一种开口胀环式耗能弹簧的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种开口胀环式耗能弹簧，包括布置在两端的单锥面内圆环和布置在中部的零个、一个或若干个双锥面内圆环，相邻单锥面内圆环之间，或者单锥面内圆环与双锥面内圆环之间以及双锥面内圆环之间的外部设有开口式外圆环。单锥面内圆环和双锥面内圆环为闭口结构，其外侧分别有一个和两个锥面，开口式外圆环在环向有一个切口，其内侧两端各有一个锥面，单锥面内圆环和双锥面内圆环的锥面与所述开口式外圆环锥面相吻合。本实用新型结构简单、缓冲行程大，并且造价低廉、具有通用性。
【专利说明】
一种开口胀环式耗能弹簧
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种适用于车辆、机械、建筑等领域的缓冲装置，尤其涉及一种开口胀环式耗能弹簧。
【背景技术】
[0002]环形弹簧是一种常用的缓冲器，由多个带内锥面的外圆环和带有同样锥角之外锥面的内圆环配合而成。当环形弹簧承受轴向载荷时，内外圆环相互挤压，沿着圆锥面相对滑动，产生轴向位移，起到弹簧作用，同时内、外环间产生巨大的摩擦力，可以在变形过程中耗散大量能量，常用于空间受限而又需要强力缓冲的场合。虽然环形弹簧缓冲效率很高，但因为普通金属材料弹性应变非常有限，因而缓冲行程相对较小。
[0003]为改变这一状况，本
【申请人】曾经向国家知识产权局申请并获批了一项专利“一种大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器”，ZL201420256333.6。利用形状记忆合金材料和弹簧钢配合组成环形弹簧，其中内圆环由弹簧钢材料制成，外圆环由形状记忆合金材料制成。选择恰当的内、外环厚度保证内环刚度明显大于外环刚度，内圆环始终处于弹性状态，不会发生塑性变形，也不会发生结构屈曲，变形主要集中在形状记忆合金材料制成的外环。因为形状记忆合金材料的可恢复应变远大于普通金属材料，因此相比传统的环形弹簧缓冲器，该缓冲器的缓冲行程有了显著提高。除此以外，形状记忆合金的相变耗能特性和相变时的应力平台特性也有助于进一步的改善其缓冲性能。
[0004]但上述方案的局限性在于，所用形状记忆合金材料较为昂贵，不适合在一般领域大规模应用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种缓冲行程大，耗能比例高的开口胀环式耗能弹簧。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本实用新型的开口胀环式耗能弹簧，包括布置在两端的单锥面内圆环和布置在中部的零个、一个或若干个双锥面内圆环，相邻的单锥面内圆环之间，或者相邻的单锥面内圆环与双锥面内圆环之间以及相邻的双锥面内圆环之间的外部设有开口式外圆环。
[0008]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的开口胀环式耗能弹簧，由于采用开口式外圆环，具有缓冲行程大、耗能比例高的特点。所有部件均处于弹性状态，耐久性及可靠性佳，部分元件损坏时可以单独更换，便于维修。尤其是采用简单重复结构，便于标准化、系列化的生产，而使用时亦可自由、灵活选用。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型实施例提供的开口胀环式耗能弹簧的初始结构示意图。
[0010]图2为本实用新型实施例提供的开口胀环式耗能弹簧经一定压缩变形后的构形示意图。
[0011]图3为两本实用新型实施例中两个开口环组成的组合式外圆环的结构示意图。
[0012]图中:1_单锥面内圆环，2-开口式外圆环，3-双锥面内圆环，21-内层开口环，22-外层开口环
【具体实施方式】
[0013]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0014]本实用新型的开口胀环式耗能弹簧，其较佳的【具体实施方式】是:
[0015]包括布置在两端的单锥面内圆环和布置在中部的零个、一个或若干个双锥面内圆环，相邻的单锥面内圆环之间，或者相邻的单锥面内圆环与双锥面内圆环之间以及相邻的双锥面内圆环之间的外部设有开口式外圆环。
[0016]所述单锥面内圆环和双锥面内圆环为闭口结构，其外侧分别有一个和两个锥面，所述开口式外圆环在环向有一个切口，其内侧两端各有一个锥面，所述单锥面内圆环和双锥面内圆环的锥面与所述开口式外圆环锥面相吻合。
[0017]所述锥面的锥度为12度?30度。
[0018]所述开口式圆环为单层结构或多层套叠的组合式结构。
[0019]所述组合式结构的开口式圆环中，包含内层开口环和外层开口环，内层开口环的内侧两端有两个锥面，内层开口环的外径与外层开口环的内径相等，在径向形成配合。
[0020]所述单锥面内圆环、双锥面内圆环、开口式外圆环的材料采用弹簧钢或者高强度招合金。
[0021]所述单锥面内圆环和双锥面内圆环的径向刚度大于所述开口式外圆环的径向刚度。
[0022]本实用新型的开口胀环式耗能弹簧，针对现有的环形弹簧在缓冲行程上的不足，通过结构上的改进，采用常规金属材料，结构简单、缓冲行程大，并且造价低廉、具有通用性。
[0023]本实用新型保留现有技术中环形弹簧的基本结构，包含内、外圆环，并且通过锥面配合组装。但区别之处在于，本实用新型的外圆环为开口结构，即是在封闭圆环上切开一个小的缺口；而内圆环仍然保持为闭口结构。内外圆环可采用弹簧钢或者高强度铝合金等常规金属材料。带有开口的外圆环，在承受内圆环的径向扩展作用时，不再承受环向拉力，故外圆环长度几乎保持不变，主要变形表现为外圆环的曲率变化，实质为弯曲变形。开口结构带来的变形模式的转变，大大减小了外圆环的径向扩张刚度，允许外圆环可以有更大的曲率变化，对应的是轴向缓冲位移的显著增加，当然于此同时，刚度的减小必然会带来缓冲力的下降。而环形弹簧原有的锥面摩擦耗能机制在本实用新型中同样有效，意味着新设计的开口胀环式耗能弹簧仍然具有卓越的耗能阻尼特性，此处不再赘述。
[0024]本实用新型包括单锥面内圆环，双锥面内圆环，开口式外圆环等三种部件。可以根据行程需要选择多个单元串联装配，两端为单锥面内圆环，中间为开口式外圆环和双锥面内圆环交替排列。单锥面内圆环和双锥面内圆环为闭口结构，其外表面分别含有一个和两个锥面;而开口式外圆环在环向有一个切口，其内侧两端各有一个锥面。要求所有部件锥面角度均相等，以保证配合，同时为了实现自动复位，还需要确保锥面角度大于摩擦角，一般可取在12度?30度之间。选择恰当的内圆环厚度，使内圆环刚度明显大于开口式外圆环。
[0025]使用时，在两端施加轴向压缩载荷，内外圆环相互挤压，装置轴向尺寸缩短。因为内外圆环的刚度差异，内圆环变形可以忽略，变形主要集中在开口式外圆环。在加载过程中，开口式外圆环周长几乎保持不变，仅曲率随着加载变化，材料主要处于弯曲变形模态，明显现象是开口处缝隙越来越大。卸载时，开口式外圆环弹性恢复，开口处缝隙逐步减小直至恢复原状。在加卸载过程中，内、外圆环间产生摩擦力，效果表现为加载时增加轴向力，卸载时减小轴向力，均起到耗散能量的作用。
[0026]本实用新型中的开口式外圆环，可以是单个开口圆环，也可以是多个开口式圆环嵌套在一起构成组合式外圆环，其中最内层的开口圆环拥有用于配合的内锥面，并且内、夕卜层开口环之间还要能够在径向形成配合，及时传递内圆环的扩径作用。
[0027]本实用新型的优点和积极效果:
[0028]本实用新型采用常规金属材料，造价低廉，并且结构简单，加工容易。具有缓冲行程大，耗能比例高的特点。所有部件均处于弹性状态，耐久性及可靠性佳，部分元件损坏时可以单独更换，便于维修。尤其是采用简单重复结构，便于标准化、系列化的生产，而使用时亦可自由、灵活选用。
[0029]具体实施例:
[0030]如图1所示，包括单锥面内圆环I，双锥面内圆环3，开口式外圆环2三种部件。三种部件可采用弹簧钢或者高强度铝合金等常规金属材料。可以根据实际行程的需要，选择多个单元串联装配，其中两端为单锥面内圆环I，中间为若干个开口式外圆环2和双锥面内圆环3交替排列。图1即为4单元串联时的初始构形示意图。
[0031]单锥面内圆环I和双锥面内圆环3为闭口结构，其外侧分别有一个和两个锥面;而开口式外圆环2在环向有一个切口，其内侧两端各有一个锥面。要求所有部件的锥面角度相等，以保证配合，同时为了实现自动复位，还需要确保锥面角度大于摩擦角，一般可取在12度?30度之间。单锥面内圆环I和双锥面内圆环3的厚度选择要能够保证其径向刚度明显大于开口式外圆环2。
[0032]使用时，在两端的单锥面内圆环I施加轴向压缩载荷，内外圆环相互挤压，装置轴向尺寸缩短。因为设计的单锥面内圆环1、双锥面内圆环3刚度明显大于开口式外圆环2的刚度，故变形主要集中在开口式外圆环2，单锥面内圆环1、双锥面内圆环3变形可以忽略不计。在加载过程中，开口式外圆环2被扩径涨开，其周长几乎保持不变，仅曲率随着加载变化，材料主要处于弯曲变形模态，明显现象是开口处缝隙越来越大。图2即是该4单元串联的开口胀环式耗能弹簧一定变形后的构形示意图。卸载时，开口式外圆环2弹性恢复，开口处缝隙逐步减小直至恢复原状。在加卸载过程中，开口式外圆环2与单锥面内圆环1、双锥面内圆环3之间产生摩擦力，起到耗散能量的作用。
[0033]关于本实用新型的一种变动，是可以采用由多个开口式圆环嵌套在一起构成组合式外圆环。例如图3所示的组合式外圆环，包含内层开口环21和外层开口环22，两个部件均为开口结构。内层开口环21的内侧两端有两个锥面，用于和单锥面内圆环I及双锥面内圆环2配合。内层开口环21的外径与外层开口环22的内径相等，在径向形成配合，保证内环的径向扩张作用能够及时的传递到外层开口环22.
[0034]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种开口胀环式耗能弹簧，其特征在于，包括布置在两端的单锥面内圆环和布置在中部的零个、一个或若干个双锥面内圆环，相邻的单锥面内圆环之间，或者相邻的单锥面内圆环与双锥面内圆环之间以及相邻的双锥面内圆环之间的外部设有开口式外圆环。2.根据权利要求1所述的开口胀环式耗能弹簧，其特征在于，所述单锥面内圆环和双锥面内圆环为闭口结构，其外侧分别有一个和两个锥面，所述开口式外圆环在环向有一个切口，其内侧两端各有一个锥面，所述单锥面内圆环和双锥面内圆环的锥面与所述开口式外圆环锥面相吻合。3.根据权利要求2所述的开口胀环式耗能弹簧，其特征在于，所述锥面的锥度为12度?30度ο4.根据权利要求1、2或3所述的开口胀环式耗能弹簧，其特征在于，所述开口式圆环为单层结构或多层套叠的组合式结构。5.根据权利要求4所述的开口胀环式耗能弹簧，其特征在于，所述组合式结构的开口式圆环中，包含内层开口环和外层开口环，内层开口环的内侧两端有两个锥面，内层开口环的外径与外层开口环的内径相等，在径向形成配合。6.根据权利要求5所述的开口胀环式耗能弹簧，其特征在于，所述单锥面内圆环、双锥面内圆环、开口式外圆环的材料采用弹簧钢或者高强度铝合金。
【文档编号】F16F3/02GK205578580SQ201620231772
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】张科, 唐志平
【申请人】中国科学技术大学