一種開口脹環(huán)式耗能彈簧的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種開口脹環(huán)式耗能彈簧，包括布置在兩端的單錐面內(nèi)圓環(huán)和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內(nèi)圓環(huán)，相鄰單錐面內(nèi)圓環(huán)之間，或者單錐面內(nèi)圓環(huán)與雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間以及雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間的外部設(shè)有開口式外圓環(huán)。單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)為閉口結(jié)構(gòu)，其外側(cè)分別有一個和兩個錐面，開口式外圓環(huán)在環(huán)向有一個切口，其內(nèi)側(cè)兩端各有一個錐面，單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)的錐面與所述開口式外圓環(huán)錐面相吻合。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緩沖行程大，并且造價低廉、具有通用性。
【專利說明】
一種開口脹環(huán)式耗能彈簧
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種適用于車輛、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域的緩沖裝置，尤其涉及一種開口脹環(huán)式耗能彈簧。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)形彈簧是一種常用的緩沖器，由多個帶內(nèi)錐面的外圓環(huán)和帶有同樣錐角之外錐面的內(nèi)圓環(huán)配合而成。當(dāng)環(huán)形彈簧承受軸向載荷時，內(nèi)外圓環(huán)相互擠壓，沿著圓錐面相對滑動，產(chǎn)生軸向位移，起到彈簧作用，同時內(nèi)、外環(huán)間產(chǎn)生巨大的摩擦力，可以在變形過程中耗散大量能量，常用于空間受限而又需要強(qiáng)力緩沖的場合。雖然環(huán)形彈簧緩沖效率很高，但因為普通金屬材料彈性應(yīng)變非常有限，因而緩沖行程相對較小。
[0003]為改變這一狀況，本
【申請人】曾經(jīng)向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請并獲批了一項專利“一種大行程高耗能的形狀記憶合金緩沖器”，ZL201420256333.6。利用形狀記憶合金材料和彈簧鋼配合組成環(huán)形彈簧，其中內(nèi)圓環(huán)由彈簧鋼材料制成，外圓環(huán)由形狀記憶合金材料制成。選擇恰當(dāng)?shù)膬?nèi)、外環(huán)厚度保證內(nèi)環(huán)剛度明顯大于外環(huán)剛度，內(nèi)圓環(huán)始終處于彈性狀態(tài)，不會發(fā)生塑性變形，也不會發(fā)生結(jié)構(gòu)屈曲，變形主要集中在形狀記憶合金材料制成的外環(huán)。因為形狀記憶合金材料的可恢復(fù)應(yīng)變遠(yuǎn)大于普通金屬材料，因此相比傳統(tǒng)的環(huán)形彈簧緩沖器，該緩沖器的緩沖行程有了顯著提高。除此以外，形狀記憶合金的相變耗能特性和相變時的應(yīng)力平臺特性也有助于進(jìn)一步的改善其緩沖性能。
[0004]但上述方案的局限性在于，所用形狀記憶合金材料較為昂貴，不適合在一般領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種緩沖行程大，耗能比例高的開口脹環(huán)式耗能彈簧。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型的開口脹環(huán)式耗能彈簧，包括布置在兩端的單錐面內(nèi)圓環(huán)和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內(nèi)圓環(huán)，相鄰的單錐面內(nèi)圓環(huán)之間，或者相鄰的單錐面內(nèi)圓環(huán)與雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間以及相鄰的雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間的外部設(shè)有開口式外圓環(huán)。
[0008]由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例提供的開口脹環(huán)式耗能彈簧，由于采用開口式外圓環(huán)，具有緩沖行程大、耗能比例高的特點。所有部件均處于彈性狀態(tài)，耐久性及可靠性佳，部分元件損壞時可以單獨更換，便于維修。尤其是采用簡單重復(fù)結(jié)構(gòu)，便于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的生產(chǎn)，而使用時亦可自由、靈活選用。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型實施例提供的開口脹環(huán)式耗能彈簧的初始結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本實用新型實施例提供的開口脹環(huán)式耗能彈簧經(jīng)一定壓縮變形后的構(gòu)形示意圖。
[0011]圖3為兩本實用新型實施例中兩個開口環(huán)組成的組合式外圓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1_單錐面內(nèi)圓環(huán)，2-開口式外圓環(huán)，3-雙錐面內(nèi)圓環(huán)，21-內(nèi)層開口環(huán)，22-外層開口環(huán)
【具體實施方式】
[0013]下面將對本實用新型實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0014]本實用新型的開口脹環(huán)式耗能彈簧，其較佳的【具體實施方式】是:
[0015]包括布置在兩端的單錐面內(nèi)圓環(huán)和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內(nèi)圓環(huán)，相鄰的單錐面內(nèi)圓環(huán)之間，或者相鄰的單錐面內(nèi)圓環(huán)與雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間以及相鄰的雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間的外部設(shè)有開口式外圓環(huán)。
[0016]所述單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)為閉口結(jié)構(gòu)，其外側(cè)分別有一個和兩個錐面，所述開口式外圓環(huán)在環(huán)向有一個切口，其內(nèi)側(cè)兩端各有一個錐面，所述單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)的錐面與所述開口式外圓環(huán)錐面相吻合。
[0017]所述錐面的錐度為12度?30度。
[0018]所述開口式圓環(huán)為單層結(jié)構(gòu)或多層套疊的組合式結(jié)構(gòu)。
[0019]所述組合式結(jié)構(gòu)的開口式圓環(huán)中，包含內(nèi)層開口環(huán)和外層開口環(huán)，內(nèi)層開口環(huán)的內(nèi)側(cè)兩端有兩個錐面，內(nèi)層開口環(huán)的外徑與外層開口環(huán)的內(nèi)徑相等，在徑向形成配合。
[0020]所述單錐面內(nèi)圓環(huán)、雙錐面內(nèi)圓環(huán)、開口式外圓環(huán)的材料采用彈簧鋼或者高強(qiáng)度招合金。
[0021]所述單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)的徑向剛度大于所述開口式外圓環(huán)的徑向剛度。
[0022]本實用新型的開口脹環(huán)式耗能彈簧，針對現(xiàn)有的環(huán)形彈簧在緩沖行程上的不足，通過結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，采用常規(guī)金屬材料，結(jié)構(gòu)簡單、緩沖行程大，并且造價低廉、具有通用性。
[0023]本實用新型保留現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)形彈簧的基本結(jié)構(gòu)，包含內(nèi)、外圓環(huán)，并且通過錐面配合組裝。但區(qū)別之處在于，本實用新型的外圓環(huán)為開口結(jié)構(gòu)，即是在封閉圓環(huán)上切開一個小的缺口；而內(nèi)圓環(huán)仍然保持為閉口結(jié)構(gòu)。內(nèi)外圓環(huán)可采用彈簧鋼或者高強(qiáng)度鋁合金等常規(guī)金屬材料。帶有開口的外圓環(huán)，在承受內(nèi)圓環(huán)的徑向擴(kuò)展作用時，不再承受環(huán)向拉力，故外圓環(huán)長度幾乎保持不變，主要變形表現(xiàn)為外圓環(huán)的曲率變化，實質(zhì)為彎曲變形。開口結(jié)構(gòu)帶來的變形模式的轉(zhuǎn)變，大大減小了外圓環(huán)的徑向擴(kuò)張剛度，允許外圓環(huán)可以有更大的曲率變化，對應(yīng)的是軸向緩沖位移的顯著增加，當(dāng)然于此同時，剛度的減小必然會帶來緩沖力的下降。而環(huán)形彈簧原有的錐面摩擦耗能機(jī)制在本實用新型中同樣有效，意味著新設(shè)計的開口脹環(huán)式耗能彈簧仍然具有卓越的耗能阻尼特性，此處不再贅述。
[0024]本實用新型包括單錐面內(nèi)圓環(huán)，雙錐面內(nèi)圓環(huán)，開口式外圓環(huán)等三種部件?？梢愿鶕?jù)行程需要選擇多個單元串聯(lián)裝配，兩端為單錐面內(nèi)圓環(huán)，中間為開口式外圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)交替排列。單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)為閉口結(jié)構(gòu)，其外表面分別含有一個和兩個錐面;而開口式外圓環(huán)在環(huán)向有一個切口，其內(nèi)側(cè)兩端各有一個錐面。要求所有部件錐面角度均相等，以保證配合，同時為了實現(xiàn)自動復(fù)位，還需要確保錐面角度大于摩擦角，一般可取在12度?30度之間。選擇恰當(dāng)?shù)膬?nèi)圓環(huán)厚度，使內(nèi)圓環(huán)剛度明顯大于開口式外圓環(huán)。
[0025]使用時，在兩端施加軸向壓縮載荷，內(nèi)外圓環(huán)相互擠壓，裝置軸向尺寸縮短。因為內(nèi)外圓環(huán)的剛度差異，內(nèi)圓環(huán)變形可以忽略，變形主要集中在開口式外圓環(huán)。在加載過程中，開口式外圓環(huán)周長幾乎保持不變，僅曲率隨著加載變化，材料主要處于彎曲變形模態(tài)，明顯現(xiàn)象是開口處縫隙越來越大。卸載時，開口式外圓環(huán)彈性恢復(fù)，開口處縫隙逐步減小直至恢復(fù)原狀。在加卸載過程中，內(nèi)、外圓環(huán)間產(chǎn)生摩擦力，效果表現(xiàn)為加載時增加軸向力，卸載時減小軸向力，均起到耗散能量的作用。
[0026]本實用新型中的開口式外圓環(huán)，可以是單個開口圓環(huán)，也可以是多個開口式圓環(huán)嵌套在一起構(gòu)成組合式外圓環(huán)，其中最內(nèi)層的開口圓環(huán)擁有用于配合的內(nèi)錐面，并且內(nèi)、夕卜層開口環(huán)之間還要能夠在徑向形成配合，及時傳遞內(nèi)圓環(huán)的擴(kuò)徑作用。
[0027]本實用新型的優(yōu)點和積極效果:
[0028]本實用新型采用常規(guī)金屬材料，造價低廉，并且結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。具有緩沖行程大，耗能比例高的特點。所有部件均處于彈性狀態(tài)，耐久性及可靠性佳，部分元件損壞時可以單獨更換，便于維修。尤其是采用簡單重復(fù)結(jié)構(gòu)，便于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的生產(chǎn)，而使用時亦可自由、靈活選用。
[0029]具體實施例:
[0030]如圖1所示，包括單錐面內(nèi)圓環(huán)I，雙錐面內(nèi)圓環(huán)3，開口式外圓環(huán)2三種部件。三種部件可采用彈簧鋼或者高強(qiáng)度鋁合金等常規(guī)金屬材料?？梢愿鶕?jù)實際行程的需要，選擇多個單元串聯(lián)裝配，其中兩端為單錐面內(nèi)圓環(huán)I，中間為若干個開口式外圓環(huán)2和雙錐面內(nèi)圓環(huán)3交替排列。圖1即為4單元串聯(lián)時的初始構(gòu)形示意圖。
[0031]單錐面內(nèi)圓環(huán)I和雙錐面內(nèi)圓環(huán)3為閉口結(jié)構(gòu)，其外側(cè)分別有一個和兩個錐面;而開口式外圓環(huán)2在環(huán)向有一個切口，其內(nèi)側(cè)兩端各有一個錐面。要求所有部件的錐面角度相等，以保證配合，同時為了實現(xiàn)自動復(fù)位，還需要確保錐面角度大于摩擦角，一般可取在12度?30度之間。單錐面內(nèi)圓環(huán)I和雙錐面內(nèi)圓環(huán)3的厚度選擇要能夠保證其徑向剛度明顯大于開口式外圓環(huán)2。
[0032]使用時，在兩端的單錐面內(nèi)圓環(huán)I施加軸向壓縮載荷，內(nèi)外圓環(huán)相互擠壓，裝置軸向尺寸縮短。因為設(shè)計的單錐面內(nèi)圓環(huán)1、雙錐面內(nèi)圓環(huán)3剛度明顯大于開口式外圓環(huán)2的剛度，故變形主要集中在開口式外圓環(huán)2，單錐面內(nèi)圓環(huán)1、雙錐面內(nèi)圓環(huán)3變形可以忽略不計。在加載過程中，開口式外圓環(huán)2被擴(kuò)徑漲開，其周長幾乎保持不變，僅曲率隨著加載變化，材料主要處于彎曲變形模態(tài)，明顯現(xiàn)象是開口處縫隙越來越大。圖2即是該4單元串聯(lián)的開口脹環(huán)式耗能彈簧一定變形后的構(gòu)形示意圖。卸載時，開口式外圓環(huán)2彈性恢復(fù)，開口處縫隙逐步減小直至恢復(fù)原狀。在加卸載過程中，開口式外圓環(huán)2與單錐面內(nèi)圓環(huán)1、雙錐面內(nèi)圓環(huán)3之間產(chǎn)生摩擦力，起到耗散能量的作用。
[0033]關(guān)于本實用新型的一種變動，是可以采用由多個開口式圓環(huán)嵌套在一起構(gòu)成組合式外圓環(huán)。例如圖3所示的組合式外圓環(huán)，包含內(nèi)層開口環(huán)21和外層開口環(huán)22，兩個部件均為開口結(jié)構(gòu)。內(nèi)層開口環(huán)21的內(nèi)側(cè)兩端有兩個錐面，用于和單錐面內(nèi)圓環(huán)I及雙錐面內(nèi)圓環(huán)2配合。內(nèi)層開口環(huán)21的外徑與外層開口環(huán)22的內(nèi)徑相等，在徑向形成配合，保證內(nèi)環(huán)的徑向擴(kuò)張作用能夠及時的傳遞到外層開口環(huán)22.
[0034]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種開口脹環(huán)式耗能彈簧，其特征在于，包括布置在兩端的單錐面內(nèi)圓環(huán)和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內(nèi)圓環(huán)，相鄰的單錐面內(nèi)圓環(huán)之間，或者相鄰的單錐面內(nèi)圓環(huán)與雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間以及相鄰的雙錐面內(nèi)圓環(huán)之間的外部設(shè)有開口式外圓環(huán)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開口脹環(huán)式耗能彈簧，其特征在于，所述單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)為閉口結(jié)構(gòu)，其外側(cè)分別有一個和兩個錐面，所述開口式外圓環(huán)在環(huán)向有一個切口，其內(nèi)側(cè)兩端各有一個錐面，所述單錐面內(nèi)圓環(huán)和雙錐面內(nèi)圓環(huán)的錐面與所述開口式外圓環(huán)錐面相吻合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開口脹環(huán)式耗能彈簧，其特征在于，所述錐面的錐度為12度?30度ο4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的開口脹環(huán)式耗能彈簧，其特征在于，所述開口式圓環(huán)為單層結(jié)構(gòu)或多層套疊的組合式結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開口脹環(huán)式耗能彈簧，其特征在于，所述組合式結(jié)構(gòu)的開口式圓環(huán)中，包含內(nèi)層開口環(huán)和外層開口環(huán)，內(nèi)層開口環(huán)的內(nèi)側(cè)兩端有兩個錐面，內(nèi)層開口環(huán)的外徑與外層開口環(huán)的內(nèi)徑相等，在徑向形成配合。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開口脹環(huán)式耗能彈簧，其特征在于，所述單錐面內(nèi)圓環(huán)、雙錐面內(nèi)圓環(huán)、開口式外圓環(huán)的材料采用彈簧鋼或者高強(qiáng)度鋁合金。
【文檔編號】F16F3/02GK205578580SQ201620231772
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】張科, 唐志平
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)