WO2004109147A1 - Ressort combine - Google Patents

Description

复合弹簧 技术领域

本发明涉及弹簧。 背景技术

普通的弹簧由纯弹性材料制作而成， 其阻尼很小， 尤其是金属弹簧。 在 实践中， 为了增大其阻尼， 有时采用将弹簧外面套一层橡胶管或在弹簧表面 硫化橡胶的做法， 橡胶从根本上说是一种粘弹性材料， 在高频作用条件下， 如对声频范围的振动和噪声， 会有一定的阻尼效果， 但是对大多数机械振动 来说， 其阻尼比只有 1 - 3 % , 与弹簧并联使用时阻尼比更小，在大多数情况 下阻尼比远远不够， 例如对于一般车辆、 设备的减振和隔振， 要求阻尼比在 10 % - 30 %之间， 这时必须配合额外的阻尼装置使用， 使得结构复杂。 发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷， 提供一种本身带有阻尼的弹簧。 ' 为达到上述目的， 本发明提供了一种复合弹簧， 其特征在于它包括弹簧 以及对弹簧的运动产生阻尼作用的含有阻尼材料的阻尼体。

优选地， 阻尼材料是高阻尼材料， 包括粘弹性高阻尼材料或 /或粘塑性 材料， 如高阻尼橡胶、 高阻尼聚氨酯、 高阻尼改性沥青等， 其材料阻尼比可 达 30-50%以上。 顺便地， 一般的弹性材料的阻尼比在 0. 1— 1%之间， 普通 橡胶约为 1%-3%。更优选地，本发明的阻尼材料还包括以上述阻尼材料为基 体、 添加有其它填充物的材料， 包括可以增大阻尼材料变形内耗和阻尼的填 充物， 如碳纤维、 玻璃纤维， 云母粉等。

优选地， 所述弹簧至少部分地嵌入阻尼体中。

上述阻尼体可以为实心柱体， 也可以为空心柱体。

本发明所说的弹簧， 可以是任意弹簧， 例如螺旋弹簧或碟簧。 当所述的 弹簧为螺旋弹簧时 ,其簧圈之间可以有与簧丝延伸一致的螺旋状空腔或高弹 性体； 当所述的弹簧为叠形弹簧时， 可以在其簧片之间或片簧的上下设置环 形空腔或弹性体。 优选地， 在所述阻尼体的周面或内部设置刚度较大的约束体， 该约束体 在阻尼体变形时可以对其产生约束和剪切作用。 优选地， 所述约束体为至少 一段螺旋环或套管。

优选地， 在弹簧的外表面设置一层弹性材料。 由于高阻尼材料弹簧在卸 载时同样会有阻尼力， 在阻止弹簧回弹的同时， 也阻碍自己的复位， 同时高 阻尼材料的强度一般弱于同样基材的弹性材料，设置的该弹性约束层能帮助 阻尼材料更彻底的复位， 且不易受到损坏， 如摩擦和碰撞。

优选地， 可以在例如螺旋弹簧的簧丝或叠形弹簧的簧片的至少部分表面 附着阻尼材料层； 在阻尼材料层外还可以再设置至少一层刚度比阻尼材料大 的约束层。

优选地， 弹簧数量可以是多个， 串联或并联。

本发明的复合弹簧由于本身包括了弹簧和阻尼体， 当弹簧受力发生振动或变 形时， 阻尼体随之产生变形， 且尼材料内会产生很大的内摩擦，会消耗部分能量， 使得变形受到阻碍、 振动得以衰减； 由于噪声也是振动造成的， 因此噪声也大大 减轻。 本发明由于采用了高阻尼材料， 提供了较高的阻尼比， 对多数才;^成设备及 车辆结构的减振能够提供足够的阻尼比， 即使在需要的阻尼比很高的场合， 所需 的额外阻尼也会小的多。在一般情况下就不再需要另外配合阻尼装置，从而简化 了结构。 另外， 本发明还有效地消除了弹簧本身在固有频率下的共振。 附图说明

图 1是本发明实施例 1整体结构示意图；

图 2是本发明实施例 2整体结构示意图；

图 3是本发明实施例 3整体结构示意图；

图 4是本发明实施例 4整体结构示意图；

图 5是本发明实施例 5整体结构示意图；

图 6是本发明实施例 6整体结构示意图；

图 7是本发明实施例 7整体结构示意图；

图 8是本发明实施例 8整体结构示意图；

图 9是本发明实施例 9整体结构示意图；

图 10是本发明实施例 10整体结构示意图；

图 11是本发明实施例 11整体结构示意图； · 图 12是本发明实施例 12整体结构示意图；

图 13是本发明实施例 13整体结构示意图；

图 14是本发明实施例 14整体结构示意图；

图 15是本发明实施例 15整体结构示意图。 具体实施方式

实施例 1 :

本发明实施例 1的整体结构如图 1所示，它包括螺旋弹簧 1和阻尼体 2, 螺旋弹簧 1整个地嵌入柱形阻尼体 2中。 阻尼体为常温下呈固态 （粘塑性） 的高阻尼改性沥青。 弹簧受力变形时， 阻尼体同时受力变形， 由于阻尼材料 具有较大的内摩擦， 会产生始终与运动方向相反的阻尼力， 因此这种结构的 弹簧具有较大阻尼比。 由于大多数实心（无微孔）材料的体积不易压缩， 弹 簧中心部分的阻尼体的变形受到较大限制， 因此刚度曲线呈非线性， 但刚度 和承载能力有很大提高， 比较适合重载的工作条件。

实施例 2:

在实施例 1的基础上， 在阻尼体 2内添加了如图 2所示的填充物， 如棒 状物或金属环 4一 1 ,棒状物或金属环错落布置，在变形时可以形成对阻尼体 的约束和剪切， 由于增大阻尼体的剪切变形成分可以提高阻尼体的阻尼， 所 以采用本结构的弹簧的阻尼比比实施例 1有所提高。

实施例 3:

与实施例 1相比较， 弹簧 1是部分地嵌入阻尼体 2中， 它与实施例 1的 效果基本相同， 只是生产工艺简单， 结构详见图 3。

实施例 4:

在图 4所示的实施例 4中， 阻尼体 2呈管状， 由高阻尼橡胶构成， 弹簧 1 由内外两组螺旋弹簧 1— 1 , 1—2组成， 完全嵌入阻尼体 2中， 阻尼体 2 的空心与弹簧組 1的轴线基本同轴一致， 较之实施例 1、 2, 由于弹簧中间的 阻尼体空心， 阻尼体更容易变形， 因此它的刚度曲线线性更好。

实施例 5:

在实施例 4的基础上， 弹簧 1为一个螺旋弹簧， 完全嵌入管状阻尼体 2 中， 其材料为固体高阻尼改性沥青。 在阻尼体 2内外壁设置有约束环， 外约 束环 4—2为弹性约束体， 内约束环为 4一 1刚性约束体。 内外约束环优化错 落布置， 在变形时可以形成对阻尼体的约束和剪切， 同时两端的约束环可以 起到对中作用， 结构详见图 5。

实施例 6:

图 6所示的实施例 6中， 螺旋弹簧 1全部嵌入管形阻尼体 2中， 阻尼体 由高阻尼聚氨酯组成， 簧圈之间有与簧丝一致延伸的螺旋状空心 3或弹性 [艮 低的弹性体， 当弹簧变形时， 避免了阻尼体在该处的挤压和破坏， 阻尼体剪 切变形成分相对提高， 压缩成分降低， 与实施例 4相比， 因此这种结构具有 更好的线性刚度和阻尼比。

实施例 7:

图 7所示的实施例 Ί中 , 阻尼体 2由内外两高阻尼橡胶套管组成， 由螺 旋弹簧 1夹持在两部分之间形成的凹槽 7内， 为了限制阻尼体 2径向膨胀， 设置了约束环 4,它由套在小阻尼体内圈的钢管 4一 1和大阻尼体外圈的塑料 管 4一 2构成， 约束环的总高度小于弹簧的最小工作高度。 它们为弹簧提供 径向为主的约束，通过对阻尼体的径向约束提高阻尼体对弹簧轴向变形的阻 力 （剪切和摩擦） ， 以确保阻尼体对弹簧 1产生有效的阻尼作用。

这种结构不用硫化或浇注， 生产工艺简单， 但用久了， 阻尼体可能会磨 损。 为避免这种缺点， 可以采用硫化方式将弹簧硫化两套管之间。

实施例 8:

在图 8所示的实施例 8中， 螺旋弹簧 1的簧丝表面上浸涂附着层状阻尼 体 2, 它实际上是热熔型高阻尼改性沥青。 这种结构的阻尼比较小， 但线形 非常好，并且完全能够起到抑制弹簧本身共振的作用。如要进一步提高阻尼， 可以采用约束阻尼。 本结构适合弹簧阻尼比较小或变形较大的场合。

实施例 9:

在图 9所示的实施例 9中 , 弹簧为碟簧， 多个碟簧构成的碟簧组 5全部 嵌入管状阻尼体 2中， 叠簧变形时， 对阻尼体 2形成剪切和挤压， 由于阻尼 体 2带有空心， 使得其容易变形。

实施例 10:

图 10所示的实施例 10中， 多个碟簧构成的碟簧组 5整体地嵌入管状阻 尼体 2中， 且在其簧片之间有环形空腔 6, 因此阻尼体较之实施例 9更容易 受到剪切变形， 具有更好的线性刚度和阻尼比。 在阻尼体的内外表面还设有 一层弹性材料作为约束保护层 8, 它可以帮助阻尼材料在卸载时更彻底地复 位， 并保护阻尼材料不受导向柱的摩擦和外力碰撞。

实施例 11 :

图 11所示的实施例 11中， 碟簧 5单片嵌入空心的阻尼体 2中， 其横截 面形状与簧片的横截面形状大致同心相似，只是在磔簧片的接触区没有阻尼 体， 以免阻尼体被局部挤压破坏或挤压永久变形。 本实施例对弹簧线性改变 不大， 适合阻尼要求不太高、 但线性要求较高的场合， 由于单片实施， 可大 批量生产。 阻尼体宜选用适合高效、 大批量生产， 如可以喷涂、 浸涂、 涂覆 或浇注的阻尼材料， 如高阻尼聚氨酯。

实施例 12:

见图 12, 在实施例 11的基础上， 阻尼体 2为空心圆柱体， 在生产工艺 上更容易制作， 上下表面设有凹环， 以减少挤压区的阻尼体， 避免碟簧的非 线性急剧增加。

实施例 13:

两片碟簧片 5同向相叠（刚度为并联）嵌入同一阻尼体中， 阻尼体 2为 空心圆柱体， 两簧片 5之间有高阻尼材料， 然后两组串联， 结构详见图 13。

实施例 14:

在实施例 13的基础上， 两组碟簧片 5同向相叠 （刚度为并联）嵌入同 一阻尼体 2中， 阻尼体 2截面与碟簧片 5截面大体相似， 两簧片 5之间有高 阻尼材料， 然后两组串联， 结构详见图 14。

实施例 15:

在图 15所示的实施例中， 两片碟簧片 5背向相叠 （刚度为串联）嵌入 同一阻尼体 2中， 阻尼体 2为空心圆柱体， 两簧片 5之间有高阻尼材料， 簧 片 5之间和上下设有空心 6， 然后串联。

实施例 11 - 15 中， 列举了不同的方案， 这是因为不同的碟簧布置方式 有不同的力学性质。 碟簧同向相叠， 为刚度并联， 总刚度增大一倍； 碟簧背 向相叠， 为刚度串联， 总刚度減半； 实践中， 可根据此特性采取不同的片与 片组合和组与组的组合。

由于 4艮多阻尼材料具有体积不可压缩性，在阻尼体的受压区如果积聚较 多实心阻尼材料， 阻尼体将被挤向作用力的垂直方向， 弹簧变形曲线会呈较 非线性，同时阻尼体有可能因变形过大而破坏。设置空心阻尼体或高弹性体， 以及在阻尼体内外设置弹性约束体可以避免此种情况发生。

Claims

权利要求

1. 一种复合弹簧，其特征在于它包括弹簧以及对弹簧的运动产生阻尼作 用的含有阻尼材料的阻尼体。

2.根据权利要求 1所述的复合弹簧，其特征在于所述弹簧至少部分地嵌 入阻尼体中。

3.根据权利要求 2所述的复合弹簧，其特征在于所述阻尼体内填充有阻 尼体变形时可对其产生约束和剪切的填充物。

4.根据权利要求 2或 3所述的复合弹簧，其特征在于阻尼体为实心柱体 或圆盘。

5. 根据权利要求 2或 3所述的复合弹簧， 其特征在于阻尼体为空心柱 或环。

6.根据权利要求 5所述的弹簧，其特征在于所述阻尼体内外周面设置的 阻尼体变形时可对其产生约束和剪切的刚度较大的约束体，或设置弹性约束 体。

7. 根据权利要求 2所述的弹簧，其特征在于所述弹簧是螺旋弹簧，其簧 圈之间有与簧丝延伸一致的螺旋状空腔或高弹性体。

8.根据权利要求 2所述的弹簧，其特征在于所述弹簧是碟簧，在其簧片 之间或簧片上下设置环形空腔或高弹性体。

9.根据权利要求 1、 2或 3所述的弹簧， 其特征在于多个弹簧串联或并 联。

10.根据权利要求 1所述的弹簧， 其特征在于在簧丝或簧片的表面至少 部分地附着或套有至少一层阻尼材料层或约束阻尼层。