸出。

图4和图5表示D形螺旋弹簧和弯曲螺旋弹簧压缩变形时的状态，ΔR表示螺旋金属丝的伸出量。关于这两种弹簧，图6是表示与实现的负载轴偏移量相对应的螺旋金属丝的伸出量ΔR的图，对于弯曲螺旋弹簧，如果增大负载轴偏移量，螺旋金属丝的伸出量ΔR也增大，安装空间受限制，而对于D形压缩螺旋弹簧，即使增大负载轴偏移量，螺旋金属丝也基本上不向外伸出，安装空间不受限制。

图7是适用本发明的车辆用悬架装置的要部的部分截面正视示意图。轮胎19安装于车轮支架12，车轮支架12的下端由连杆部件13安装于车体11的下部，并可相对于车体11摆动，车轮支架12的上端由滑柱组件14枢转安装于车体上部。滑柱组件14由减振器15和压缩螺旋弹簧16构成，其中，减振器15由筒型油压阻尼器构成，压缩螺旋弹簧16在该减振器15的油缸和活塞上端之间由弹簧座17、18保持着。上侧的弹簧座17与减振器15的活塞杆的上端一起经由橡胶衬套等枢转安装于车体11，下侧的弹簧座18一体结合于减振器15的油缸的外周。

这里，压缩螺旋弹簧16的中心轴线21与轴线22不一致，轴线22是作用于路面和车体之间的路面反作用力的负载轴线。来自路面侧的路面反作用力22由隔离在车轮支架12外侧的轮胎19吸收，这样，压缩螺旋弹簧16不得不安装于车轮支架12。因此，在使用通常的压缩螺旋弹簧的场合下，横向负载和力矩作用于减振器的油缸和活塞之间的滑动部，成为导致各种问题的原因。然而，如果使用基于本发明的D形压缩螺旋弹簧，如标号23所示，能使负载轴线相对于中心轴线平行偏移，从而使这种横向负载和力矩的产生减至最小程度。

尤其是如同一申请人在日本专利公报特开表2000-562229号中公开的那样，将螺旋弹簧保持成沿其垂直轴线方向自由伸缩，上述螺旋弹簧被卷绕成，在沿垂直轴线的每一圈的一定卷绕方向角度位置，使螺距角在螺旋弹簧的大致总长度上只有一次成为最大和最小，螺距角是作为单丝上与沿着弹簧单丝的长度变化部分的对应点的高度变化量而被赋予的，上述螺旋弹簧保持为在垂直轴线方向伸缩，由此，伴随上述螺旋弹簧的伸缩，如果将D形螺旋弹簧的特征组合于在两端间产生横向力的合适的压缩螺旋弹簧时，能分别独立地控制负载轴线的偏移量和倾斜量，能在各种情况下使产生的横向负载和力矩最小化。

以上对适用于本发明的实施方式进行了说明，本领域的技术人员能够在不脱离本发明的技术范围的情况下进行各种变形。

Claims (4)

1.一种螺旋弹簧，被卷绕成使其卷绕直径在轴线方向上的中间部比端部大，其特征在于，在相对上述轴线方向正交的投影面上观察时，螺旋金属丝大致跨越其全长，在一侧相互对齐，在与上述一侧相对的另一侧，上述螺旋弹簧的中间部的螺旋金属丝最向外凸出。

2.如权利要求1所述的螺旋弹簧，其特征在于，上述螺旋金属丝以卷绕直径从上述端部向上述中间部逐渐扩大的方式卷绕。

3.一种车辆用悬架装置，在车体和车轮之间具有筒形减振器和围绕该减振器的压缩螺旋弹簧，其特征在于，上述螺旋弹簧以其卷绕直径在轴线方向上的中间部比端部大的方式卷绕，在相对上述轴线方向正交的投影面上观察时，螺旋金属丝大致跨越其全长，在一侧相互对齐，在与上述一侧相对的另一侧，上述螺旋弹簧的中间部的螺旋金属丝最向外凸出。

4.如权利要求3所述的车辆用悬架装置，其特征在于，上述螺旋金属丝以卷绕直径从上述端部向上述中间部逐渐扩大的方式卷绕。

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