专利名称：避震器专用的异卵形截面弹簧的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种异卵形截面弹簧，更具体的说，特别是指一种专门应用于车
辆避震器的异卵形截面弹簧，能够提高承载应力、增加压縮行程、同时能够达到轻量化的功 效。
背景技术：
目前，为使车辆能行驶于不平整路面时，有效保持车辆轮胎与地面的接触，减少不 必要的弹跳，使车体具有较佳的过弯循迹性与弯道性能，同时缓冲遇及路面不平所造成的 震荡和冲击，使驾驶者在操控车辆时更为舒适，因此，现今车辆底盘处均会装设有避震器。 请参阅图l所示，时至今日，常见的避震器系统所用的弹簧，仍以圆形截面线材所 生产的圈状弹簧最为普遍，主要因为工艺简易。但是，圆形截面弹簧在使用上会受到许多限 制，例如压縮行程不足，若提高弹簧压縮行程，则必须增加弹簧的长度，因此则将产生弹簧 重量过重及安装不易的情形；此外，圆形截面弹簧在受到应力作用时，应力会集中在弹簧的 内侧，应力集中会导致弹簧提早发生断裂的情形，影响弹簧的使用寿命。 后有业内人士研发出矩形截面与梯形截面的弹簧，其中矩形截面弹簧因其截面能 获得充分运用，因此能进一步提高弹簧的弹性系数(K值)，但在受到应力时应力会集中于 弹簧内侧，压縮行程因而仍受到限制而无法大幅增加；梯形截面弹簧则可改善矩形截面弹 簧所遇到的内侧应力过大的问题，但在成型时由于弹簧截面的外高(梯形的下底)过大，因 此弹簧的压縮行程仍然无法进一步提高，且在制作加工上也较为不便，因此在实际应用方 面反而较不常见。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的，在于提供一种能够达到轻量化，同时能够提高 弹簧的承载应力，增加压縮行程，从而延长弹簧的使用寿命的避震器专用的异卵形截面弹簧。 为达到上述的目的，本实用新型提供的避震器专用的异卵形截面弹簧为由钢材巻 绕形成的螺旋状的弹簧本体，该弹簧的弹簧截面为异卵形的截面设计，该异卵形截面的外 周缘是由具有内侧半径的第一圆弧部、具有侧边半径且上下对称接续所述第一圆弧部的第 二圆弧部、具有外侧半径的第三圆弧部、介于第二圆弧部与第三圆弧部之间并连接第二圆 弧部与第三圆弧部的切线部围设构成。 因此，该异卵形截面的内缘为弧形，弧形两端以较缓和弧度，沿着弹簧截面的上、 下缘延伸至截面外侧缘，再折角延伸有弧度较平坦的弧形，从而围设形成异卵形的截面。 与一般弹簧在相同长度的条件下比较，本实用新型避震器专用的异卵形截面弹簧 能够达到弹簧轻量化以及增加弹簧压縮行程的功效，同时在承受应力时，能够将内侧应力 平均移往两侧边，使弹簧截面所承受的应力分布均匀，进而提高弹簧的承载应力，增长弹簧 使用寿命。
图1为公知的弹簧及其截面的示意图； 图2为本实用新型的异卵形截面弹簧应用于直巻形弹簧结构的示意图 图3为本实用新型的异卵形截面弹簧应用于单锥形弹簧结构的示意图 图4为本实用新型的异卵形截面弹簧应用于酒桶形弹簧结构的示意图 图5为本实用新型中的弹簧截面的示意图； 图6为本实用新型中的弹簧截面受力的应力分布示意图。 附图标记说明 1 弹簧 P2 侧边圆圆心1A弹簧截面R2侧边半径1AA内侧C3外侧虚拟圆1AB外侧P3外侧虚拟圆圆心1A0三角截面R3外侧虚拟半径圆心距C4外侧圆(弧)CI内侧圆R4外侧半径PI内侧圆圆心中心线Rl内侧半径T切线C2侧边圆X外侧相交点
具体实施方式本实用新型所述的弹簧，主要是泛指应用于汽车、机车或脚踏车等各式车辆上的 避震器所使用的弹簧，至于车辆避震器的概念与装设位置因已为成熟的公知技术，而并不 是本实用新型的重点所在，在此不再详述。 请参阅图2、图3与图4，其分别为本实用新型的异卵形截面弹簧应用于直巻形弹 簧结构、单锥形弹簧结构及酒桶形弹簧结构的示意图。 本实用新型主要是利用钢材巻绕形成螺旋状的弹簧本体，所成型的弹簧本体大致 可为直巻形(如图2所示)、单锥形(如图3所示)与酒桶形(如图4所示)等结构形状。 请参阅图5，其为本实用新型中的弹簧截面的示意图。 如图所示，本实用新型的特征在于，所述弹簧1的弹簧截面1A呈异卵形，该异卵形 截面1A的外周缘是由具有内侧半径R1的第一圆弧部、具有侧边半径R2且上下对称接续前 述的第一圆弧部的第二圆弧部、具有外侧半径R4的第三圆弧部、介于前述的第二圆弧部与 第三圆弧部之间并连接第二圆弧部与第三圆弧部的切线部围设构成。 在设计该弹簧截面1A时，先在中心线L上选取内侧圆圆心P1与内侧半径R1，再以 内侧圆圆心Pl为起点，以圆心距a找到外侧虚拟圆圆心P3与外侧虚拟半径R3，分别画出内 侧圆Cl及外侧虚拟圆C3，据此建构出第一圆弧部；再选取侧边圆C2与内侧圆Cl及外侧虚 拟圆C3预设的交点，利用该内侧圆Cl与侧边圆C2的交点连接至内侧圆圆心P1的延伸线、 与外侧虚拟圆C3与侧边圆C2的交点连接至外侧虚拟圆圆心P3的延伸线的交点，作为侧边 圆圆心P2，并选取侧边半径R2，以侧边半径R2画出侧边圆C2，使侧边圆C2分别相切于内侧圆Cl及外侧虚拟圆C3，据此建构出上下对称的第二圆弧部；之后选取外侧半径R4，令外侧 半径R4大于外侧虚拟半径R3，再选取中心线L与外侧虚拟圆C3的外侧相交点X作为外侧 半径R4的起点，使在中心线L上找到外侧圆圆心(图中未示出)，进而画出外侧圆(弧)C4， 据此建构出第三圆弧部；再由侧边圆C2与外侧虚拟圆C3的相交处从侧边圆C2延伸切线T， 使切线T与外侧圆(弧)C4相交，使在外侧虚拟圆C3与外侧圆(弧)C4及切线T之间形成 三角截面1A0的形态，据此建构出本实用新型的弹簧截面1A。由图5中也可以得出，切线 T位于第三圆弧部与第二圆弧部之间的部分称为切线部，切线部与第二圆弧部相交，且交点 位于外侧虚拟圆C3上，切线部是由其与所述第二圆弧部的交点所切出。 前述的侧边半径R2大于外侧虚拟半径R3，该外侧虚拟半径R3大于内侧半径Rl， 该外侧半径R4大于外侧虚拟半径R3。 本实用新型利用前述的参数，通过一系列数值仿真与整合，并将圆心距a与半径 Rl R4的比例限制于特定范围(或是利用无因次参数，例如Rl/a、 R2/a、 R3/a、 R4/a来限 定参数)，经由反复测试与修正，找出据由该些参数所建构出的弹簧截面，其弹簧指数(C) 落于合宜的范围内(本实用新型选择弹簧指数为4 10)，进而获得最佳化的截面参数与该 异卵形弹簧截面。 请参阅图6，其为本实用新型中的弹簧截面受力的应力分布示意图。 由图可知，据由前述设计的异卵形截面，本实用新型中的弹簧截面在受到应力作
用时，能够将弹簧所承受的应力分散并移往弹簧的内侧1AA与外侧1AB，借使弹簧内外侧所
承受的应力能更为均匀，从而提高弹簧的承载应力。 再请参阅表格一，其列举了本实用新型的异卵形截面弹簧与公知的圆形截面弹簧
的比较数据。
^—----------------------- 一、圆形截面弹簧异卵形截面弹簧变量
弹簧长度(mm)220220
弹簧指数6.7806.112
弹性系数(kg/mm)8.038.25
弹簧重量(gram)1440.1861364.910-5.22%
弹簧压缩行程(mm)133.710151.64513.4%
弹簧荷重(kg)602.571619.6772,83%
弹簧最大使用应力(kg/mm2)11513013% 表格一 由表格一所示，在相同弹簧长度的比较条件下，本实用新型异卵形截面弹簧可比 圆形截面弹簧获得更高的弹性系数，同时弹簧1的重量能够减縮5% 12%，弹簧1的压縮 行程大幅增加5% 12%，弹簧1所能承受最大应力也能提高5% 13%。
5[0040] 据由前述设计特征与其特性，本实用新型能够达到如下所述的效益 1、本实用新型能有效解决公知的弹簧结构内侧应力过大的问题，使弹簧承受应力
时能够将内侧应力移往两侧边并且分散，让弹簧各边承受的应力均匀，从而提高弹簧的承
载应力，增加弹簧的使用寿命。 2、相较于一般卵形截面弹簧，本实用新型增加了截面外侧缘的截面积，借此可在 不影响弹簧的密着高度(压縮行程)的情况下增加弹簧的弹性系数(K值)，同时也不会导 致弹簧外侧应力超过内侧应力，而有助于提高弹簧的性能。 3、本实用新型能够控制使弹簧截面高度变小，借以增加弹簧的压縮行程，同时达 到弹簧轻量化的功效，因此本实用新型能进一步应用于需要轻量、小体积、长行程弹簧的场 合，因而具有极佳的效益。 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护 范围。
权利要求一种避震器专用的异卵形截面弹簧，其为由钢材卷绕形成的螺旋状的弹簧本体，其特征在于，所述钢材的截面为异卵形截面，该异卵形截面的外周缘是由具有内侧半径的第一圆弧部、具有侧边半径且上下对称接续所述第一圆弧部的第二圆弧部、具有外侧半径的第三圆弧部、介于所述第二圆弧部与所述第三圆弧部之间并连接所述第二圆弧部与所述第三圆弧部的切线部围设构成。
2. 如权利要求1所述的避震器专用的异卵形截面弹簧，其特征在于，所述第二圆弧部 与所述切线部的交点位于具有外侧虚拟半径的外侧虚拟圆上，所述切线部是由其与所述第 二圆弧部的交点所切出。
3. 如权利要求1所述的避震器专用的异卵形截面弹簧，其特征在于，所述侧边半径大 于所述外侧虚拟半径；所述外侧虚拟半径大于所述内侧半径。
4. 如权利要求1所述的避震器专用的异卵形截面弹簧，其特征在于，所述外侧半径大 于所述外侧虚拟半径。
5. 如权利要求1所述的避震器专用的异卵形截面弹簧，其特征在于，该弹簧的弹簧指 数为4 10。
6. 如权利要求1所述的避震器专用的异卵形截面弹簧，其特征在于，所述弹簧本体呈 直巻形结构。
7. 如权利要求1所述的避震器专用的异卵形截面弹簧，其特征在于，所述弹簧本体呈 单锥形结构。
8. 如权利要求1所述的避震器专用的异卵形截面弹簧，其特征在于，所述弹簧本体呈 酒桶形结构。
专利摘要本实用新型公开了一种避震器专用的异卵形截面弹簧，该弹簧截面为有别于圆形的异卵形截面，该异卵形截面的外周缘是由具有内侧半径的第一圆弧部、具有侧边半径且上下对称接续所述第一圆弧部的第二圆弧部、具有外侧半径的第三圆弧部、介于第二圆弧部与第三圆弧部之间并连接第二圆弧部与第三圆弧部的切线部围设构成。在相同弹簧长度的条件下比较，本实用新型的避震器专用的异卵形截面弹簧能够达到弹簧轻量化与增加弹簧压缩行程的功效，同时在承受应力时，能够将内侧应力平均移往两侧边，使弹簧截面所承受的应力分布均匀，进而提高弹簧的承载应力，增长弹簧使用寿命。
文档编号F16F1/04GK201439808SQ20092015754
公开日2010年4月21日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者刘清良 申请人:刘清良