具有调节件的弹性刚度可调装置的制作方法

本发明涉及的是一种机械结构领域的技术，具体是一种刚度可调节的装置，具体涉及一种采用调节件来改变弹簧的有效工作长度以调节整体弹性刚度的装置。

背景技术：

螺旋弹簧的刚度由弹簧钢丝的抗剪模量、弹簧钢丝线径、弹簧中径以及弹簧有效圈数决定。对于一个给定的螺旋弹簧，弹簧钢丝的抗剪模量、弹簧钢丝线径以及弹簧中径都是确定的，螺旋弹簧的有效工作圈数越多，螺旋弹簧的弹性刚度越低，引起弹簧单位形变量的拉力/压力就越小；反之，螺旋弹簧的有效工作圈数越少，螺旋弹簧的弹性刚度越高，引起弹簧单位形变量的拉力/压力就越大。因此可以通过改变螺旋弹簧的有效圈数来调节螺旋弹簧的弹性刚度。

目前许多机械设备需要螺旋弹簧输出不同的弹性刚度，然而传统的螺旋弹簧在安装时有效工作圈数已经确定了，不能灵活地改变有效工作圈数来调节螺旋弹簧的弹性刚度。

经过对现有技术的检索发现，美国专利号US 6,676,118，公开了一种螺旋弹簧的可调节外壳，包括两个壳体、一个转动单元(壳体)及一个螺旋弹簧，通过对转动单元进行转动，带动转动单元上的限位装置，改变弹簧有效工作圈数；但该技术中的转轴固定在其中一个壳体上，并且用来施加外力；我们的转轴固定或活动连接于转动单元，只用来调节刚度，不受外力。此外，该技术的转动单元通过螺纹和其中一个壳体相连(两者之间不发生相对位移)，弹簧受力时，两个壳体之间有相对位移，故两个壳体之间是活动的，两个壳体之间的长度变化。

中国专利文献号CN101080584公开(公告)日2007.11.28，公开了一种长行程、变化的弹性系数的组合弹簧，包括两个不同弹性系数的弹簧，以端对端的方式连接，从而直到活塞与中部凸缘件的确定的接合，低弹性系数弹簧才被压缩，随后高弹性系数弹簧被压缩。每一个弹簧可以分离地组装，并且与连接器连接在一起，以产生组合弹簧，容许不同种类弹簧被组合以满足特定应用的需要。该技术通过活塞及凸缘件的运动，使弹簧1和/或弹簧2成为工作弹簧，整个装置的刚度为弹簧1或弹簧2的刚度，或者两者的组合。这个装置并不改变弹簧1或者弹簧2的有效工作圈数，故整个装置的弹性刚度并不连续改变。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有调节件的弹性刚度可调装置，通过改变弹性件的有效弹性长度实现弹性刚度调节，用户可根据机械设备的具体需求，灵活地调节刚度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：壳体、设置于壳体内部的弹性件、分别与弹性件和壳体活动连接的调节件，其中：弹性件一端与壳体固定连接，调节件通过改变弹性件的有效工作长度实现刚度调节。

所述的调节件上设有转轴，该转轴位于弹性件内且转轴的任意一部分与调节件或壳体固定或活动连接。

所述的弹性件采用至少一根螺旋弹簧实现。

所述的壳体采用螺旋弹簧或内壁设有螺纹的容器实现。

技术效果

与现有技术相比，本发明避免了部件多工作摩擦影响大，制作安装误差不易控制的问题，大幅度简化了刚度调节过程和时间：在不含转轴的情况直接旋转调节件，含转轴的情况通过转动转轴带动调节件，并且不含转轴和活动转轴这两种情况，整个装置的长度不变，节省操作空间，以便实现整体微型化。

附图说明

图1为实施例1结构示意图；

图2为实施例2结构示意图；

图中：a为不同形式外壳，b为单根/两根螺旋弹簧，c为封闭外壳、滑动转轴且单根/两根螺旋弹簧，d为开放外壳、滑动转轴且转轴穿过外壳的左端/右端，e为封闭外壳、滑动转轴且转轴穿过外壳的左端/右端，f为开放外壳、两根螺旋弹簧、滑动转轴且转轴穿过外壳的左端/右端，g为封闭外壳、两根螺旋弹簧、滑动转轴且转轴穿过外壳的左端/右端。

图3为实施例3结构示意图；

图中：a为不同形式外壳，b为单根/两根螺旋弹簧，c为封闭外壳、固定转轴且单根/两根螺旋弹簧，d为开放外壳、固定转轴且转轴穿过/不穿过外壳，e为封闭外壳、固定转轴且转轴穿过外壳的左端/右端，f为开放外壳、两根螺旋弹簧、固定转轴且转轴穿过外壳的左端/右端，g为封闭外壳、两根螺旋弹簧、固定转轴且转轴穿过外壳的左端/右端。

图4为实施例1～3中单根螺旋弹簧效果示意图；

图5为实施例1～3中两根螺旋弹簧一端调节效果示意图；

图6为实施例1～3中两根螺旋弹簧另一端调节效果示意图；

图中：壳体1、螺旋弹簧2、调节件3、转轴4、两根刚度不同的螺旋弹簧201、202。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：一个壳体1、一个螺旋弹簧2(图1上半部分)或两个串联且具有不同弹性刚度的螺旋弹簧201及螺旋弹簧202(图1下半部分)以及一个调节件3，其中：壳体1的侧壁具有螺旋弹簧形式，螺旋弹簧2设置于壳体1内部，螺旋弹簧2右端固定在壳体1的右端，螺旋弹簧2的左端是自由端且与壳体1不相接触，调节件3与壳体1以及螺旋弹簧2咬合。

所述的螺旋弹簧2的螺距和壳体1的螺距相同，当采用两个具有不同弹性刚度的螺旋弹簧202及螺旋弹簧201时，螺旋弹簧202及螺旋弹簧201的螺距相同。

所述的螺旋弹簧2的左边自由端与调节件3之间的螺旋弹簧是实际参与受力的螺旋弹簧，通过对调节件3左移或者右移，相应减少或者增加螺旋弹簧2的实际工作圈数。当螺旋弹簧2的实际工作圈数减少时，螺旋弹簧2的弹性刚度增大；当螺旋弹簧2的实际工作圈数增加时，螺旋弹簧2的弹性刚度减小，当采用两个具有不同弹性刚度的螺旋弹簧，螺旋弹簧弹性刚度可调节的范围比单根螺旋弹簧更大。

实施例2

如图2所示，本实施例包括：一个壳体1、一个螺旋弹簧2(如图2a、图2b上半部分)或两个串联且具有不同弹性刚度的螺旋弹簧201及螺旋弹簧202(如图2b、图2c下半部分)、一个调节件3以及一个活动设置于螺旋弹簧2内部的转轴4，转轴4与调节件3活动咬合。

如图2a下半部分所示，所述的壳体也可以是环向表面是密闭的，壳体1的内壁具有螺纹，螺纹间距和螺旋弹簧2的螺距相同。

所述的螺旋弹簧201与螺旋弹簧202串联且具有相同的螺距，当采用两个具有不同弹性刚度的螺旋弹簧时，本装置的弹性刚度可调节的范围将更大。

如图2a上半部分、图2d下半部分、图2e以及图2f所示，基于上述两种弹性件结构下，所述的转轴4可以进一步穿过壳体1的左端/右端并与调节件3活动咬合。

所述的活动咬合可以通过在转轴4上设有与调节件3横截面形状相匹配的限位孔实现；优选地，该转轴4表面光滑，可以在调节件3里面滑移。

基于上述活动咬合的结构，通过对转轴4进行转动，带动调节件3转动，减少或者增加螺旋弹簧2的实际工作圈数，相应增大或者减小螺旋弹簧2的弹性刚度，并在调节完成后，将转轴4保留在壳体1内部或者取出，不管是取出还是留在壳体内部，整个机构(包括壳体和转轴)的长度不发生改变。使得实际应用中大大节约操作空间，实现弹性刚度可调装置整体尺寸的微型化。

实施例3

如图3所示，本实施例包括：一个壳体1、一个螺旋弹簧2(如图3a、图3b上半部分)或两个串联且具有不同弹性刚度的螺旋弹簧201及螺旋弹簧202(如图3b、图3c下半部分)、一个调节件3以及一个转轴4，转轴4与调节件3固定连接。

如图3a所示，所述的转轴4穿过壳体1右端并与调节件3组成一个整体，该壳体1也可以是环向表面是密闭的，壳体1的内壁具有螺纹，螺纹间距和螺旋弹簧2的螺距相同。

如图3a上半部分、图3d下半部分、图3e、图3f以及图3g所示，基于上述两种弹性件结构下，所述的转轴4可以进一步穿过壳体1的左/右端并与调节件3固定连接。

通过对转轴4进行转动，带动调节件3转动，转轴4与调节件3一起在壳体1里面左移或者右移，减少或者增加螺旋弹簧2的实际工作圈数，相应增大或者减小螺旋弹簧2的弹性刚度。

技术效果：

当采用单根钢丝螺旋弹簧，钢丝抗剪模量为8×10⁴MPa，弹簧长度为51.26mm，节距3.84mm，弹簧外径11.29mm，线径1.24mm，总圈数14圈。

弹簧的弹性刚度计算公式为：其中：k为弹簧的刚度，F为弹簧所受的载荷，λ为弹簧在受载荷F时所产生的变形量，G为弹簧材料的抗剪模量，d为弹簧线径，D为弹簧中径，n为弹簧有效圈数，

当螺旋弹簧的有效工作圈数从1增加到10时，弹簧的受力—变形曲线见图4。弹簧的弹性刚度的变化范围为23291.0～2329.1N/m。刚度变化倍数为10倍。

当采用两个弹性刚度不同的螺旋弹簧串联而成的弹簧组时，螺旋弹簧201的弹簧线径为1.24mm，长度为25.63mm，弹簧圈数为7圈；螺旋弹簧202的弹簧线径为0.8mm，长度为25.63mm，弹簧圈数为7圈。弹簧其余参数和单根钢丝螺旋弹簧相同。

弹簧组的弹性刚度计算公式为：

其中：k₁、k₂为两个螺旋弹簧的弹性刚度。

A大范围粗调方式：当调节件3从螺旋弹簧202端部出发，逐渐增加螺旋弹簧202的有效工作圈数；然后调节件和螺旋弹簧201咬合，再逐渐增加螺旋弹簧201的有效工作圈数。

弹簧组的有效工作圈数从1增加到10时弹簧组的受力—变形曲线见图5。弹簧的弹性刚度的变化范围为23291.0～687.8N/m。弹簧组刚度变化倍数约为34倍。

B小范围精调方式：当调节件3从螺旋弹簧201端部出发，逐渐增加螺旋弹簧201的有效工作圈数；然后调节件和螺旋弹簧202咬合，再逐渐增加螺旋弹簧202的有效工作圈数。

弹簧组的有效工作圈数从1增加到10时，弹簧组的受力—变形曲线见图6。弹簧的弹性刚度的变化范围为4023.2～687.8N/m。弹簧组刚度变化倍数约为6倍。