一種開口脹環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式耗能彈簧，包括布置在兩端的單錐面內圓環和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內圓環，相鄰單錐面內圓環之間，或者單錐面內圓環與雙錐面內圓環之間以及雙錐面內圓環之間的外部設有開口式外圓環。單錐面內圓環和雙錐面內圓環為閉口結構，其外側分別有一個和兩個錐面，開口式外圓環在環向有一個切口，其內側兩端各有一個錐面，單錐面內圓環和雙錐面內圓環的錐面與所述開口式外圓環錐面相吻合。本實用新型結構簡單、緩沖行程大，并且造價低廉、具有通用性。
【專利說明】
一種開口脹環式耗能彈簧
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種適用于車輛、機械、建筑等領域的緩沖裝置，尤其涉及一種開口脹環式耗能彈簧。
【背景技術】
[0002]環形彈簧是一種常用的緩沖器，由多個帶內錐面的外圓環和帶有同樣錐角之外錐面的內圓環配合而成。當環形彈簧承受軸向載荷時，內外圓環相互擠壓，沿著圓錐面相對滑動，產生軸向位移，起到彈簧作用，同時內、外環間產生巨大的摩擦力，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力緩沖的場合。雖然環形彈簧緩沖效率很高，但因為普通金屬材料彈性應變非常有限，因而緩沖行程相對較小。
[0003]為改變這一狀況，本
【申請人】曾經向國家知識產權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形彈簧，其中內圓環由彈簧鋼材料制成，外圓環由形狀記憶合金材料制成。選擇恰當的內、外環厚度保證內環剛度明顯大于外環剛度，內圓環始終處于彈性狀態，不會發生塑性變形，也不會發生結構屈曲，變形主要集中在形狀記憶合金材料制成的外環。因為形狀記憶合金材料的可恢復應變遠大于普通金屬材料，因此相比傳統的環形彈簧緩沖器，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力平臺特性也有助于進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，不適合在一般領域大規模應用。
【實用新型內容】
[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式耗能彈簧。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]本實用新型的開口脹環式耗能彈簧，包括布置在兩端的單錐面內圓環和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內圓環，相鄰的單錐面內圓環之間，或者相鄰的單錐面內圓環與雙錐面內圓環之間以及相鄰的雙錐面內圓環之間的外部設有開口式外圓環。
[0008]由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的開口脹環式耗能彈簧，由于采用開口式外圓環，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，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結構，便于標準化、系列化的生產，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式耗能彈簧的初始結構示意圖。
[0010]圖2為本實用新型實施例提供的開口脹環式耗能彈簧經一定壓縮變形后的構形示意圖。
[0011]圖3為兩本實用新型實施例中兩個開口環組成的組合式外圓環的結構示意圖。
[0012]圖中:1_單錐面內圓環，2-開口式外圓環，3-雙錐面內圓環，21-內層開口環，22-外層開口環
【具體實施方式】
[0013]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0014]本實用新型的開口脹環式耗能彈簧，其較佳的【具體實施方式】是:
[0015]包括布置在兩端的單錐面內圓環和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內圓環，相鄰的單錐面內圓環之間，或者相鄰的單錐面內圓環與雙錐面內圓環之間以及相鄰的雙錐面內圓環之間的外部設有開口式外圓環。
[0016]所述單錐面內圓環和雙錐面內圓環為閉口結構，其外側分別有一個和兩個錐面，所述開口式外圓環在環向有一個切口，其內側兩端各有一個錐面，所述單錐面內圓環和雙錐面內圓環的錐面與所述開口式外圓環錐面相吻合。
[0017]所述錐面的錐度為12度?30度。
[0018]所述開口式圓環為單層結構或多層套疊的組合式結構。
[0019]所述組合式結構的開口式圓環中，包含內層開口環和外層開口環，內層開口環的內側兩端有兩個錐面，內層開口環的外徑與外層開口環的內徑相等，在徑向形成配合。
[0020]所述單錐面內圓環、雙錐面內圓環、開口式外圓環的材料采用彈簧鋼或者高強度招合金。
[0021]所述單錐面內圓環和雙錐面內圓環的徑向剛度大于所述開口式外圓環的徑向剛度。
[0022]本實用新型的開口脹環式耗能彈簧，針對現有的環形彈簧在緩沖行程上的不足，通過結構上的改進，采用常規金屬材料，結構簡單、緩沖行程大，并且造價低廉、具有通用性。
[0023]本實用新型保留現有技術中環形彈簧的基本結構，包含內、外圓環，并且通過錐面配合組裝。但區別之處在于，本實用新型的外圓環為開口結構，即是在封閉圓環上切開一個小的缺口；而內圓環仍然保持為閉口結構。內外圓環可采用彈簧鋼或者高強度鋁合金等常規金屬材料。帶有開口的外圓環，在承受內圓環的徑向擴展作用時，不再承受環向拉力，故外圓環長度幾乎保持不變，主要變形表現為外圓環的曲率變化，實質為彎曲變形。開口結構帶來的變形模式的轉變，大大減小了外圓環的徑向擴張剛度，允許外圓環可以有更大的曲率變化，對應的是軸向緩沖位移的顯著增加，當然于此同時，剛度的減小必然會帶來緩沖力的下降。而環形彈簧原有的錐面摩擦耗能機制在本實用新型中同樣有效，意味著新設計的開口脹環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圓環，雙錐面內圓環，開口式外圓環等三種部件。可以根據行程需要選擇多個單元串聯裝配，兩端為單錐面內圓環，中間為開口式外圓環和雙錐面內圓環交替排列。單錐面內圓環和雙錐面內圓環為閉口結構，其外表面分別含有一個和兩個錐面;而開口式外圓環在環向有一個切口，其內側兩端各有一個錐面。要求所有部件錐面角度均相等，以保證配合，同時為了實現自動復位，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。選擇恰當的內圓環厚度，使內圓環剛度明顯大于開口式外圓環。
[0025]使用時，在兩端施加軸向壓縮載荷，內外圓環相互擠壓，裝置軸向尺寸縮短。因為內外圓環的剛度差異，內圓環變形可以忽略，變形主要集中在開口式外圓環。在加載過程中，開口式外圓環周長幾乎保持不變，僅曲率隨著加載變化，材料主要處于彎曲變形模態，明顯現象是開口處縫隙越來越大。卸載時，開口式外圓環彈性恢復，開口處縫隙逐步減小直至恢復原狀。在加卸載過程中，內、外圓環間產生摩擦力，效果表現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，可以是單個開口圓環，也可以是多個開口式圓環嵌套在一起構成組合式外圓環，其中最內層的開口圓環擁有用于配合的內錐面，并且內、夕卜層開口環之間還要能夠在徑向形成配合，及時傳遞內圓環的擴徑作用。
[0027]本實用新型的優點和積極效果:
[0028]本實用新型采用常規金屬材料，造價低廉，并且結構簡單，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，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結構，便于標準化、系列化的生產，而使用時亦可自由、靈活選用。
[0029]具體實施例:
[0030]如圖1所示，包括單錐面內圓環I，雙錐面內圓環3，開口式外圓環2三種部件。三種部件可采用彈簧鋼或者高強度鋁合金等常規金屬材料。可以根據實際行程的需要，選擇多個單元串聯裝配，其中兩端為單錐面內圓環I，中間為若干個開口式外圓環2和雙錐面內圓環3交替排列。圖1即為4單元串聯時的初始構形示意圖。
[0031]單錐面內圓環I和雙錐面內圓環3為閉口結構，其外側分別有一個和兩個錐面;而開口式外圓環2在環向有一個切口，其內側兩端各有一個錐面。要求所有部件的錐面角度相等，以保證配合，同時為了實現自動復位，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。單錐面內圓環I和雙錐面內圓環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2。
[0032]使用時，在兩端的單錐面內圓環I施加軸向壓縮載荷，內外圓環相互擠壓，裝置軸向尺寸縮短。因為設計的單錐面內圓環1、雙錐面內圓環3剛度明顯大于開口式外圓環2的剛度，故變形主要集中在開口式外圓環2，單錐面內圓環1、雙錐面內圓環3變形可以忽略不計。在加載過程中，開口式外圓環2被擴徑漲開，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，明顯現象是開口處縫隙越來越大。圖2即是該4單元串聯的開口脹環式耗能彈簧一定變形后的構形示意圖。卸載時，開口式外圓環2彈性恢復，開口處縫隙逐步減小直至恢復原狀。在加卸載過程中，開口式外圓環2與單錐面內圓環1、雙錐面內圓環3之間產生摩擦力，起到耗散能量的作用。
[0033]關于本實用新型的一種變動，是可以采用由多個開口式圓環嵌套在一起構成組合式外圓環。例如圖3所示的組合式外圓環，包含內層開口環21和外層開口環22，兩個部件均為開口結構。內層開口環21的內側兩端有兩個錐面，用于和單錐面內圓環I及雙錐面內圓環2配合。內層開口環21的外徑與外層開口環22的內徑相等，在徑向形成配合，保證內環的徑向擴張作用能夠及時的傳遞到外層開口環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范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種開口脹環式耗能彈簧，其特征在于，包括布置在兩端的單錐面內圓環和布置在中部的零個、一個或若干個雙錐面內圓環，相鄰的單錐面內圓環之間，或者相鄰的單錐面內圓環與雙錐面內圓環之間以及相鄰的雙錐面內圓環之間的外部設有開口式外圓環。2.根據權利要求1所述的開口脹環式耗能彈簧，其特征在于，所述單錐面內圓環和雙錐面內圓環為閉口結構，其外側分別有一個和兩個錐面，所述開口式外圓環在環向有一個切口，其內側兩端各有一個錐面，所述單錐面內圓環和雙錐面內圓環的錐面與所述開口式外圓環錐面相吻合。3.根據權利要求2所述的開口脹環式耗能彈簧，其特征在于，所述錐面的錐度為12度?30度ο4.根據權利要求1、2或3所述的開口脹環式耗能彈簧，其特征在于，所述開口式圓環為單層結構或多層套疊的組合式結構。5.根據權利要求4所述的開口脹環式耗能彈簧，其特征在于，所述組合式結構的開口式圓環中，包含內層開口環和外層開口環，內層開口環的內側兩端有兩個錐面，內層開口環的外徑與外層開口環的內徑相等，在徑向形成配合。6.根據權利要求5所述的開口脹環式耗能彈簧，其特征在于，所述單錐面內圓環、雙錐面內圓環、開口式外圓環的材料采用彈簧鋼或者高強度鋁合金。
【文檔編號】F16F3/02GK205578580SQ201620231772
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】張科, 唐志平
【申請人】中國科學技術大學