CN1470779A - 弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明属于弹簧，它包括弹簧本体及对弹簧的运动产生阻尼作用的含有高阻尼材料的阻尼体。由于在弹簧上设置了阻尼体，当弹簧受力发生振动时，阻尼体随之产生变形，阻尼材料内会产生很大的内摩擦，使振动能量变为热能消耗掉。使得振动迅速地减弱甚至消失；由于噪声也是振动造成的，因此噪声也大大减轻。

Description

弹簧

                         技术领域

本发明属于弹簧。

                         背景技术

普通的弹簧由弹性材料制作而成，阻尼很小，尤其是金属弹簧。在实践中，有一些将弹簧外面套一层橡胶管或在弹簧表面硫化橡胶的做法，但橡胶从根本上说是一种粘弹性材料，在高频作用条件下，如对声频范围的振动和噪声，会有一定的阻尼效果，对大多数机械振动来说，其阻尼比只有1-3％，与弹簧并联使用时阻尼比更小，在大多数情况下阻尼比远远不够，例如对于一般车辆、设备的减振和隔振，要求阻尼比在10％-30％之间，这时必须配合额外的阻尼装置使用，使得结构复杂。

                         发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种本身带有阻尼的弹簧。

为达到上述目的，本发明在弹簧本体上设置了对弹簧的运动产生阻尼作用的含有高阻尼材料的阻尼体。

本发明所说的弹簧，可以是任意弹簧，但主要是螺旋弹簧或碟簧，它至少部分地嵌入阻尼体中。

本发明所说的高阻尼材料，包括粘弹性高阻尼材料和粘塑性材料，如高阻尼橡胶、高阻尼聚氨酯、高阻尼改性沥青等，其材料阻尼比可达30-50％以上。而一段弹性材料的阻尼比在0.1-1％之间，普通橡胶约为1％-3％。本发明的阻尼材料还包括以上述阻尼材料为基体、添加有其它填充物的材料，包括可以增大阻尼材料变形内耗和阻尼的填充物，如碳纤维、玻璃纤维，云母粉等。

上述阻尼体可以为实心柱体，所述的弹簧本体至少部分地嵌入阻尼体中。

阻尼体也可以为空心柱体，所述的弹簧本体至少部分地嵌入阻尼体中；嵌入空心阻尼体中的螺旋弹簧，其簧圈之间可以有与簧丝延伸一致的螺旋状空腔或高弹性体，而空心阻尼体中的叠形弹簧，在可以在其簧片之间或片簧上下设置环形空腔或弹性体。

所述阻尼体的周面或内部设置刚度较大的约束体，该约束体在阻尼体变形时可以对其产生约束和剪切作用；所述约束体为至少一段螺旋或套管。

上述方案还可以在弹簧的外表面设置一层弹性材料，由于高阻尼材料弹簧在卸载时同样会有阻尼力，在阻止弹簧回弹的同时，也阻碍自己的复位，同时高阻尼材料的强度一般弱于同样基材的弹性材料，设置的该弹性约束层能帮助阻尼材料更彻底的复位，且不易受到损坏，如摩擦和碰撞。

在簧丝或簧片的至少部分表面附着阻尼材料层；在阻尼材料层外还可以再设置至少一层刚度比阻尼材料大的约束层。

上述方案中的弹簧本体数量可以是若干个，串联或并联。

本发明由于在弹簧本身上设置了阻尼体，当弹簧受力发生振动或变形时，阻尼体随之产生变形，阻尼材料内会产生很大的内摩擦，会消耗部分能量。使得变形受到阻碍、振动得以衰减；由于噪声也是振动造成的，因此噪声也大大减轻。本发明由于采用了高阻尼材料，提供了较高的阻尼比，对多数机械设备及车辆结构的减振能够提供足够的阻尼比，即使在需要的阻尼比很高的场合，所需的额外阻尼也会小的多。在一般情况下就不再需要另外配合阻尼装置，从而简化了结构。另外，本发明还有效地消除了弹簧本身在固有频率下的共振。

                         附图说明

图1是本发明实施例1整体结构示意图；

图2是本发明实施例2整体结构示意图；

图3是本发明实施例3整体结构示意图；

图4是本发明实施例4整体结构示意图；

图5是本发明实施例5整体结构示意图；

图6是本发明实施例6整体结构示意图；

图7是本发明实施例7整体结构示意图；

图8是本发明实施例8整体结构示意图；

图9是本发明实施例9整体结构示意图；

图10是本发明实施例10整体结构示意图；

图11是本发明实施例11整体结构示意图；

图12是本发明实施例12整体结构示意图；

图13是本发明实施例13整体结构示意图；

图14是本发明实施例14整体结构示意图；

图15是本发明实施例15整体结构示意图。

                       具体实施方式

实施例1：

本发明实施例1的整体结构如图1所示，它包括螺旋弹簧1和阻尼体2，螺旋弹簧1整个地嵌入柱形阻尼体2中。阻尼体为常温下呈固态(粘塑性)的高阻尼改性沥青。弹簧受力变形时，阻尼体同时受力变形，由于阻尼材料具有较大的内摩擦，会产生始终与运动方向相反的阻尼力，因此这种结构的弹簧具有较大阻尼比。由于大多数实心(无微孔)材料的体积不易压缩，弹簧中心部分的阻尼体的变形受到较大限制，因此刚度曲线呈非线性，但刚度和承载能力有很大提高，比较适合重载的工作条件。

实施例2：

在实施例1的基础上，在阻尼体2内添加了如图2所示的填充物，如棒状物或金属环4-1，棒状物或金属环错落布置，在变形时可以形成对阻尼体的约束和剪切，由于增大阻尼体的剪切变形成分可以提高阻尼体的阻尼，所以采用本结构的弹簧的阻尼比比实施例1有所提高。

实施例3：

与实施例1相比较，弹簧1是部分地嵌入阻尼体2中，它与实施例1的效果基本相同，只是生产工艺简单，结构详见图3。

实施例4：

在图4所示的实施例4中，阻尼体2呈管状，由高阻尼橡胶构成，弹簧1由内外两组螺旋弹簧1-1，1-2组成，完全嵌入阻尼体2中，阻尼体2的空心与弹簧组1的轴线基本同轴一致，较之实施例1、2，由于弹簧中间的阻尼体空心，阻尼体更容易变形，因此它的刚度曲线线性更好。

实施例5：

在实施例4的基础上，弹簧1为一个螺旋弹簧，完全嵌入管状阻尼体2中，其材料为固体高阻尼改性沥青。在阻尼体2内外壁设置有约束环，外约束环4-2为弹性约束体，内约束环为4-1刚性约束体。内外约束环优化错落布置，在变形时可以形成对阻尼体的约束和剪切，同时两端的约束环可以起到对中作用，结构详见图5。

实施例6：

图6所示的实施例6中，螺旋弹簧1全部嵌入管形阻尼体2中，阻尼体由高阻尼聚氨酯组成，簧圈之间有与簧丝延伸一致的螺旋状空心3或弹性很低的弹性体，当弹簧变形时，避免了阻尼体在该处的挤压和破坏，阻尼体剪切变形成分相对提高，压缩成分降低，与实施例4相比，因此这种结构具有更好的线性刚度和阻尼比。

实施例7：

图7所示的实施例7中，阻尼体2由内外两高阻尼橡胶套管组成，由螺旋弹簧1夹持在两部分之间形成的凹槽7内，为了限制阻尼体2径向膨胀，设置了约束环4，它由套在小阻尼体内圈的钢管4-1和大阻尼体外圈的塑料管4-2构成，约束环的总高度小于弹簧的最小工作高度。它们为弹簧提供径向为主的约束，通过对阻尼体的径向约束提高阻尼体对弹簧轴向变形的阻力(剪切和摩擦)，以确保阻尼体对弹簧1产生有效的阻尼作用。

这种结构不用硫化或浇注，生产工艺简单，但用久了，阻尼体可能会磨损。为避免这种缺点，可以采用硫化方式将弹簧硫化两套管之间。

实施例8：

在图8所示的实施例8中，螺旋弹簧1的簧丝表面上浸涂附着层状阻尼体2，它实际上是热熔型高阻尼改性沥青。这种结构的阻尼比较小，但线形非常好，并且完全能够起到抑制弹簧本身共振的作用。如要进一步提高阻尼，可以采用约束阻尼。本结构适合弹簧阻尼比较小或变形较大的场合。

实施例9：

在图9所示的实施例9中，弹簧为碟簧，多个碟簧构成的碟簧组5全部嵌入管状阻尼体2中，叠簧变形时，对阻尼体2形成剪切和挤压，由于阻尼体2的带有空心，使得其容易变形。

实施例10：

图10所示的实施例10中，多个碟簧构成的碟簧组5整体地嵌入管状阻尼体2中，且在其簧片之间有环形空腔6，因此阻尼体较之实施例9更容易受到剪切变形，具有更好的线性刚度和阻尼比。在阻尼体的内外表面还设有一层弹性材料作为约束保护层8，它可以帮助阻尼材料在卸载时更彻底地复位，并保护阻尼材料不受导向柱的摩擦和外力碰撞。

实施例11：

图11所示的实施例11中，碟簧5单片嵌入空心的阻尼体2中，其横截面形状与簧片的横截面形状大致同心相似，只是在碟簧片的接触区没有阻尼体，以免阻尼体被局部挤压破坏或挤压永久变形。本实施例对弹簧线性改变不大，适合阻尼要求不太高、但线性要求较高的场合，由于单片实施，可大批量生产。阻尼体宜选用适合高效、大批量生产，如可以喷涂、浸涂、涂覆或浇注的阻尼材料，如高阻尼聚氨酯。

实施例12：

见图12，在实施例11的基础上，阻尼体2为空心圆柱体，在生产工艺上更容易制作，上下表面设有凹环，以减少挤压区的阻尼体，避免碟簧的非线性急剧增加。

实施例13：

两片碟簧片5同向相叠(刚度为并联)嵌入同一阻尼体中，阻尼体2为空心圆柱体，两簧片5之间有高阻尼材料，然后两组串联，结构详见图13。

实施例14：

在实施例13的基础上，两组碟簧片5同向相叠(刚度为并联)嵌入同一阻尼体2中，阻尼体2截面与碟簧片5截面大体相似，两簧片5之间有高阻尼材料，然后两组串联，结构详见图14。

实施例15：

在图15所示的实施例中，两片碟簧片5背向相叠(刚度为串联)嵌入同一阻尼体2中，阻尼体2为空心圆柱体，两簧片5之间有高阻尼材料，簧片5之间和上下设有空心6，然后串联。

实施例11-15中，列举了不同的方案，这是因为不同的碟簧布置方式有不同的力学性质。碟簧同向相叠，为刚度并联，总刚度增大一倍；碟簧背向相叠，为刚度串联，总刚度减半；实践中，可根据此特性采取不同的片与片组合和组与组的组合。

由于很多阻尼材料具有体积不可压缩性，在阻尼体的受压区如果积聚较多实心阻尼材料，阻尼体将被挤向作用力的垂直方向，弹簧变形曲线会呈较非线性，同时阻尼体有可能因变形过大而破坏。设置空心阻尼体或高弹性体，以及在阻尼体内外设置弹性约束体可以避免此种情况发生。

Claims (10)

1.一种弹簧，包括弹簧本体，其特征在于它还包括对弹簧的运动产生阻尼作用的含有高阻尼材料的阻尼体。

2.根据权利要求1所述的弹簧，其特征在于所述弹簧至少部分地嵌入阻尼体中，所述弹簧是螺旋弹簧或碟簧。

3.根据权利要求2所述的弹簧，其特征在于所述阻尼体内填充有阻尼体变形时可对其产生约束和剪切的填充物。

4.根据权利要求2或3所述的弹簧，其特征在于阻尼体为实心柱体或圆盘，所述弹簧本体至少部分地嵌入阻尼体中。

5.根据权利要求2或3所述的弹簧，其特征在于阻尼体为空心柱或环，所述弹簧本体至少部分地嵌入阻尼体中。

6.根据权利要求5所述的弹簧，其特征在于所述阻尼体内外周面设置的阻尼体变形时可对其产生约束和剪切的刚度较大的约束体，或设置弹性约束体。

7.根据权利要求5所述的弹簧，其特征在于所述弹簧为嵌入阻尼体中的螺旋弹簧，其簧圈之间有与簧丝延伸一致的螺旋状空腔或高弹性体。

8.根据权利要求5所述的弹簧，其特征在于所述弹簧为嵌入阻尼体中的碟簧，在其簧片之间或簧片上下设置环形空腔或高弹性体。

9.根据权利要求1、2或3所述的弹簧，其特征在于若干个弹簧本体串联或并联。

10.根据权利要求1所述的弹簧，其特征在于在簧丝或簧片的表面至少部分地附着或套有至少一层阻尼材料层或约束阻尼层。

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