专利名称：提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种扭转弹簧与定位轴结构，特别涉及ー种提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构。
背景技术：
弹簧是机械工程领域常用的储能元件，可以为机械机构的运动提供预先储存的能量，使产生位移的机构恢复初始位置，还可以用于储存吸收变形能量，建立变形与载荷之间的对应关系。扭转弹簧是承受扭转变形的弹簧，是最常使用的弹簧品种之一。扭转弹簧通常制成螺旋形状，一端固定，另一端在工作时绕心轴转动，为了保持扭转弹簧变形后的轮廓范围不变大，并保持扭转弹簧的结构稳定性，通常都将扭转弹簧受力后的变形设计为螺旋圈数増加的方式。扭转弹簧受カ后螺旋圈数增加，必然引起螺旋直径的减小，虽然设计规范中规定了扭转弹簧心轴的直径小于螺旋形扭转弹簧的内径，并确定了心轴直径縮小的数值计算方法，但是由于弹簧材料的力学性能沿其长度方向的不一致性，和弹簧材料表面形状和金相组织结构的不均匀性，扭转弹簧工作时变形段各部分的变形程度并不相同，在变形较大的区域，部分螺旋的曲率半径会小于心轴的半径，使这部分螺旋抱死在心轴上并受到强烈的拉伸，使这一区域的弹簧材料在承受弯曲载荷的同时，还承受很大的拉伸载荷，明显增加了这部分弹簧材料承受的载荷，并恶化了这部分弹簧材料的工作状态。原本用于机构复位的扭转弹簧承受的应カ就属于脉动应力，会缩短弹簧材料的工作寿命，在工作中由于弹簧材料的力学性能、表面形状和金相组织结构的不均匀性引起对心轴的缠绕抱死所带来的附加载荷，进ー步缩短了扭转弹簧的工作寿命，例如ー种常用的机械产品中使用的扭转弹簧，工作圈数为I圈，工作扭转角度为70度，设计要求寿命为工作循环I万次，但是由于上述原因，尽管分别乃至综合采用了改用更优良的弹簧材料、改进热处理工艺、为弹簧材料增加表面光整处理等措施，都未能实现工作循环I万次的设计寿命，而且还増加了制造成本。
实用新型内容为了利用现有技术条件提高扭转弹簧的工作寿命，避免因弹簧材料的性能和结构的不均匀性造成扭转弹簧提前损坏，本实用新型提出ー种提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，所采用的技术方案是提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，包括扭转弹簧、定位轴和安装座，扭转弹簧使用弾性材料线材缠绕为螺旋结构，螺旋结构的两端连体延伸设置扭臂，扭臂的形状和尺寸，与连接扭转弹簧的机构的形状和尺寸相适应，设置定位轴，定位轴为柱状结构，定位轴与安装座固定连接，定位轴沿扭转弹簧的螺旋结构的轴向方向贯穿扭转弹簧的螺旋结构内，扭转弹簧的螺旋结构扭转终了位置的圈数大于扭转弹簧的螺旋结构自由状态的圈数，定位轴的直径<螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，定位轴的直径=O. 9X (螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，扭转弹簧的弾性材料线材的表层设置光
整处理层。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，定位轴的直径=O. 9X (螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)，扭转弹簧的弹性材料线材的表层设置光整处理层。 提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，弹性材料线材的直径、螺旋结构的圈数和/或直径，与弾性材料线材的性能和/或扭转弹簧的载荷相适应。本实用新型的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，采用上述技术方案所能取 得的技术效果是提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，包括扭转弹簧、定位轴和安装座，扭转弹簧使用弾性材料线材缠绕为螺旋结构，螺旋结构的两端连体延伸设置扭臂，扭臂的形状和尺寸，与连接扭转弹簧的机构的形状和尺寸相适应，便于扭转弹簧与连接机构的连接。设置定位轴，定位轴为柱状结构，定位轴与安装座固定连接，定位轴沿扭转弹簧的螺旋结构的轴向方向贯穿扭转弹簧的螺旋结构内，便于固定扭转弹簧，并提高扭转弹簧的稳定性。扭转弹簧的螺旋结构扭转终了位置的圈数大于扭转弹簧的螺旋结构自由状态的圈数，可以使工作过程中扭转弹簧的轮廓范围不扩大，便于安排设备装置的结构，并提高扭转弹簧的工作稳定性。定位轴的直径<螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径，可以使定位轴的表面与螺旋结构间留有间隙，避免工作过程中部分螺旋与心轴缠绕抱死而产生附加载荷，致使扭转弹黃提如损坏的现象，明显提闻扭转弹黃的使用寿命。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，定位轴的直径=O. 9X (螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)，可以使定位轴的表面与螺旋结构间留有足够的间隙，彻底消除因弹簧材料的性能和结构的不均匀性，造成扭转弹簧工作过程中部分螺旋与心轴缠绕抱死而产生附加载荷，致使扭转弹簧提前损坏的现象，进ー步提高扭转弹簧的使用寿命。以背景技术部分引用的实际问题为例，按照现有设计方法设计定位轴的直径，扭转弹簧的工作寿命为工作循环2915次至4083次，在其它条件不变的前提下按照定位轴的直径=O. 9(螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弾性材料线材直径)的方法设定定位轴的直径，扭转弹簧的工作寿命提高到エ作循环5786次至7648次，效果十分明显。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，扭转弹簧的弾性材料线材的表层设置光整处理层，可以提高弹性材料线材表层的平整度，减少微小裂纹，消除应カ集中现象，显著提高扭转弹簧的使用寿命。经过试验证明，对于前述工作圈数为I圈，工作扭转角度为70度的扭转弹簧的实例，换用经过软化退火的优质合金弹簧钢50CrVA冷缠后，进行规范的淬火、回火制成的扭转弹簧的工作寿命达到工作循环3374次至6617次，同时成本增加较多，而弹性材料线材的表层设置光整处理层的扭转弹簧的工作寿命达到工作循环5795次 8245次，效果明显好于更换材料和改进热处理工艺的结果，并且成本较低。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，定位轴的直径=O. 9X (螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)，扭转弹簧的弹性材料线材的表层设置光整处理层。当弾性材料线材的表层设置光整处理层的技术方案与定位轴的直径=O. 9 (螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)的技术方案联合应用时，可以取得最好的提高工作寿命的效果，以背景技术部分引用的实际问题为例，扭转弹簧的工作寿命达到工作循环I万I千次至I万4千次，完全满足设计要求的工作寿命。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，弹性材料线材的直径、螺旋结构的圈数和/或直径，与弾性材料线材的性能和/或扭转弹簧的载荷相适应，可以根据弾性材料线材的性能和/或扭转弹簧的载荷选择弹性材料线材的直径、螺旋结构的圈数和/或直径，保证扭转弹簧的性能满足使用需要，并方便设计、制造工作的进行。使用本实用新型的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，可以避免因弹簧材料的性能和结构的不均匀性造成扭转弹簧提前损坏，大幅度提高扭转弹簧的工作寿命，效果十分显著。
图I是本实用新型提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构的结构示意图。图中的标示含义如下I-扭转弹簧，2-定位轴，3-螺旋结构，4-扭臂，5-光整处理层。
具体实施方式
提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，包括扭转弹簧、定位轴和安装座，结构示意图如图I所示，扭转弹簧I使用弾性材料线材缠绕为螺旋结构3，螺旋结构3的两端连体延伸设置扭臂4，扭臂4的形状和尺寸，与连接扭转弹簧I的机构的形状和尺寸相适应，设置定位轴2，定位轴2为柱状结构，定位轴2与安装座固定连接，定位轴2沿扭转弹簧I的螺旋结构3的轴向方向贯穿扭转弹簧I的螺旋结构3内，扭转弹簧I的螺旋结构3扭转终了位置的圈数大于扭转弹簧I的螺旋结构3自由状态的圈数，定位轴2的直径<螺旋结构3扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，推荐定位轴2的直径=O. 9X (螺旋结构3扭转终了位置的螺旋中径_弹性材料线材直径)。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，扭转弹簧I的弾性材料线材的表层设置光整处理层5。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，定位轴2的直径=O. 9X (螺旋结构3扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)，扭转弹簧I的弾性材料线材的表层设置光整处理层5。提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，弹性材料线材的直径、螺旋结构3的圈数和/或直径，与弾性材料线材的性能和/或扭转弹簧I的载荷相适应。本实用新型的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，不受上述实施例的限制，凡是利用本实用新型的结构和方式，经过代换和变换所形成的技术方案，都在本实用新型的保护范围内。权利要求1.提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，包括扭转弹簧、定位轴和安装座，其特征在于扭转弹簧使用弹性材料线材缠绕为螺旋结构，所述螺旋结构的两端连体延伸设置扭臂，所述扭臂的形状和尺寸，与连接所述扭转弹簧的机构的形状和尺寸相适应，设置定位轴，所述定位轴为柱状结构，所述定位轴与安装座固定连接，所述定位轴沿所述扭转弹簧的螺旋结构的轴向方向贯穿所述扭转弹簧的螺旋结构内，所述扭转弹簧的螺旋结构扭转终了位置的圈数大于所述扭转弹簧的螺旋结构自由状态的圈数，所述定位轴的直径 < 螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径。
2.根据权利要求I所述的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，其特征在于 所述定位轴的直径=0.9X (螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)。
3.根据权利要求I或2所述的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，其特征在于所述扭转弹簧的弹性材料线材的表层设置光整处理层。
4.根据权利要求I所述的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，其特征在于 所述定位轴的直径=0.9X (螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)，所述扭转弹簧的弹性材料线材的表层设置光整处理层。
5.根据权利要求I所述的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，其特征在于所述弹性材料线材的直径、所述螺旋结构的圈数和/或直径，与所述弹性材料线材的性能和/或所述扭转弹簧的载荷相适应。
专利摘要提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，包括扭转弹簧、定位轴和安装座，扭转弹簧为螺旋结构，螺旋结构的两端连体延伸设置扭臂，设置定位轴，定位轴为柱状结构，定位轴沿扭转弹簧的螺旋结构的轴向方向贯穿扭转弹簧的螺旋结构内，扭转弹簧的螺旋结构扭转终了位置的圈数大于扭转弹簧的螺旋结构自由状态的圈数，定位轴的直径＝0.9×(螺旋结构扭转终了位置的螺旋中径-弹性材料线材直径)。使用本实用新型的提高工作寿命的扭转弹簧与定位轴结构，可以使定位轴的表面与螺旋结构间留有间隙，避免工作过程中部分螺旋与心轴缠绕抱死而产生附加载荷，致使扭转弹簧提前损坏的现象，明显提高扭转弹簧的使用寿命，效果十分显著。
文档编号F16F1/16GK202402533SQ201120474568
公开日2012年8月29日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者孙慧婕, 王子梁, 赵丽娟, 郭超, 陈伟 申请人:北京北机机电工业有限责任公司