波紋箱式空氣彈簧及其製造方法
2023-11-10 09:24:12
專利名稱：波紋箱式空氣彈簧及其製造方法
技術領域：
本發明涉及這種型式的流體彈簧，例如氣動或空氣彈簧，它們被用於車輛的流體懸架體系和其它的用途中，還涉及製造這種彈簧的方法。更為具體地說，本發明涉及具有一個或多個徑向向外突出的環形波瓣的波紋箱式空氣彈簧。
波紋箱式空氣彈簧在現有技術中已通行多年。在頒發給R.D.Smith的美國專利2,874,458中示出了這種波紋箱式空氣彈簧及其製造方法的典型例子。波紋箱式空氣彈簧是這樣製成的首先在一個鼓體上形成一個具有通常是兩層未硫化斜紋帘布層塗橡膠織物的圓筒形體，一個橡膠或其它彈性體材料的內和外罩，和一個在每個端頭上的用金屬纜索或絲線製成的端頭沿口環，織物層的端頭就是包繞在每個相應的端頭沿口環上的。這樣就形成了圓筒形體或構架，而沿口環上塗覆有處於生的未徑硫化狀態的橡膠。未硫化的構架於是被放在一個模具內成形並且通過加熱和加壓使其固化成一個具有一個或多個徑向向外突出的波瓣的成品形波紋箱。如果波紋箱彈簧的特定設計具有一個以上波瓣，則與設置在每個端頭上的沿口環基本上相同構造的「腰環(girdle-ring)」沿口根據波瓣的數目被施加在沿著主體的軸向長度上多於一個的位置上。一個腰環被安置在每個波瓣之間的軸向位置上圍繞著外罩的外表面。當波紋箱空氣彈簧以其在彈簧體內的內部氣壓或液壓執行一個緩衝操作的功能時，腰環與端頭沿口環相配合保持著彈簧的最小直徑部分而在此同時允許每個波瓣在每個波瓣的軸向中點處徑向向外膨脹。
現有技術波紋箱彈簧經常遇到的問題之一就是在沿口捲起部位往往過早開裂。當此種開裂發生時，它通常從沿口軸向向內繞外罩層一個短的距離，也就是在靠近捲起的織物層端邊處的「沿口捲起部位」。這種開裂是引起顧客不滿的主要原因。本發明改變了內和外織物增強層的相對交疊關係。從而補救了在沿口捲起部位過早開裂的問題，大大地延長了波紋式空氣彈簧的彎曲疲勞壽命。
本發明的一個目的是提供一種延長彎曲疲勞壽命的波紋箱式空氣彈簧。
本發明另一個目的是提供一種這種設計型式的波紋箱式空氣彈簧，在其沿口捲起部位的主體層內大大地減少了開裂。
本發明又一個目的是通過在增強層的相對交疊關係上加以簡單的結構改變而提供一種使用壽命較長的波紋箱式空氣彈簧，這種結構改變可以在現有的裝配和模製設備上完成。
本發明的這些和其它目的通過下述的說明和附圖將能更為全面地了解。
本發明是一種波紋箱式的流體彈簧，它包括一個連續的圓形撓性主體件，主體件在其每端具有一個含有一個沿口環的圓形沿口部分和至少一個位於沿口部分之間和靠近其中至少一個沿口部分的環形波瓣部分，每個所述波瓣部分徑向向外延伸並逐漸地從一個最小直徑部分增大至一個最大直徑部分，主體件包括一個徑向的內織物帘布層和一個與其共同延伸和用粘接劑粘接在其上的徑向外織物帘布層，主體件的兩個帘布層在主體部分的每個端頭處具有一個帘布層捲起部分包繞在主體件一個相應的端頭上的沿口環周圍，外帘布層捲起部分用粘接劑粘接在外帘布層徑向外表面上從端頭沿口環起的一個第一距離，內帘布層捲起部分延伸超出外帘布層捲起部分的端頭邊沿一個從沿口環起的第二距離，該第二距離大大地大於第一距離但小於沿口環和相鄰波瓣最大直徑部分之間的距離，和內帘布層捲起部分與外帘布層捲起部分的徑向外表面交疊並用粘接劑固定在其上而外帘布層的徑向外表面的一部分延伸超出外帘布層捲起部分的端頭邊沿。
圖1是本發明一個波紋箱式彈簧的局部側視立面圖，其某些部分被斷開以顯示壁結構及沿口環；圖2是圖1中所示彈簧的一部分的放大局部視圖，較詳細地顯示出圍繞著端頭沿口環的捲起部位以及各織物增強層之間的關係；圖3是一個現有技術波紋箱空氣彈簧的部分裝配未固化構架的簡化斜視圖，顯示出當放置在一個裝配鼓上時織物增強層之間的相對長度和位置；圖3A是一幅類似於圖3的視圖，但顯示的是本發明的各織物增強層當放置在一個裝配鼓上時的相對長度和位置；圖4是截自圖3中4-4線的局部截面圖；圖4A是截自圖3A中4A-4A線的局部截面圖；圖5是一幅簡化示意圖顯示出圖4中各織物層的端頭在包繞了端頭沿口環之後的交疊關係；和圖5A是一幅簡化示意圖顯示出圖4A中各織物層的端頭在包繞了端頭沿口環之後的交疊關係。
圖1顯示了一個波紋箱式空氣彈簧10，它是使用本發明的彈簧型式的典型例子。在圖2中以更詳細細節顯示的彈簧10具有一個由塗敷橡膠織物材料的一個徑向內帘布層14和一個徑向外帘布層16形成的圓形撓性主體件12。兩個帘布層14和16最好由斜紋帘布層織物製成，而其中一個帘布層的斜紋與另一個帘布層的斜紋是以一個相反的角度傾斜的。在一些彈簧構形中在內和外簾層之間還可以使用額外的增強帘布層。主體件10繞著一根縱向X軸心，如圖1中所示。一個端頭沿口環22在主體12的每個端頭處位於一個端頭沿口部分24內，該沿口部分形成一個環形的肋條形狀用以將彈簧的端頭接合到一個剛性的安裝結構上，例如圖2中所示的凸緣環26上。沿口環22可以由多根象鋼或其它材料那樣的平行絲線形成，或者也可以是纜繩結構的形式。
圖1中中所示的空氣彈簧10是一個具有波瓣28和29的多波瓣空氣彈簧10，波瓣從小直徑部分30和32徑向向外突出至一個最大直徑部分34。
在一個多波瓣空氣彈簧，例如圖1中所示的兩波瓣彈簧中，一個腰帶沿口環36圍繞著主體12的外表面。腰帶沿口環36常由多根平行的細絲或金屬線製成，但其它的環結構也可以用於腰環，就象端頭沿口環的情況一樣。此腰環36保持住小直徑部分32並且當主體件12受到內部壓力時防止其徑向向外膨脹。同樣情況，端頭沿口環22保持住小直徑部分30。波瓣部分38和29當受到內部壓力時可以背離X軸心徑向向外膨脹。在一個包含多於兩個波瓣的空氣彈簧中，另加的腰帶沿口環位於每一對相鄰的波瓣之間。在一個單獨的波瓣的空氣彈簧中就不需要腰帶沿口環了。
當彈簧10在其準備使用的地點被夾持在工作位置時，彈簧連同其連接的結構形成一個密封室38。
為了克服主體件10在圍繞端頭沿口環32的增強帘布層14和16端頭的捲起部位處過早開裂的問題，本發明的結構在內帘布層14和外帘布層16端頭之間的交疊關係方面改變了結構設計。
圖3顯示了一個在常規裝配鼓(未顯示)上形成的一個現有技術空氣彈簧的構架40，其中的一個內織物帘布層40i和一個外織物帘布層40o具有同樣的長度但在軸向上偏移一個很短距離。這意味著在一個端頭處內帘布層40i突出於外帘布層40o外一個短距離，而在其相對的端頭處外帘布層40o突出於內帘布層40i一個短距離。圖4也是說明帘布層40i和40o的偏移結構。從圖5中可以看到，當帘布層40i和40o繞著端頭沿口40o摺疊時，在左端的內帘布層40i的捲起部分延伸於外簾層層40o的捲起部分外一個短距離。但在右端，內帘布層40i的捲起部分較外帘布層40o的捲起部分的端頭縮短一個短距離。具有這種現有技術的結構的空氣彈簧裝配件具有主體件在靠近口環的捲起部分過早開裂的問題。
與圖3的現有技術結構作對比，圖3A顯示出一個在一個鼓(未顯示)上形成的構架42，其中的內織物帘布層42i在軸向長度上大大地長於外織物的帘布層42o。這也顯示在圖4A中。這一結構當帘布層42i和42o的端頭繞著端頭沿口42b摺疊時形成的如圖5A中所示的構形，其中在構架42的兩個端頭處內帘布層42i延伸超出內帘布層42i捲起部分的端頭一個很大的距離。這一改良的結構大大地延長了波紋箱式空氣彈簧的彎曲疲勞壽命。
更具體地參看圖2，內織物帘布層14和外織物帘布層16兩者都包繞在端頭沿口環22上面並且粘附在一個或多個織物層的外表面上。這個包繞部分被稱作帘布層的「捲起」部分。
外帘布層16當包繞著沿口環22時粘附在其自身的外表面上並且從沿口環22延伸一個距離d1。內帘布層14包繞著沿口環22並延伸超出外帘布層16的端頭邊沿16e又一個很大的d2，但是在離開在波瓣28上最大直徑位置34一個間隔距離d3處終止在一個端頭邊沿14e處。
雖然距離d1，d2，和d3的相對比例是可以變化的，但已經發現，帘布層14超出外帘布層16的端頭邊沿16e一個相當的搭接距離d2是合乎理想的，而端頭邊沿14e和最大直徑位置34之間的距離d3最好是距離d2的一半。距離d1應當至少為一英寸而距離d2應當大於d1，在許多例子中大約是長度d1的兩倍。在空氣彈簧的一種尺寸中，d2的長度可以是2英寸而d3的長度可以是1英寸。
在本發明中所示的空氣彈簧捲起部位的結構改良可以用於各種不同設計的波紋箱式空氣彈簧，而不需考慮波瓣的數目和增強帘布層的數目有多少，也不必考慮沿口環是什麼式樣。
在不偏離本發明的範圍的情況下，本文中的所示實施例都可以做出其它的變更。
權利要求
1.一種用於在每一端頭處密封連接到一個沿口保持結構上以形成一個流體保持室的波紋箱式流體彈簧，該彈簧包括一個連續的圓形撓性主體件，該主體件在每端具有一個含有一個沿口環的圓形沿口部分和至少一個位於沿口部分之間並靠近其中至少一個的沿口部分的環形波瓣部分；每個所述波瓣部分徑向向外延伸並逐漸地從一個最小直徑部分增大至一個最大直徑部分；主體件包括一個徑向的內織物帘布層和一個與其共同延伸並用粘接劑粘接在其上的徑向外織物帘布層；主體件的兩個帘布層在主體部分的每個端頭處具有一個帘布層捲起部分包繞在主體件一個相應的端頭上的沿口環周圍；外帘布層捲起部分用粘接劑粘接在外帘布層徑向外表面上一個從端頭沿口環起的第一距離；其特徵在於內帘布層捲起部分的一個端頭邊沿延伸超出外帘布層捲起部分的端頭邊沿一個從沿口環起的第二距離，該第二距離大大地大於第一距離但小於沿口環和相鄰波瓣最大直徑部分之間的距離；和內帘布層捲起部分與外帘布層捲起部分的徑向外表面交疊並用粘接劑固定在其上，而外帘布層的徑向外表面的一部分延伸超出外帘布層捲起部分的端頭邊沿。
2.如權利要求1中所述的波紋箱式流體彈簧，其特徵在於它具有多個波瓣部分和一個腰帶環沿口，該腰帶環沿口包繞著主體件的一個外表面並被放置在每個相鄰成對的波瓣部分之間的其最小直矩部分處。
3.如權利要求1中所述的波紋箱式流體彈簧，其特徵在於一層彈性體材料覆蓋在主體件的一個徑向內表面和一個徑向外表面之上。
4.如權利要求1中所述的波紋箱式流體彈簧，其特徵在於內帘布層捲起部分的端頭邊沿和相鄰波瓣部分的最大直徑部分之間的距離大約為內帘布層卷部分延伸超出外帘布捲起部分端頭邊沿的距離的一半。
5.如權利要求1中所述的波紋箱式流體彈簧，其特徵在於內帘布層捲起部分的端頭邊沿和外帘布層捲起部分的端頭邊沿之間的距離大於外帘布層捲起部分的端頭邊沿和相鄰的端頭沿口環之間的距離。
6.一種用於在每一端頭處密封連接到一個沿口保持凸緣結構上以形成一個空氣保持室的波紋箱式空氣彈簧，該彈簧包括一個連續的圓形撓性主體件，該主體件包圍著一個縱向軸心，在其整個長度上具有不同的直徑，所述主體件在每個端頭具有一個圓形沿口部分限定一個端頭開口，和至少一個位於沿口部分之間和靠近其中至少一個沿口部分的彎曲波瓣部分；每個所述波瓣部分徑向向外延伸並逐漸地從一個最小直徑部分增大至一個最大直徑部分；主體件包括一個徑向內織物帘布層和一個與其共同延伸並用粘接劑粘接在其上的徑向外織物帘布層；端頭沿口環位於在主體件每個端頭上的沿口部分中，主體件的兩個帘布層在主體部分的每個端頭處具有一個帘布層捲起部分包繞在主體件一個相應的端頭上的端頭沿口環周圍；外帘布層捲起部分用粘接劑粘接在外帘布層徑向外表面上一個從端頭沿口環起的一個第一距離；其特徵在於內帘布層捲起部分延伸超出外帘布層捲起部分的端頭邊沿一個從沿口環起的第二距離，該第二距離大於第一距離但小於沿口環和相鄰波瓣最大直矩部分之間的距離；和內帘布層捲起部分的一個端頭邊沿與外帘布層捲起部分的徑內外表面交疊並用粘接劑固定在其上，而外帘布層的徑向外表面的一部分延伸超出外帘布層捲起部分的端頭邊沿。
7.如權利要求6中所述的波紋箱式空氣彈簧，其特徵在於它具有多個波瓣部分和一個腰環沿口，該腰環沿口包繞著主體件的一個外表面並被放置在每個相鄰成對的波瓣部分之間的其最小直徑部分處。
8.如權利要求6中所述的波紋箱式空氣彈簧，其特徵在於一層彈性體材料覆蓋在主體件的一個徑向內表面和一個徑向外表面上。
9.如權利要求6中所述的波紋箱式空氣彈簧，其特徵在於內帘布層捲起部分的一個端頭邊沿和相鄰波瓣部分的最大直徑部分之間的距離大約為內帘布層捲起部分延伸超出外帘布層捲起部分端頭邊沿的距離的一半。
10.如權利要求6中所述的波紋箱式流體彈簧，其特徵在於內帘布層捲起部分的端頭邊沿和外帘布層捲起部分的端頭邊沿之間的距離大於外帘布層捲起部分的端頭邊沿和鄰近的端頭沿口環之間的距離。
11.如權利要求6中所述的波紋箱式流體彈簧，其特徵在於外帘布層捲起部分延伸超出一個鄰近的端頭沿口環至少一英寸。
12.如權利要求6中所述的波紋箱式空氣彈簧，其特徵在於加外的織物材料帘布層位於徑向內帘布層和徑向外帘布層之間。
13.一種製造一個波紋箱式流體彈簧的方法，該方法包括下列步驟在一個圓筒形鼓上將一張未固化的彈性體材料形成一個圓筒形內罩層，該內罩層在每一端都是開口的；將一塊未固化的塗橡膠織物的內帘布層敷設在彈性體層的外表面上，內織物帘布層的兩個軸向端頭與彈性體內罩層的軸向端頭對齊；將一個未固化的塗敷橡膠織物的外帘布層敷設在織物內帘布層的外表面上，所述外織物帘布層的軸向長度大大地短於內織物帘布層的長度，並且在縱向上處於內織物帘布層的中部，因而內織物帘布層延伸超出外織物帘布層的每一端一個相當大的距離；將一張未固化的彈性體材料敷設在外織物帘布層的外表面上以形成一個外罩層；將沿口環放置在織物帘布層和罩層的周圍靠近其每個端頭；將織物帘布層和罩層的端頭繞著沿口環折轉，內織物帘布層的包繞端頭部分搭接和軸向向內延伸超出外織物帘布層的包繞端頭部分的邊沿一個相當大的距離；從鼓上取下裝配好的各罩層和帘布層；將裝配好的罩層和帘布層放置在一個成形和固化模具內；和向裝配好罩層和帘布層施加熱和壓力從而將彈簧成形和固化成所想要的成品形狀。
14.如權利要求13中所述的方法，其特徵在於它包括在裝配好的罩層和帘布層上放置至少一個腰帶沿口環的步驟，沿口環包圍著外罩層以形成一個多波瓣的彈簧。
15.如權利要求14中所述的方法，其特徵在於它包括將一個腰帶件軸向地放置在每一相鄰成對的波瓣之間。
16.如權利要求13中所述的方法，其特徵在於在成形和固化步驟中，裝配好的罩層和帘布層形成一個具有至少一個波瓣部分的圓形體，波瓣部分具有一個最小和一個最大的直徑部分，最長的織物帘布層的折轉部分端頭邊沿終止在從波瓣部分最大直徑部分起一個間隔距離處。
全文摘要
一種波紋箱式空氣彈簧，它具有一個帶有一個內和一個外塗敷橡膠織物增強帘布層和在每個端頭處有一個沿口環的圓形波瓣立體件。織物層每一端頭處的捲起部分包繞著沿口環，內帘布層的捲起部分從沿口環軸向向內延伸超出彈簧兩端上外帘布層捲起部分端頭一個相當大的距離以提供較長的彎曲疲勞壽命和防止主體件在端頭沿口部位內過早開裂。製造方法包括使用一塊在軸向上大大地長於外帘布層的內織物帘布層，而不使用同樣軸向長度的內和外帘布層。
文檔編號F16F9/05GK1136146SQ96104200
公開日1996年11月20日 申請日期1996年4月3日 優先權日1995年4月7日
發明者T·E·貝克利, R·C·希斯勒, G·J·湯普森 申請人:固特異輪胎和橡膠公司