CN210600011U - 一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，包括轴，轴上套接有壳体，轴的轴肩位于壳体内，沿轴轴向依次套接有斜圈弹簧组件、轴承，斜圈弹簧组件、轴承均位于壳体内，且斜圈弹簧组件位于轴的轴肩上。设置环形结构的斜圈弹簧，能使柔性支撑装置在冲击、震动下能保证正常工作，缓和轴向冲击、有效补偿细长轴的轴向位移和其他的安装误差等，且整体结构简单。

Description

一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置

技术领域

本实用新型属于汽车动力传动装置技术领域，涉及一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置。

背景技术

轴在工作中因各种原因而产生的轴向冲击载荷会对轴造成轴向的位移、冲击和激振，影响轴上各零件及轴上连接件的正常工作，若冲击过大时甚至会传至整个机器壳体，造成机器部分或整体损坏。特别对于长轴影响更为明显，长回转轴刚性较差，轴向长度很长，在大的轴向冲击下产生的激振和位移也更明显，造成的损坏也更严重。

现有的轴向长度较短的轴可在轴向力方向底部使用弹簧作为冲击缓和的装置，同时补偿轴向位移，底部设计弹簧阻尼能有效对轴向冲击进行缓冲，也能补偿轴向位移，但其有个很大的缺点即整体刚度较低，振动较大，对轴的正常工作有很大影响，对于很多轴系并不适用，且对于长轴依然会产生局部的应力集中，仅设计底部的一个弹簧阻尼无法解决问题。

现有的研究和解决方案基本为：在轴中间部位或平直度较差的部位设置轴肩，在轴肩上布置一圈直线弹簧作为轴向柔性支撑，优点是去除底部弹簧(或增大底部弹簧刚度)保证整体轴系刚度，同时利用轴肩处的弹簧减少轴向冲击，补偿轴向位移；但这些方案都存在以下一个或多个问题：(1)普通直线正圈螺旋弹簧只能作为蓄能器储存能量，不能缓慢地释放能量，需额外配置相应的变传动比机构作为减震装置，整体结构复杂；(2)现有的结构无法做到使轴肩的整圈都接触受力，也无法补偿某些特殊应用环境下轴表面的结合误差和表面不平；直线弹簧在传动轴自旋转工况下不能承受扭矩，即在大范围挠度下不能正常工作，从而柔性支撑的效果差甚至失效。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，解决了现有技术中存在的无法补偿某些特殊应用环境下轴表面的结合误差和表面不平的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，包括轴，轴上套接有壳体，轴的轴肩位于壳体内，沿轴轴向依次套接有斜圈弹簧组件、轴承，斜圈弹簧组件、轴承均位于壳体内，且斜圈弹簧组件位于轴的轴肩上。

本实用新型的特点还在于：

斜圈弹簧组件包括卡具、斜圈弹簧，斜圈弹簧位于卡具与轴承之间。

斜圈弹簧组件包括两个，两个斜圈弹簧位于两个卡具之间，两个斜圈弹簧的倾角方向互异。

两个斜圈弹簧之间设置有隔板，隔板套接在轴上。

沿卡具圆周开设有凹槽，斜圈弹簧位于凹槽。

壳体外套接有连接件，连接件上开设有通孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，设置环形结构的斜圈弹簧，能使柔性支撑装置在冲击、震动下能保证正常工作，缓和轴向冲击、有效补偿细长轴的轴向位移和其他的安装误差等，且整体结构简单；斜圈弹簧的结构特殊，其接触点几乎连续布置，单个线圈单独受力发生变形，能够补偿大面积的结合公差及表面不平，且保证任意时刻全部接触点都有效受力。本实用新型的挠性连接方式，在自旋转工况的大挠度下正常工作，且可保证一个较高的刚度，具有很大的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置的的应用效果图；

图3是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置的另一种实施例的结构示意图；

图4是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置的另一种应用效果图；

图5是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置单圈斜圈弹簧的受力分析图；

图6是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置单圈斜圈弹簧叠加后的受力分析图；

图7是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置整圈斜圈弹簧受力分析图；

图8是本实用新型一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置单圈斜圈弹簧接触点变形分析图。

图中，1.轴，2.壳体，3.斜圈弹簧组件，3-1.卡具，3-2.斜圈弹簧，4.轴承，5.通孔，6.隔板，7.凹槽，8.连接件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，如图1所示，包括轴1，轴1上套接有减震装置，减震装置包括壳体2，壳体2套接在轴1上，轴1的轴肩位于壳体2内，沿轴1轴向依次套接有斜圈弹簧组件3、轴承4，斜圈弹簧组件3、轴承4均位于壳体2内，且斜圈弹簧组件3固定在轴1的轴肩上，与轴肩、轴承4挠性连接。轴1可以为受轴向冲击或存在轴向振动的回转轴，也可以为长回转轴和长距离轴系传动中存在轴向冲击、轴向振动的回转轴系。斜圈弹簧组件3包括卡具3-1、斜圈弹簧3-2，沿卡具3-1圆周开设有凹槽7，斜圈弹簧3-2位于凹槽7内。斜圈弹簧3-2安装在凹槽7与轴承4之间过盈压缩；轴承4内圈(紧边)与轴间隙配合，外圈(松边)与孔为过盈配合。

如图2所示，每个壳体2根据需要可在轴1上的多个点位同时串联上述减震装置。多个减震装置均布于同一长轴上或置于长轴自旋转时多个应力集中较大处，可以提高长轴的稳定性；可通过串联不同刚度的斜圈弹簧得到需要的整体部件刚度的柔性支撑，达到不同的刚度要求。整个减震装置可布置在细长轴的中间部位、轴截面突变处、应力集中处、径向载荷较大处等。

如图3所示，斜圈弹簧组件3包括两个，两个卡具3-1相向设置，斜圈弹簧3-2位于两个卡具3-1之间，两个斜圈弹簧3-2的倾角方向对称(互异)。两个斜圈弹簧3-2之间设置有隔板6，隔板6套接在轴1上。隔板6随两个斜圈弹簧3-2的受力变形同步旋转，旋转方向与弹簧形变方向一致，隔板可以补偿斜圈弹簧工作时因形变产生的周向力和周向旋转。采用了对称式的结构，卡具3-1随两圈斜圈弹簧3-2的受力变形同步旋转，可以补偿斜圈弹簧应用于柔性支撑工作时的周向力和周向旋转。

斜圈弹簧组件3还可以包括多个，若斜圈弹簧组件3的数量为偶数时，按照上述方式排列；若斜圈弹簧组件3的数量为奇数，每两个卡具3-1相向设置，剩余的一个斜圈弹簧组件3沿轴向依次排列，按照此方法通过串联过个不同刚度的斜圈弹簧3-2得到需要的整体部件刚度的柔性支撑，达到不同的刚度要求。

壳体2外套接有连接件8，连接件8上开设有通孔5，用于与机架进行固定。

如图4所示，通过改变斜圈弹簧3-2绕制过程中的偏转角，得到一固定偏转角的斜向斜圈弹簧，由此斜向斜圈弹簧设计的细长轴柔性支撑装置可用于且不限于细长轴中的定锥角圆锥面处的减震或隔振；其偏转角与细长轴中的圆锥面锥角相等，受力时的冲击力与斜圈弹簧截面的短轴平行，能极大提高斜圈弹簧的弹性性能，从而加强柔性支撑的减震能力和轴向位移的补偿能力。

通过改变斜圈弹簧3-2截面的形状，由异形截面斜圈弹簧设计的细长轴柔性支撑装置可用于各种不同接触配合要求场合下的轴类结构的减震或隔振。

斜圈弹簧由于其特殊的结构特征，在受力时单个线圈的上下端点接触受力，整圈受力即可视为上下端点圈的接触受力，在预紧力安装后，上下端点圈分别与卡具和刚体保持接触受力，保证了其连接可靠性；又因为其特殊的结构，单圈弹簧可承受最大达40％的变形量，其在大挠度下仍可正常工作，表现于整圈环形弹簧，即在旋转工况下斜圈弹簧仍能保证上下端点圈与接触面紧连接且力学性能不变，从而实现挠性连接下的正常工作。对斜圈弹簧的受力分析如下：

(1)首先对斜圈弹簧的单圈斜圈弹簧作理想情况下的受力分析，即为特殊简支梁受力分析，如图5所示，F为施加于B点的一任意方向大小的力，将F等效为垂直基面的力Fb1和平行基面的力Fb2。①平行与基面的力Fb2可视为由B点对A、C点的压缩力的合力(即分别为前、后半圈的压缩力合力)，易知接触点A、C在Fb2下的支反力合力为-Fb2；②对于Fb1，分别对A，C两点取矩可得A，C点的受力情况。

由∑M_B＝0得：

F_A+F_C＝-Fcos(α)sin(α)

左右叠加单圈斜圈弹簧后，如图6所示，在理想情况下斜圈弹簧下受力圈接触点的支反力为-Fcos(α)sin(α)。故对于端点A，分力Fb2可视为与其支反力抵消，分力Fb1转变为斜圈弹簧的弹性势能，并在A、C点有支反力，即斜圈弹簧对施加载荷的刚体的弹力为F_b1。

整圈的受力情况可根据单圈斜圈弹簧的受力进行叠加，将整圈斜圈弹簧受载后的弹力分解为轴向分力和垂直轴向(即在径向平面内)的分力，如图7为整圈受力图示，分别将各单圈所受的弹力的轴向分力和切向分力叠加，得到一与施加力F反向的集中力F’(F’与轴线重合，方向与位移方向相反)和一力偶M(力偶旋转方向与斜圈弹簧弹力方向相同)。单圈斜圈弹簧的挠性特性和整圈斜圈弹簧的环形结构使其接触点保证时刻紧配合并接触受力，其接触点受力呈环形连续分布，故本实用新型的支撑装置具有挠性连接特性。

斜圈弹簧随着轴的轴向偏移发生变形，变形时其内外圈接触点同时发生位移，单圈斜圈弹簧接触点变形如图8所示，由图可知斜圈弹簧受载时的径向位移变化与倾斜角ɑ的变化耦合相关。由此可得，整圈斜圈弹簧沿斜向向载荷中心点位移并收缩，收缩后整圈斜圈弹簧直径变小并向轴心聚合。受载后的斜圈弹簧各单圈的径向位移、倾斜角相同，垂直于基面的弹力也相同。冲击过大时，整圈斜圈弹簧沿径向方向发生内聚合收缩。

本实用新型的应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置工作过程如下：

工作时，当斜圈弹簧组件3为一个时，轴1受到向上(方向由斜圈弹簧3-2指向轴承4)的轴向力(轴向冲击)作用后，该轴向力通过各部件的过盈配合依次传递给卡具3-1、斜圈弹簧3-2、轴承4内圈(紧边)，轴向力传递过程中斜圈弹簧3-2发生形变并产生周向力和周向旋转，此时周向力转变为斜圈弹簧3-2与上部接触的轴承4松边发生摩擦。

斜圈弹簧组件3包括两个时，轴1受到向上(方向由斜圈弹簧3-2指向轴承4)的轴向力(轴向冲击)作用后，该轴向力通过各部件的过盈配合依次传递给下层的卡具3-1、斜圈弹簧3-2、隔板6、上层斜圈弹簧3-2、卡具3-1、轴承4内圈(紧边)，轴向力传递过程中两个斜圈弹簧3-2发生形变，形变产生的周向力和周向旋转通过中间隔板6抵消。本实用新型的斜圈弹簧3-2与卡具3-1是整圈的多点位接触，相当于斜圈弹簧3-2与轴1以一种特别的挠性连接方式配合，使本装置可在自旋转工况(大挠度)下正常工作，且可保证一个较高的刚度，具有很高的可靠性。应用轴向斜圈弹簧作为柔性支撑的减震元件，除具有冲击缓和、减振、减噪、补偿轴向位移和补偿安装误差等功能之外，本实用新型特别的挠性连接方式，可在自旋转工况的大挠度下正常工作，且可保证一个较高的刚度，具有很高的可靠性。

本发明针对以上现有技术的缺点及问题提出解决方案，应用轴向斜圈弹簧作为柔性支撑的减震元件，除具有冲击缓和、减振、减噪、补偿轴向位移和补偿安装误差等功能之外，本发明特别的挠性连接方式，使本发明可在自旋转工况的大挠度下正常工作，且可保证一个较高的刚度，具有很高的可靠性。

通过以上方式，本实用新型的应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，设置环形结构的斜圈弹簧，能使柔性支撑装置在冲击、震动下能保证正常工作，缓和轴向冲击、有效补偿细长轴的轴向位移和其他的安装误差等，且整体结构简单；斜圈弹簧的结构特殊，其接触点几乎连续布置，单个线圈单独受力发生变形，能够补偿大面积的结合公差及表面不平，且保证任意时刻全部接触点都有效受力。

Claims (6)

1.一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，包括轴(1)，所述轴(1)上套接有壳体(2)，所述轴(1)的轴肩位于壳体(2)内，沿所述轴(1)轴向依次套接有斜圈弹簧组件(3)、轴承(4)，所述斜圈弹簧组件(3)、轴承(4)均位于壳体(2)内，且所述斜圈弹簧组件(3)位于轴(1)的轴肩上。

2.根据权利要求1所述的一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，所述斜圈弹簧组件(3)包括卡具(3-1)、斜圈弹簧(3-2)，所述斜圈弹簧(3-2)位于卡具(3-1)与轴承(4)之间。

3.根据权利要求2所述的一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，所述斜圈弹簧组件(3)包括两个，两个所述斜圈弹簧(3-2)位于两个卡具(3-1)之间，两个斜圈弹簧(3-2)的倾角方向互异。

4.根据权利要求3所述的一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，两个所述斜圈弹簧(3-2)之间设置有隔板(6)，所述隔板(6)套接在轴(1)上。

5.根据权利要求2所述的一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，沿所述卡具(3-1)圆周开设有凹槽(7)，所述斜圈弹簧(3-2)位于凹槽(7)。

6.根据权利要求1所述的一种应用轴向斜圈弹簧的浮动支撑装置，其特征在于，所述壳体(2)外套接有连接件(8)，所述连接件(8)上开设有通孔(5)。

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