一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧的製作方法

2024-01-31 16:15:15

專利名稱：一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種彈簧，具體是一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧，用於 負載變化時改變剛度來適應負載的變化達到合理的支撐和緩衝作用。
背景技術：
懸架彈簧在汽車懸架系統中作為重要零部件和安全件之一，其主要功能表現為支 撐車身重量和減振作用。日趨激烈的汽車行業競爭，各汽車主機廠不斷提升車輛的乘坐舒適性和車輛的操 控性能來佔領汽車銷售市場。汽車在追求優越性能的同時，對作為重要零部件之一的懸架 彈簧無疑提出了更高的要求，傳統的彈簧設計已經從功能和使用空間上無法滿足高端市場 中的需求。然而，現有的彈簧存在以下缺陷1、剛度無變化，難以適應車輛在行駛過程當中隨著路況不斷變化和車載負重，最 大限度的提升車輛舒適性、改善車輛在急速轉彎、剎車時穩定的操控性能。2、安裝和工作的緊湊型差，難以滿足車身與懸架系統之間不斷降低的高度和彈簧 周邊零部件的緊湊型設計。3、行程小，車身與懸架系統之間高度不斷降低的同時，難以保證有足夠的行程來 避免車輛在運動時發生坐底和抱死現象。

發明內容
本發明要解決的技術問題和提出的技術任務是克服現有彈簧剛度變化小、安裝和 工作的緊湊型差、行程小的缺陷，提供一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧。為此， 本發明採用以下技術方案一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧，其呈螺旋狀，其特徵是在其軸線方 向上位於中間部位的工作圈的剛度小於其餘部位的工作圈的剛度以在彈簧兩端承受一定 壓力時中間部位的工作圈軸向接觸成為支撐圈而將彈簧分作兩段。作為優選技術措施，所述彈簧工作圈的直逕自中間部位向兩端逐漸變小。尤其是， 位於兩端部位的相鄰兩工作圈的直徑至少相差兩倍的彈簧鋼絲的直徑以便受壓時這些工 作圈不產生軸向接觸而可以環繞在一起；用於軸向接觸成為支撐圈的工作圈大於一圈。作為優選技術措施，用於軸向接觸成為支撐圈的工作圈上套有護套。尤其是所述 的護套上具有位於彈簧工作圈內側的狹縫；所述的護套上開設若干位於朝向相鄰彈簧工作 圈的通孔。本發明的有益效果是1、變剛度——車輛在行駛過程當中隨著路況不斷變化和車載負重，最大限度的提 升車輛舒適性、改善車輛在急速轉彎、剎車時穩定的操控性能。2、空間最小化——滿足車身與懸架系統之間不斷降低的高度和彈簧周邊零部件
3的緊湊型設計。3、行程最大化——車身與懸架系統之間高度不斷降低的同時，保證有足夠的行程 來避免車輛在運動時發生坐底和抱死現象。


圖1是本發明變剛度彈簧的一種結構處於自由狀態的示意圖。圖2是圖1所示的變剛度彈簧處於半載狀態的示意圖。圖3是圖1所示的變剛度彈簧處於滿載狀態的示意圖。圖4是圖1的右視圖。圖5是可套於圖1所示變剛度彈簧上的護套的結構示意圖。圖6是圖5的A-A向剖視圖。圖7是圖5所示護套的立體圖。圖中標號說明1_變剛度彈簧，2-護套，3-狹縫，4-通孔，O-O-軸線方向，L-中間 部位的工作圈，D-彈簧工作圈的直徑，d-彈簧鋼絲的直徑。
具體實施例方式以下結合說明書附圖對本發明做進一步說明。本發明的實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧1，如圖1-4所示，其由彈簧鋼絲 製成螺旋狀，特點是在彈簧的軸線方向0-0上位於中間部位的工作圈L的剛度小於其餘部 位的工作圈的剛度以在彈簧兩端承受一定壓力時中間部位的工作圈軸向接觸成為支撐圈 而將彈簧分作兩段。根據彈簧的剛度公式
F Gd"F =——=———
/ 8D3n式中，F-負荷；f-變形量；G-原材料切變模量；d-彈簧鋼絲直徑；D-彈簧中徑；η-工作圈。當如圖1所示彈簧處於自由狀態以及如圖2所示彈簧處於半載狀態時，所有工作 圈在均可產生彈性變形，此時可彈性變形的工作圈最多，因此，彈簧的剛度小；當如圖3所 示彈簧處於滿載狀態時，中間部位的工作圈L軸向接觸成為支撐圈而將彈簧分作兩段，且 可彈性變形的工作圈減少，因此，彈簧的剛度增大。即該彈簧隨著負荷的增加，使中間圈自 動成為支撐圈，一個彈簧變為上下兩個彈簧，實現了雙簧功能，同時實現剛度變化，提高了 車輛乘用的舒適性。作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本發明還包括以下附加的技術特徵， 雖然圖1-4包含了以下所有附加技術特徵中的大部分，是本發明的較佳實施例，但是本發
4明並不限於該情形，在實施本發明時根據具體作用將它們選用在上段所述的技術方案上彈簧工作圈的直徑D自中間部位向兩端逐漸變小，由此來實現彈簧的軸線方向 0-0上位於中間部位的工作圈L的剛度小於其餘部位的工作圈的剛度，且根據上述彈簧剛 度公式，整個彈簧工作圈的剛度自中間部位至兩端部位逐漸增大。尤其是，位於兩端部位 的相鄰兩工作圈的直徑至少相差兩倍的彈簧鋼絲的直徑d以便受壓時這些工作圈不產生 軸向接觸而可以環繞在一起(參見圖3、4)，增加彈簧的伸縮變形量；用於軸向接觸成為支 撐圈的工作圈大於一圈，以便形成工作圈時具有穩定的支撐作用。用於軸向接觸成為支撐圈的工作圈上套有護套2(如TPU護管，參見圖5-7)，可在 滿載狀態下避免幹涉和異響，防止壓縮時形成支撐圈的工作圈鋼絲之間的碰撞而導致彈簧 早期斷裂，以及避免工作時噪音的增加，並且在車輛行駛時防止了砂石對彈簧主體部分表 面的衝擊。尤其是，護套2上具有位於彈簧工作圈內側的狹縫3，護套2上開設若干位於朝 向相鄰彈簧工作圈的通孔4，以便彈簧伸縮變形時護套可以隨著彈簧鋼絲變形而與彈簧鋼 絲保持一致的變形，延長壽命。本發明的變剛度彈簧，為了實現變剛度、空間最小化及行程最大化的目標，首先， 從安裝空間考慮，設計確定彈簧的整體結構為中凸型(即彈簧中間部位的外徑較大並向兩 端逐漸變小)，這種結構確保了彈簧在車輛空載狀態下與車身和車橋連接位置周邊零部件 (油路管道、鋼體部件等)的不幹涉；其次，為實現在無任何輔助彈簧性元件進行變剛度，通 過利用在運動過程中隨著簧上質量的不斷變化，在一定荷重範圍內彈簧自身工作圈轉變為 支撐圈從而實現剛度的自如變化；最後，在運動過程中為避免彈簧與車體部件的幹涉，同時 又能實現剛度的變化，最終通過彈簧中間部位的工作圈的剛度小於其餘部位的工作圈的剛 度既保證彈簧剛度的變化又防止了車輛在滿載狀態下運動時與車體其它部件的幹涉。本發明的變剛度彈簧，代替了普通彈簧通過輔助彈性元件實現變剛度的同時，最 大程度的提供了整車設計的空間和輕量化設計，該產品是一款集成變剛度、輕量化、大行程 為一體的多功能汽車懸架彈簧。因此，車身重量增加或顛簸行駛時，彈簧隨著荷重的變化，通過自動改變中圈支承 圈數實現雙簧功能進行剛度變化。作為一個例子，本發明的變剛度彈簧，可以採用以下技術指標單根彈簧的剛度=Rl= 18. 5士 1. ON/mm ；疊加成為雙簧的剛度R2 = 28. O士2. ON/匪；設計負荷1957.O 士 79. ON ；工作行程彡208mm ；疲勞壽命20萬次；該技術指標的變剛度彈簧，在車輛中起著支撐和減振作用的同時，由於自身有著 可以自動轉變為雙簧的功能，因此，車輛在平坦或者負重較輕的情況下行駛時，彈簧只是起 著單根彈簧的功能及剛度為18. 5N/mm範圍內工作；當車輛行駛在顛簸的路面上或者超負 荷工作時，彈簧受力一旦超過設計負荷1957N時，彈簧中間圈自動軸向接觸帖合，這時轉變 為兩個彈簧且疊加剛度為28. ON/mm來支撐車身重量和緩衝車輛的顛簸。彈簧在任何工作環境下都能自如調整剛度，從而最大程度的提高車輛乘坐舒適 性。另外，彈簧還有個特點就是工作行程超過208mm，一般後螺旋彈簧行程為100_180mm左
5右不等。足夠大的工作行程使車輛在任何工作條件下都有足夠的空間運動，避免了車輛坐 底現象的發生。
權利要求
一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧(1)，其呈螺旋狀，其特徵是在其軸線方向(o o)上位於中間部位的工作圈(L)的剛度小於其餘部位的工作圈的剛度以在彈簧兩端承受一定壓力時中間部位的工作圈軸向接觸成為支撐圈而將彈簧分作兩段。
2.根據權利要求1所述的一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧(1)，其特徵是 所述彈簧工作圈的直徑(D)自中間部位向兩端逐漸變小。
3.根據權利要求2所述的一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧(1)，其特徵是 位於兩端部位的相鄰兩工作圈的直徑至少相差兩倍的彈簧鋼絲的直徑(d)以便受壓時這 些工作圈不產生軸向接觸而可以環繞在一起。
4.根據權利要求2所述的一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧(1)，其特徵是 用於軸向接觸成為支撐圈的工作圈大於一圈。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧，其 特徵是用於軸向接觸成為支撐圈的工作圈上套有護套(2)。
6.根據權利要求5所述的一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧(1)，其特徵是 所述的護套(2)上具有位於彈簧工作圈內側的狹縫(3)。
7.根據權利要求5所述的一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧(1)，其特徵是 所述的護套(2)上開設若干位於朝向相鄰彈簧工作圈的通孔(4)。
全文摘要
本發明公開了一種實現工作圈和支撐圈轉換的變剛度彈簧，現有彈簧剛度變化小、安裝和工作的緊湊型差、行程小，本發明的變剛度彈簧呈螺旋狀，特點是在其軸線方向上位於中間部位的工作圈的剛度小於其餘部位的工作圈的剛度以在彈簧兩端承受一定壓力時中間部位的工作圈軸向接觸成為支撐圈而將彈簧分作兩段。且彈簧工作圈的直逕自中間部位向兩端逐漸變小；位於兩端部位的相鄰兩工作圈的直徑至少相差兩倍的彈簧鋼絲的直徑以便受壓時這些工作圈不產生軸向接觸而可以環繞在一起。由此實現變剛度、空間最小化及行程最大化的目標。
文檔編號F16F1/04GK101949421SQ20101019592
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者魯世民 申請人:浙江美力彈簧有限公司