一种刚度可调的弹簧机构的制作方法

本发明属于弹簧结构相关技术领域，更具体地，涉及一种刚度可调的弹簧机构。

背景技术：

弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，在机械设备中被广泛用作弹性元件，被用来控制机构运动或者零件的位置、缓冲吸振、存储能量、测量力的大小。按照弹簧的形状不同，弹簧可以分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧及盘簧等。其中螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，故应用比较广泛，一般机械中最常用的就是圆柱螺旋弹簧。

弹簧在实际制造中会产生制造误差，最终加工得到的弹簧的刚度总是会与最初设定的刚度值有误差，安装这种本身就有制造误差的弹簧会直接影响到系统的刚度。另外，针对机械系统调试、模态分析时可能需要反复验证系统的弹簧的刚度，需要更换尝试不同刚度值的弹簧，安装更换时间较长，且成本较高；而使用电控气控对作用弹簧进行调节，往往使系统结构更加复杂，且不便于安装；使用电磁弹簧，负载能力较小，不能满足工业上的需求。相应地，本领域存在着发展一种刚度可调节的弹簧结构的技术需求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种刚度可调的弹簧机构，其基于现有弹簧结构的工作特点，针对刚度可调的弹簧机构的结构及部件联接关系进行了设计。所述弹簧结构通过内筒的旋入旋出来控制弹簧的有效工作圈数，以实现弹簧的刚度的连续调节，安装调节简单，效率较高，且适合于承载较大的场合；同时，通过两对螺旋副及螺母的并紧作用保证调节后的内筒的锁死，外筒的夹紧螺钉的夹紧也使得外筒内孔收缩，从而使得旋在内筒的螺旋槽内的弹簧锁死，进而保证了调节后的弹簧在承载较大的频繁负载下的稳定性。此外，所述弹簧机构通过螺旋副实现弹簧机构总的安装高度不变，既实现了弹簧刚度的调节，也保证了安装要求，且所述弹簧机构可以适用在由于弹簧加工误差所引起的弹簧实际刚度与设计刚度不符时需要对弹簧刚度进行调节的情况，也适用于需要不同刚度值来进行系统实验的场合。

为实现上述目的，本发明提供了一种刚度可调的弹簧机构，其包括螺杆、内筒、外筒、弹簧及底座，其特征在于：

所述螺杆上形成有外螺纹，所述内筒开设有螺纹孔，所述螺纹孔的中心轴与所述内筒的中心轴重合，且所述螺纹孔与所述螺杆的外螺纹相螺合以使所述螺杆与所述内筒螺纹连接；所述螺杆通过转动来调节所述螺杆与所述底座之间的距离，即所述弹簧机构沿所述螺纹孔的中心轴方向的高度；

所述内筒朝向所述底座的一端的外壁上形成有螺旋槽，所述螺旋槽用于收容所述弹簧的一端，且其与所述弹簧形成螺旋副，所述内筒通过相对于所述弹簧的转动来改变所述弹簧的工作长度，进而调节所述弹簧的刚度；所述弹簧的另一端连接于所述底座；

所述外筒套设在所述弹簧及所述内筒外，其用于夹紧所述弹簧及所述内筒以防止所述弹簧滑脱，或者松开所述弹簧以便于对所述弹簧进行刚度调节。

进一步的，所述弹簧连接于所述底座的一端被进行了并紧磨平处理。

进一步的，所述弹簧机构还包括螺母，所述螺母螺纹连接于所述螺杆，且其压紧在所述内筒上以进行防松。

进一步的，所述螺旋槽的形状及尺寸分别与所述弹簧的形状及尺寸相对应。

进一步的，所述内筒的外壁具有预定锥度，以便于所述弹簧在所述内筒的外壁上的旋入旋出。

进一步的，所述外筒呈圆柱状，其开设有收容孔及与所述收容孔相连通的间隙槽，所述收容孔的中心轴与所述外筒的中心轴重合；所述收容孔用于收容所述内筒及所述弹簧。

进一步的，所述间隙槽呈长方形，其一端沿所述外筒的径向贯穿所述收容孔的孔壁；所述外筒还开设有与所述间隙槽相连通的夹紧孔，所述夹紧孔贯穿所述间隙槽相对的两个槽壁。

进一步的，所述弹簧机构还包括夹紧螺钉，所述夹紧螺钉与所述夹紧孔相配合以夹紧所述外筒或者松开所述外筒，进而使所述收容孔收缩而将所述内筒及所述弹簧锁死或者松开所述弹簧。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的刚度可调的弹簧机构，其通过内筒的旋入旋出来控制弹簧的有效工作圈数，以实现弹簧的刚度的连续调节，安装调节简单，效率较高，且适合于承载较大的场合；同时，通过两对螺旋副及螺母的并紧作用保证调节后的内筒的锁死，外筒的夹紧螺钉的夹紧也使得外筒内孔收缩，从而使得旋在内筒的螺旋槽内的弹簧锁死，进而保证了调节后的弹簧在承载较大的频繁负载下的稳定性。此外，所述弹簧机构通过螺旋副实现弹簧机构总的安装高度不变，既实现了弹簧刚度的调节，也保证了安装要求，且所述弹簧机构可以适用在由于弹簧加工误差所引起的弹簧实际刚度与设计刚度不符时需要对弹簧刚度进行调节的情况，也适用于需要不同刚度值来进行系统实验的场合。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的刚度可调的弹簧机构的立体示意图。

图2是图1中的刚度可调的弹簧机构的剖视图。

图3是图1中的刚度可调的弹簧机构的内筒的示意图。

图4是图3中的内筒沿A-A方向的剖视图。

图5是图1中的刚度可调的弹簧机构的外筒的立体示意图。

图6是图5中的外筒的平面示意图。

图7是图6中的外筒沿方向A的剖视图。

图8图1中的刚度可调的弹簧机构的弹簧的结构示意图。

图9是图1中的刚度可调的弹簧机构的螺杆的立体示意图。

图10是图9中的螺杆的平面示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-螺杆，2-螺母，3-内筒，4-外筒，5-夹紧螺钉，6-弹簧，7-底座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图4，本发明较佳实施方式提供的刚度可调的弹簧机构是一体式机构，所述弹簧机构可以用于大多数需要调节弹簧刚度进行系统调试的场合。

所述弹簧机构包括螺杆1、螺母2、内筒3、外筒4、夹紧螺钉5、弹簧6及底座7，所述螺杆1的一端螺纹连接于所述内筒3内，所述螺母2螺纹连接于所述螺杆1且其抵紧在所述内筒3上。所述弹簧6的一端与所述内筒3形成螺纹副，另一端连接于所述底座7。所述外筒4套设在所述弹簧6及所述内筒3外，其用于将所述弹簧6与所述内筒3夹紧以防止所述弹簧6与所述内筒3之间产生滑脱。所述夹紧螺钉5连接于所述外筒4，其用于调节所述外筒4的收容孔的大小，进而夹紧所述弹簧6与所述内筒3或者松开所述弹簧6及所述内筒3。

请参阅图5至图10，所述螺杆1基本呈阶梯状的圆柱体，其外表面上形成有外螺纹。所述内筒3开设有螺纹孔，所述螺纹孔的中心轴与所述内筒3的中心轴重合。本实施方式中，所述螺杆1穿过所述螺母2后旋入所述螺纹孔内，所述外螺纹分别与所述螺母2、所述螺纹孔形成螺纹副。所述螺杆1通过旋入或者旋出所述螺纹孔，以改变所述螺杆1的顶端相对于所述底座7的距离，即所述弹簧机构的高度。所述螺母2压紧所述内筒3，以解决弹簧机构中容易出现松动的问题。

所述内筒3基本呈圆柱状，其外壁上形成有螺旋槽，所述螺旋槽用于与所述弹簧相配合以形成螺旋副。所述螺旋槽的横截面的形状及尺寸分别与所述弹簧的横截面的形状及尺寸相对应。本实施方式中，所述螺旋槽仅分布在所述内筒3的预定长度上，且所述内筒3的外壁具有预定锥度，所述内筒3外壁的直径自所述内筒3开设有所述螺旋槽的一端朝远离所述底座7的一端逐渐减小。所述预定锥度有利于所述弹簧6在所述内筒3的外壁上的旋入旋出。

所述外筒4呈圆柱状，其开设有所述收容孔及与所述收容孔相连通的间隙槽，所述收容孔的中心轴与所述外筒4的中心轴重合。本实施方式中，所述收容孔用于收容所述内筒3及所述弹簧6。所述间隙槽呈长方形，其一端沿所述外筒4的径向贯穿所述收容孔的孔壁。所述外筒4还开设有与所述间隙槽相连通的夹紧孔，所述夹紧孔贯穿所述间隙槽相对的两个槽壁。本实施方式中，所述夹紧螺钉5与所述夹紧孔相配合以夹紧所述外筒4或者松开所述外筒4，进而使所述收容孔收缩而将所述内筒3及所述弹簧6锁死或者松开所述内筒3及所述弹簧6。

所述弹簧6只有一端并紧磨平，其并紧磨平的一端连接于所述底座7，另一端收容于所述螺旋槽内。所述内筒3通过相对于所述弹簧6的转动，来使所述弹簧6不断旋入或者旋出所述内筒3，以改变所述弹簧6的工作长度，从而调节所述弹簧6的刚度。

所述刚度可调的弹簧机构工作时，首先松开所述外筒4上的夹紧螺钉5，用扳手固定所述螺杆1后再旋转所述内筒3以使所述内筒3与所述弹簧6发生相对转动，进而使得所述弹簧6不断旋入或者旋出所述内筒3而改变所述弹簧6的工作长度，实现了所述弹簧6的刚度的调节；调节完后，为防止所述弹簧6在所述螺杆1上滑脱，同样固定所述螺杆1后旋转所述螺母2以使所述螺母2与所述内筒3贴紧、压合而起到防松的作用。同时拧紧所述夹紧螺钉5，以使得所述外筒4的收容孔收缩，所述外筒4紧密夹紧所述弹簧6与所述内筒3，防止两者之间可能发生的滑脱。调节完所述弹簧6的刚度后，用扳手固定所述螺母2与所述内筒3后再旋转所述螺杆1，以使所述螺杆1恢复至初始高度，从而维持整个弹簧机构的总高不变。

在所述内筒3上开螺旋槽，通过所述内筒3的旋入旋出来控制所述弹簧6的工作长度，进而实现所述弹簧6刚度的连续调节。由于所述螺旋槽可能存在加工误差，这样将简接导致所述弹簧6在旋入旋出时与所述内筒3之间的配合存在误差，故只在所述内筒3一端的外壁上加工所述螺旋槽，如此所述弹簧6与所述内筒3之间发生相对旋转时总能保证有一圈所述弹簧6卡在所述螺旋槽内，而旋在所述内筒3里面的剩余圈数则是处于自由状态。此外，通过所述夹紧螺钉5与所述夹紧孔相配合可以实现在所述外筒4的收容孔的整个深度范围内对所述弹簧6与所述内筒3的紧固，有效的防止了在受载较大的工况下旋入所述内筒3的所述弹簧6的跳动及滑动问题，从而保证了弹簧刚度调节后整个弹簧机构的刚度的稳定性。

本发明提供的刚度可调的弹簧机构，其通过内筒的旋入旋出来控制弹簧的有效工作圈数，以实现弹簧的刚度的连续调节，安装调节简单，效率较高，且适合于承载较大的场合；同时，通过两对螺旋副及螺母的并紧作用保证调节后的内筒的锁死，外筒的夹紧螺钉的夹紧也使得外筒内孔收缩，从而使得旋在内筒的螺旋槽内的弹簧锁死，进而保证了调节后的弹簧在承载较大的频繁负载下的稳定性。此外，所述弹簧机构通过螺旋副实现弹簧机构总的安装高度不变，既实现了弹簧刚度的调节，也保证了安装要求，且所述弹簧机构可以适用在由于弹簧加工误差所引起的弹簧实际刚度与设计刚度不符时需要对弹簧刚度进行调节的情况，也适用于需要不同刚度值来进行系统实验的场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。