一種柱形彈簧的製作方法
2023-06-12 09:48:21
專利名稱：一種柱形彈簧的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種彈簧裝置，具體涉及一種柱形彈簧。
背景技術：
彈簧作為一種緩衝變形裝置出現已經有數百年的歷史，其種類繁多，其中，在小變形下可承受較大負荷的只有蝶形彈簧，該彈簧的出現也有近百年的歷史，現已廣泛應用於眾多行業。查閱中華人民共和國國標GB/T1972-2005《蝶形彈簧》的標準可知，蝶形彈簧最大負荷可達500KN重，通過組合使用，其最大負荷不會超過5000KN。另一方面，隨著科技的進步和一些大型巖土工程的需求，實際工程中需要監測的力值有時達到8000KN，甚至10000KN，如固定巖體的錨索應力監測就有這樣的需求，在未來，還會有更高力值監測的可能。而使用蝶形彈簧顯然不能達到要求，且其大負荷的蝶形彈簧尺寸較大，並不能滿足傳感器的要求。光纖傳感技術作為一種新型的熱點受到重視，採用光纖微彎傳感裝置在理論上監測位移的最高解析度可達0.1納米，而更高的位移解析度監測裝置是採用光纖幹涉技術的裝置，其最高解析度可達10_18米，這些技術為我們找尋大負荷、小變形的新型彈簧提供了新的方向。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種柱形彈簧裝置，採用金屬或非金屬材料，並利用其壓縮彈性範圍作為彈簧，具有形變小、載荷大的優點，並且結構簡單、加工製作方便、成本低且安裝簡單、使用效果好，具有使用價值高，適應性強等特點。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種柱形彈簧，包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構成的柱體，所述的柱體上下相對兩面相互平行且為負荷承載面，在構成柱體的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性範圍內成為柱形彈簧。所述的柱體是錐形臺柱體。所述的柱體沿中心軸具有通孔。所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上複合構成，至少有兩層所包含金屬元素不同。所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上複合構成，至少有兩層所包含的元素組份不同。所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上複合構成，至少有兩層所經歷的熱處理工藝不同。與所述的柱體軸向平行、在徑向分布有加強棒或加強材料層，所述的柱體及加強棒或所述的柱體及加強材料層是由兩種或兩種以上材料複合而成。
所述的柱體上設置有孔、縫隙或溝槽。所述的孔或縫隙內以焊接的方式填充有壓縮彈性模量與柱體壓縮彈性模量不同的材料。所述的柱體的相鄰兩層均是通過焊接方式連接在一起。本發明與現有技術相比具有以下優點:1、結構簡單、加工製作簡便、投入成本低且使用方式靈活、負載高、變形小。2、通過在柱體上設置溝槽、孔或縫隙，可調節柱形彈簧的壓縮彈性模量和變形範圍，適應電阻應變片、鋼弦或光纖等傳感單元和工程需要。3、通過使柱體呈現錐形臺的方式可調節柱形彈簧的壓縮彈性模量和變形範圍，適應電阻應變片、鋼弦或光纖等傳感單元和工程需要。4、通過採用壓縮彈性模量不同的多層次的結構，可調節柱形彈簧的壓縮彈性模量和變形範圍，同時保證柱形彈簧的剛性結構，適應電阻應變片、鋼弦或光纖等傳感單元和工
程需要。5、本發明的柱形彈簧具有較大的複合承載範圍，滿足巖土工程和其他大型工程的傳感、監測方面傳感器的需求，具有廣闊的應用前景。綜上所述，本發明結構簡單、設計合理、加工製作方便、成本低且使用方式靈活、負載高、變形小，滿足巖土工程和其他大型工程的傳感、監測方面傳感器的需求，具有廣闊的應用前景。下面通過附圖和實施例，對本發明做進一步的詳細描述。
圖1為本發明實施例1的結構示意圖。圖2為本發明實施例2的結構示意圖。圖3為本發明實施例3的結構示意圖。圖4為本發明實施例4的結構示意圖。圖5為本發明實施例5的結構示意圖。圖6為本發明實施例6的結構示意圖。圖7為本發明實施例7的結構示意圖。附圖標記說明:1-柱體；2_上端面；3_下端面；4-第一材料層；5_第二材料層；6-通孔；7-加強棒；8-本體材料；9-軸向通孔。
具體實施例方式實施例1如圖1所示的一種柱形彈簧，包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構成的柱體1，所述的柱體I上下相對兩面相互平行且為負荷承載面，分別是上端面2和下端面3，在構成柱體I的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性範圍內成為柱形彈簧。
如採用常用的錳鋼彈簧材料，材料編號是60Si2MnA，其壓縮彈性模量E在190KN-220KN/mm2，為計算簡單，這裡取200KN/mm2，該材料的壓縮彈性應變ε最大超過1%，這裡取最大應變ε為0.01,假設柱體I是IOOmm長的圓柱體,直徑100mm,計算過程如下:F = Ε*Α* ε= 200KN/mm2* π *50*50*0.01= 15708ΚΝ柱體I的壓縮長度L計算過程為:L = 100mm*0.01= 1mm可以看出，柱體I承受的負載可以滿足實際工程中10000KN的要求，若需要監測更大的負載，可以選擇截面積更大的柱體即可。實施例2如圖2所示，本實施例與實施例1不同的是:所述柱體I是錐形臺結構。可以根據負載和應變的需求以及構成錐形臺的材料特性設計出適當的錐形臺尺寸參數滿足實際工程要求。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例3如圖3所示，本實施例與實施例1不同的是:所述柱體I具有軸向通孔9的圓柱體。優選的，柱體I上也可以布設的是縫隙或凹槽。優選的，柱體I上分布的孔、縫隙或溝槽內以焊接的方式填充有壓縮彈性模量與柱體I壓縮彈性模量不同的材料。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例4如圖4所示，本實施例與實施例1不同的是:所述柱體I是第一材料層4和第二材料層5交替布設構成。優選的，任意相鄰的兩層間是通過焊接固定在一起的，焊接的方式可以是爆炸焊、擴散焊等方式。如第一材料層4和第二材料層5可分別選擇45號鋼和合金鋁，使該柱體I既保持一定的剛性，又具有適當的壓縮應變。可以根據需要設計出合適的柱體I的結構，滿足實際工程要求。優選的，第一材料層4和第二材料層5也可以分別是金屬材料和陶瓷材料。優選的，第一材料層4和第二材料層5也可以分別是由同種材料構成，只是兩者所經歷的熱處理工藝不同。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例5如圖5所示，本實施例與實施例1不同的是:所述柱體I是布設有徑向通孔6，使柱體I具有適當的變形能力。可以根據負載和應變的需求以及構成柱體I的材料特性設計出適當的柱體I和通孔6的尺寸參數滿足實際工程要求。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例6如圖6所示，本實施例與實施例1不同的是:所述柱體I是由本體材料8和嵌入本體材料8中的加強棒7構成。可以根據負載和應變的需求以及本體材料8和加強棒7的材料特性設計出適當的柱體I和加強棒7的尺寸參數滿足實際工程要求。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例7如圖7所示，本實施例與實施例1不同的是:所述柱體I具有軸向通孔9的圓柱體，且柱體I是由與柱體I軸向平行的、徑向分布的第一材料層4和第二材料層5和本體材料8複合而成的，其中至少有兩種材料層所使用的材料不同。如第一材料層4和本體材料8採用的是鋁合金材料，而第二材料層5採用的是錳鋼彈簧材料。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種柱形彈簧，其特徵在於:包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構成的柱體，所述的柱體上下相對兩面相互平行且為負荷承載面，在構成柱體的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性範圍內成為柱形彈簧。
2.根據權利要求1所述的柱形彈簧，其特徵在於:所述的柱體是錐形臺柱體。
3.根據權利要求1所述的柱形彈簧，其特徵在於:所述的柱體沿中心軸具有通孔。
4.根據權利要求1所述的柱形彈簧，其特徵在於:所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上複合構成，至少有兩層所包含金屬元素不同。
5.根據權利要求1所述的柱形彈簧，其特徵在於:所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上複合構成，至少有兩層所包含的元素組份不同。
6.根據權利要求1所述的柱形彈簧，其特徵在於:所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上複合構成，至少有兩層所經歷的熱處理工藝不同。
7.根據權利要求1所述的柱形彈簧，其特徵在於:與所述的柱體軸向平行、在徑向分布有加強棒或加強材料層，所述的柱體及加強棒或所述的柱體及加強材料層是由兩種或兩種以上材料複合而成。
8.根據權利要求1所述的柱形彈簧，其特徵在於:所述的柱體上設置有孔、縫隙或溝槽。
9.根據權利要求8所述的柱形彈簧，其特徵在於:在所述的孔或縫隙內以焊接的方式填充有壓縮彈性模量與柱體壓縮彈性模量不同的材料。
10.根據權利要求4、5或6所述的柱形彈簧，其特徵在於:所述的柱體的相鄰兩層均是通過焊接方式連接在一起。
全文摘要
一種柱形彈簧，包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構成的柱體，所述的柱體上下相對兩面相互平行且為負荷承載面，在構成柱體的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性範圍內成為柱形彈簧；採用金屬或非金屬材料，並利用其壓縮彈性範圍作為彈簧，具有形變小、載荷大的優點，並且結構簡單、加工製作方便、成本低且安裝簡單、使用效果好，具有使用價值高，適應性強等特點。
文檔編號G01D11/18GK103090896SQ20111034755
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年11月7日
發明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司