一種薄壁空芯異型截面剛度可調(diào)控的彈簧制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種薄壁異型截面剛度可精確調(diào)控的線性彈，屬于彈簧元件技術(shù)領(lǐng)域。主要由高壓油管（１）、過(guò)渡接頭（２）、空芯異型截面彈簧（３）、螺母（４）、液壓油或彈性填充材料（５）等構(gòu)成，采用封閉薄壁空芯異型截面結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制其內(nèi)部的供油壓力或彈性材料的壓盡力使彈簧橫截面尺寸和形狀（在彈性范圍內(nèi)）的變化，最終達(dá)到精確調(diào)控彈簧剛度系數(shù)的目的。橡膠式剛度可調(diào)整的薄壁空芯異型截面彈簧（包括壓縮、拉伸和扭力桿）可廣泛用于剛度精度要求較高的計(jì)量?jī)x器或裝置上，液壓式剛度可調(diào)控的薄壁空芯異型截面彈簧（包括壓縮、拉伸和扭力桿）可廣泛應(yīng)用于對(duì)于振動(dòng)頻率有隨動(dòng)要求的“質(zhì)－彈－阻”振動(dòng)系統(tǒng)中，配以自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的自動(dòng)耦合。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種剛度可調(diào)控的彈簧，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)及理論學(xué)科領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種彈簧元件，可以應(yīng)用于各種需要使用彈簧元件的場(chǎng)合。
技術(shù)介紹
彈簧是一種利用其彈性和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在產(chǎn)生或恢復(fù)變形時(shí)把機(jī)械功或動(dòng)能轉(zhuǎn)變 為變形能、或把變形能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功或動(dòng)能的機(jī)械零件，可用于機(jī)械產(chǎn)品的緩沖減震、運(yùn)動(dòng) 控制、存貯能量、測(cè)量力和扭矩，并可以作為機(jī)械的動(dòng)力，幾乎所有的工業(yè)產(chǎn)品都離不開彈 簧。然不同用途的彈簧其要求有很大不同，現(xiàn)有技術(shù)在滿足不同要求時(shí)表現(xiàn)了很大的局限 性。 對(duì)于用作力或扭矩測(cè)量用的彈簧，由于彈簧在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法精確的區(qū)分支撐部位 (端部)和有效變形部位(有效圈數(shù))的分界點(diǎn)；加之在制造過(guò)程中不可避免的存在制造 誤差(如彈簧中徑、簧絲直徑以及螺旋角的制造誤差等)，使得按彈簧服從虎克定律(F = k x)假設(shè)設(shè)計(jì)的計(jì)量?jī)x器或裝置往往因彈簧剛度系數(shù)k不夠準(zhǔn)確而產(chǎn)生計(jì)量誤差。為了 得到剛度系數(shù)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較好的彈簧，通常有兩個(gè)做法一個(gè)是在制造過(guò)程中，依據(jù)彈 簧剛度系數(shù)實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的差值通過(guò)增加或減少?gòu)椈傻挠行ё冃稳?shù)來(lái)獲得需要的彈 簧剛度系數(shù)，其精度一般不會(huì)很高，特別是對(duì)于較高計(jì)量精度的儀器用彈簧往往需要在大 批彈簧中進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，成品率較低，成本較高；二是把彈簧的端部設(shè)計(jì)成可調(diào)的結(jié)構(gòu)， 當(dāng)彈簧的剛度系數(shù)超差時(shí)，通過(guò)調(diào)整支撐端來(lái)改變彈簧的有效工作圈數(shù)以期達(dá)到修正剛度 的目的，實(shí)際上，按這種做法得到的彈簧剛度系數(shù)的精度不夠高、精度保持性不強(qiáng)(與調(diào)整 環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān))。上述這兩種做法的本質(zhì)是一樣的，都是調(diào)整彈簧的有效工作圈數(shù)。 對(duì)于"質(zhì)_彈_阻"振動(dòng)系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常要處理擾力頻率"r與系統(tǒng)固有頻 率"((0 = 7^式中k為彈簧剛度系數(shù)，m為系統(tǒng)振動(dòng)質(zhì)量)的關(guān)系問(wèn)題，以達(dá)到避免"共 振"造成機(jī)器損壞或者利用(產(chǎn)生)"共振"以實(shí)現(xiàn)某種功能的目的。傳統(tǒng)的做法是采用定 剛度設(shè)計(jì)并通過(guò)改變系統(tǒng)的振動(dòng)質(zhì)量和阻尼來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的固有頻率。其對(duì)于擾力頻率"r 和振動(dòng)質(zhì)量m均為定值的情況不失為一個(gè)好辦法；但對(duì)于擾力頻率c^和振動(dòng)質(zhì)量m中有 一個(gè)為變化值(如"r或m為時(shí)間的函數(shù))的振動(dòng)系統(tǒng)就顯得"無(wú)能為力"。可以想象，如 果能提供一種彈簧，其剛度系數(shù)可以根據(jù)需要隨動(dòng)調(diào)控，對(duì)于振動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)必將十分有利。 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于較高精度彈簧剛度系數(shù)的獲取是通過(guò)調(diào)整彈簧的有效工 作圈數(shù)實(shí)現(xiàn)的，采用改變彈簧橫截面尺寸和形狀進(jìn)行剛度調(diào)整和用于"質(zhì)_彈_阻"振動(dòng)系 統(tǒng)剛度系數(shù)根據(jù)需要可隨動(dòng)調(diào)控的彈簧均未見(jiàn)報(bào)道。 技術(shù)方案 本專利技術(shù)的目的就是針對(duì)測(cè)量用彈簧存在的剛度系數(shù)精度不夠高、"質(zhì)_彈_阻"振 動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)用彈簧剛度系數(shù)可調(diào)控性不夠方便等缺陷，提供一種能根據(jù)需要通過(guò)改變彈簧 截面形狀和尺寸實(shí)現(xiàn)彈簧剛度系數(shù)的精確調(diào)試和控制的空芯異型截面結(jié)構(gòu)的新型彈簧。 本專利技術(shù)采取的技術(shù)原理是通過(guò)改變彈簧變形部位橫截面尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)彈簧剛度的調(diào)控。其技術(shù)方案是它包括一個(gè)空芯異型截面彈簧3，其主體由變形部分II和支撐部分I以及設(shè)有于其端部的過(guò)渡接頭2組成。非圓截面的主要特征是在兩個(gè)相互垂直的方向抗彎曲剛度差別較大，截面形狀可以是扁圓或帶圓角過(guò)渡的矩形(圖7、8、9)，長(zhǎng)邊尺寸(標(biāo)記為a)可以平行于彈簧中心線(稱為立面)、也可以垂直于彈簧中心線(稱為橫面)。空腔內(nèi)裝有高壓油或彈性材料(如橡膠)5，彈簧3被支撐在彈簧座6上，兩個(gè)過(guò)渡接頭2上均構(gòu)造有螺紋結(jié)構(gòu)，可以用于連接螺母4和油管1。當(dāng)彈簧3內(nèi)充填的是高壓油時(shí)，螺母4主要起密封作用，高壓油管l接油源(圖略)；當(dāng)彈簧3內(nèi)充填的是橡膠等彈性材料時(shí)，螺母4主要起壓緊作用。需要時(shí)可通過(guò)調(diào)整供油壓力(或彈性材料的壓緊量)來(lái)改變彈簧變形部分的橫截面尺寸(和形狀)，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整彈簧剛度的目的。對(duì)于"變"剛度彈簧宜采用油壓調(diào)整；對(duì)于定剛度彈簧宜采用彈性材料調(diào)整，調(diào)整完成以后通過(guò)專門的鎖定機(jī)構(gòu)(略)保證兩個(gè)彈簧座的相對(duì)角度，從而保證彈簧剛度的穩(wěn)定性。 本專利技術(shù)的另外一些特點(diǎn)是 ①.根據(jù)需要繞制的螺旋彈簧可以是壓縮彈簧，也可以是拉伸彈簧或扭轉(zhuǎn)彈簧； ②.對(duì)于特大剛度的扭轉(zhuǎn)彈簧可以按照空芯扭力桿的結(jié)構(gòu)構(gòu)造(圖5、6)，扭簧的支撐端部可以做成多邊形結(jié)構(gòu)、也可以做成圓形帶鍵的結(jié)構(gòu)(圖10、11); ③.彈簧3的變形部分II為薄壁空芯異型結(jié)構(gòu)，為了保證彈簧既具有足夠的強(qiáng)度和必要的剛度，又能在油壓或彈性材料膨脹力的作用下產(chǎn)生必要的彈性變形以達(dá)到彈簧剛度的目的，該彈簧具有橫截面尺寸大、壁厚薄的顯著特點(diǎn)； .彈簧空腔內(nèi)可以填充彈性材料(如橡膠)也可以接高壓油源。 ⑤.彈簧的端部根據(jù)需要可以將接頭2布置在彈簧中心，也可以布置在圓周或掛鉤端部。附圖說(shuō)明 圖1是立面布置的液壓式剛度可調(diào)控圓柱壓縮彈簧示意圖。 圖2是橫面布置的液壓式剛度可調(diào)控圓柱壓縮彈簧示意圖。 圖3是立面布置的彈性材料充填式剛度可調(diào)控圓柱壓縮彈簧示意圖。 圖4是橫面布置的彈性材料充填式剛度可調(diào)控圓柱壓縮彈簧示意圖。 圖5是液壓式剛度可調(diào)控的扭力(桿)彈簧示意圖。 圖6是彈性材料充填式剛度可調(diào)控的扭力(桿)彈簧示意圖。 圖7是彈簧橢圓截面示意圖。 圖8是彈簧扁圓截面示意圖。 圖9是彈簧矩形截面示意圖。 圖10是扭力(桿)彈簧多邊形夾持結(jié)構(gòu)端視示意圖。 圖11是扭力(桿)彈簧圓形帶鍵夾持結(jié)構(gòu)端視示意圖。 圖1、圖2中標(biāo)號(hào)名稱1.油管，2.過(guò)渡接頭，3.空芯異型截面彈簧，4.螺母，5.高壓油，6.彈簧座，7.密封件。I.支撐部分，II.變形部分。 圖3、圖4中標(biāo)號(hào)名稱2.過(guò)渡接頭，3.空芯異型截面彈簧，4.螺母，5.彈性填充材料，6.彈簧座，8.柱塞。I.支撐部分，II.變形部分。 圖5中標(biāo)號(hào)名稱1.油管，3.空芯異型截面彈簧，5.高壓油，9.螺塞，ll.夾持部分。I.過(guò)渡部分，II.變形部分。 圖6中標(biāo)號(hào)名稱3.空芯異型截面彈簧，5.彈性填充材料，8.柱塞，10.調(diào)整螺柱，11.夾持部分。I.過(guò)渡部分，II.變形部分。 圖11中標(biāo)號(hào)名稱12.鍵。具體實(shí)施方案 實(shí)施例一 油壓式薄壁空芯異型截面剛度可調(diào)控的螺旋彈簧 如圖1 2、圖8 9所示，油壓式薄壁空芯異型截面剛度可調(diào)控的螺旋彈簧主要由油管1、過(guò)渡接頭2、空芯異型截面彈簧3、螺母4、高壓油5、彈簧座6和密封件7組成。空芯異型截面彈簧分為支撐部分I變形部分II兩部分。 圖1所示為"立面"布置的油壓式薄壁空芯異型截面剛度可調(diào)控的螺旋彈簧(簡(jiǎn)稱為"立面螺旋彈簧")；圖2所示為"橫面"布置的油壓式薄壁空芯異型截面剛度可調(diào)控的螺旋彈簧(簡(jiǎn)稱為"橫面螺旋彈簧")。二者相比在截面尺寸和形狀、中徑、變形圈數(shù)相同的情況下，立面螺旋彈簧的剛度和剪切應(yīng)力較之的橫面螺旋彈簧要小一些。所以，圖1示立面螺旋彈簧適宜于橫向安裝空間受限制、剛度較大的場(chǎng)合；圖2示橫面螺旋彈簧適宜于橫向安裝空間不受限制、剛度不大的場(chǎng)合。通過(guò)調(diào)整彈簧空芯內(nèi)腔里的供油壓力迫使彈簧變形部分的截面尺寸和形狀產(chǎn)生彈性變形，從而使其抗扭和抗彎模量產(chǎn)生變化，進(jìn)而達(dá)到改變彈簧剛度系數(shù)K目的。 對(duì)于"質(zhì)_彈_阻"振動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整振動(dòng)頻率的應(yīng)用場(chǎng)合宜采用本例所述油壓式薄壁空芯異型截面剛度可調(diào)控的螺旋彈簧，如配以自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的自動(dòng)耦合。實(shí)施例二 彈性材料填充式薄壁空芯異型本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種薄壁空芯異型截面剛度可調(diào)控的彈簧，其特征在于主要由與油源連接的高壓油管（１）、過(guò)渡接頭（２）、空芯異型截面彈簧（３）、螺母（４）、液壓油或彈性填充材料（如橡膠）（５）、彈簧座（６）或夾持部分（１１）、密封件（７）、柱塞（８）、螺塞（９）、螺釘（１０）和鍵（１２）。其特征在于：空芯異型截面彈簧（３）上設(shè)有有過(guò)渡接頭（２）；空芯異型截面彈簧（３）由支撐部分Ⅰ和變形部分Ⅱ組成，其內(nèi)部填充有高壓油或彈性材料（如橡膠）（５）；過(guò)渡接頭（２）上設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)用于連接高壓油管（１）和螺母（４）或柱塞（８）或螺塞（９），過(guò)渡接頭（２）內(nèi)設(shè)有安裝柱塞（８）的結(jié)構(gòu)用于壓緊或放松彈性材料（５），過(guò)渡接頭（２）與螺母（４）之間設(shè)有密封件（７）用于排放空芯異型截面彈簧（３）內(nèi)的氣體和密封作用；彈簧座（６）用于支撐空芯異型截面彈簧（３），夾持部分（１１）用于夾持扭力桿彈簧（３）。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張杰，呂云嵩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京工程學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：84[中國(guó)|南京]