[发明专利]波形曲面缠绕式弹簧

说明书

技术领域：

本发明涉及机械零件、尤其涉及圆柱螺旋弹簧的改进。

背景技术：

不锈钢弹簧是机械和电子电工装置设备中的重要零部件，常利用弹簧的弹力及时、自动的有效驱动相关部件，自动实现相关功能，由于机械装置设备应用面广、涉及各行各业，工作环境复杂，涉及高温、高压、腐蚀、工作频率等，因而对其中的弹簧的具体要求各不相同，有的弹簧只需要具备某一方面的性能要求，有的弹簧却要求同时具备多个方面的性能要求，而有的弹簧除了需要同时具备多种性能要求外，还对弹簧自身的几何形状和弹力有着严格的要求，如由于安装弹簧的空间有限，而又对弹簧的压缩长度、弹力以及疲劳强度等性能指标有较高的要求，这些情况下都要求弹簧自身具有较强的适应性。尤其在安装空间很小，又希望弹簧有较大的压缩长度，而且对气液相物料的流动阻碍较小时，圆柱螺旋弹簧中弹簧丝的直径或轴向高度较大，使得圆柱螺旋弹簧有时难以胜任。于是有人发明了单片波形弹簧，这种单片波形弹簧由呈封闭环形的波纹形弹性曲面薄片构成，波纹形弹性曲面薄片中依次设有等距离的平滑过渡的波峰和波谷，依靠波纹形弹性曲面薄片的弹性提供弹力，由于单片波形弹簧的薄片较薄，弹簧对沿其径向流动的气液相物料阻力很小，并且其所需的安装空间不大，在很多场合得到广泛应用，但在要求更大的压缩长度时，必须要将几个相同的单片波形弹簧重叠起来一起工作才行，重叠中必须相邻两只单片波形弹簧上的波峰相对且相向设置并接触，而单片波形弹簧的表面平滑弯曲且摩擦因数较小，容易产生滑动，导致相邻两只单片波形弹簧的波峰和波谷分别相互重叠而失效，因而要将几个相向接触的波峰焊接起来防止错位，但这在波形弹簧的工作频率较高时，焊接处容易产生疲劳而损坏，目前尚未有理想的解决办法。

发明内容：

针对现有技术所存在的上述不足，本发明的目的是要提供一种波形曲面缠绕式弹簧，它既能在安装空间不大的情况下有效提高弹簧的弹力和压缩(拉伸)长度，又对沿弹簧径向流通的气液相物料阻碍很小。

为了解决上述技术问题，本发明解决技术问题的方案是：波形曲面缠绕式弹簧，包括加工有波峰波谷的波状条形曲面薄片，该波状条形曲面薄片一圈挨一圈地缠绕成圆柱形状，且相邻两圈的所述波状条形曲面薄片上的波峰相对且相向设置并接触，相邻两圈的所述波状条形曲面薄片上的波谷相对且相向设置并分开。

采用上述方案后，由于该波状条形曲面薄片一圈挨一圈地缠绕成圆柱形状，且相邻两圈的波状条形曲面薄片上的波峰相对且相向设置并接触，相邻两圈的波状条形曲面薄片上的波谷相对且相向设置并分开，因而弹簧的圈数较多，弹簧工作时整个弹簧的每一个部分都发生形变，大大增强了弹簧的抗疲劳性能，又由于弹簧的圈数可根据需要适当增加，因而这种弹簧可提供很大的压缩长度，并且所需的安装空间很小，约为普通圆柱螺旋弹簧的40～50％左右，更重要的是这种由波状条形曲面薄片连续缠绕的弹簧的内径可以达到1m左右，为大型设备和大型船舶的大轴径轴系配套，使弹性部件的结构变得简单，特别是所需安装空间很小，又能够提供较大的压缩长度和弹力，在大轴径轴系装置中，能够使装置的设计更加合理紧凑，减小体积，降低制造成本，突破了普通圆柱螺旋弹簧的内外径不容易制造得很大的不足。

另外在有气、液相流体通过弹簧的安装空间，并希望对流体的阻碍较小时，由于这种波形曲面缠绕式弹簧的波状条形曲面薄片的壁厚远远小于普通圆柱螺旋弹簧的丝径，因而沿弹簧径向对流体的阻力大大减小，也使得弹簧的安装空间能够得到重复利用，整个装置可以设计得更加合理紧凑。

这种波形曲面缠绕式弹簧在制造时如使波状条形曲面薄片上的波峰和波谷适当趋于平缓矮胖，并适当增加弹簧的圈数，则弹簧工作时，在不影响弹力和压缩长度的前提下，曲面薄片的形变相对下降，这使弹簧能够更好的长时间连续工作在高频状态成为可能。

波形曲面缠绕式弹簧中每一圈波状条形曲面薄片上的波峰和波谷分别至少为两个，且波峰和波谷依次分布，并且波峰位于相邻两波谷的中间，波谷位于相邻两波峰的中间。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明波形曲面缠绕式弹簧作进一步的说明：

图1是本发明波形曲面缠绕式弹簧的波状条形曲面薄片的结构示意图。

图2是本发明波形曲面缠绕式弹簧的主视图。

图3是本发明波形曲面缠绕式弹簧的左视图。

具体实施方式：

图1、图2中波形条形曲面薄片1为平滑曲面，呈波纹状长条形结构，其中波峰3位于相邻两波谷2的中间，波谷2位于相邻两波峰3的中间，波状条形曲面薄片1通过特殊的加工工艺，一圈挨一圈地缠绕成圆柱形状而构成本发明波形曲面缠绕式弹簧，其中相邻两圈的波峰3相向且大致相对设置并相互接触，相邻两圈的波谷相向且大致相对设置并相互分开，相邻两圈之间波谷2分开的距离之和即为整个弹簧的最大压缩长度。工作时，在外力的压缩作用下，整个曲面均发生形变，其中尤以波峰3和波谷2处发生的形变较大。但由于波峰3和波谷2及其附近区域显得较为矮胖平滑，使得弹簧的形变不过分集中在波峰3和波谷2上，从而使弹簧的波峰3和波谷2处不会过分疲劳，使弹簧既能在高频率状态下有效工作，又延长了弹簧的使用寿命，能够长期连续不间断工作，由于波状条形曲面薄片1的厚度较小，一般情况下仅为2mm以下，故在满足弹力、压缩长度、频率等要求的前提下，弹簧的安装空间可以很小，更加方便于整台装置设备的前后级之间的衔接和设计，尤其是含有气液相物料流通的装置设备，由于弹簧对沿其径向流通的物料的阻力很小，且弹簧一般选用不锈钢弹性材料制成，弹簧的安装空间还可作为气液相物料的流通通道，更好的合理利用设备空间，优化设备设计、降低制造成本。