变刚度恒力弹簧及制作方法

专利号：201310480832.3

专利人：卢军

一种沿弹簧轴向运行的变刚度恒力弹簧，是将弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小地绕制或由大变小再由小变大地周期性绕制，其所绕制的每一圈的外圈内径大于里圈外径，并在弹簧丝线径和圈径同步由大变小绕制时将各截面刚度同步由小变大，由此所绕制出的中空或非中空盘形、圆柱形拉簧和塔形、锥形、橄榄形、菱形压簧能以较小的空间、较小的力变化获得较大行程的恒力。其制作的方法是，通过对拉簧的拉伸求得压簧的形态和绕制的轨迹，并通过对拉簧的刚度由小变大的改进获得压簧的最佳技术状态，同时也得到拉簧的最佳技术状态。

在目前公知的恒力弹簧中，有盘形、蝶形等，但随着技术不断发展，需要更多种恒力弹簧，尤其是沿弹簧轴向运行的恒力弹簧，为此，本人曾经提出一项恒力弹簧技术发明申请（申请号为201110375748.6）。该申请是以恒力为目的将弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小地绕制或由大变小再由小变大地周期性绕制，且所绕制的外圈内径大于里圈外径， 并使由大变小的弹性钢丝各截面线径 4 次方和与之同步由大变小对应的圈经 3 次方比值恒定（即弹簧丝各截面的刚度都是相同的），由此绕制出沿弹簧轴向运行的中空或非中空盘形、圆柱形拉簧和塔形、锥形、橄榄形、菱形的压簧。但是，对于压簧来说，如果以相同的螺旋角绕制，而弹簧丝线径和圆弧形圈径同步由大变小，其螺距会由大变小，压簧受力时会因弹簧丝各截面刚度相同而发生螺距较小的已经完成相应的行距而螺距较大的还没有，这在技术上就要求其绕制的螺旋角必须是同步由小变大，以确保弹簧丝各截面在与弹簧轴方向平行的相对行距保持相等，而这样做又会造成圈径较大的弹簧丝所允许的形变量受到限制， 即弹簧丝在圈径较大部位上应有的弹性功能不能得到充分发挥 ；同样，在拉簧被拉长时，由于弹性钢丝各截面的刚度相同，其圈径小的已经完成相应的行距，即弹簧丝已达到自身允许的形变量，但圈径较大部位的弹簧丝却还未完成其所允许的形变量，即弹簧丝在圈径较大部位上应有的弹性功能也没能得到充分发挥。由此可见，无论是压簧还是拉簧，弹簧丝在圈径较大部位上所允许的形变量都不能得到充分的利用，这不仅造成弹簧丝应有的弹性功能得不到充分的发挥，也影响到弹性材料的充分利用和弹簧的恒力效果。

为了克服该项恒力弹簧技术在圈径较大部位上的弹性功能不能充分发挥的不足， 本发明提供一种变刚度恒力弹簧及制作方法，使该项恒力弹簧技术所形成的各种恒力弹簧在弹簧丝各截面上的弹性功能都能得到充分发挥。变刚度恒力弹簧技术是针对沿弹簧轴向运行的恒力弹簧制作，有圆柱形拉簧和橄榄形压簧二种，其形状和特点是现有螺旋弹簧所不具有的。通过对盘形变径螺旋弹簧叠加连接并拉伸，求得能使弹簧丝各部位同时屈服的拉簧和压簧，并将最基本盘形拉簧叠加连接和将最基本的橄榄形压簧叠加连接，使拉簧和压簧弹簧丝各部位的弹性充分发挥，更具恒力性。

变刚度恒力弹簧技术在装备制造中，涉及应用于军用或民用飞机的再生制动弹射装置，还有轻轨、地铁、高铁等轨道车辆的再生制动装置；对现有的具有恒力功能的弹簧或装置可以进行选择性替代，如恒力弹簧支吊架产品，还有在石油管道清洗、电梯坠入或冲顶的安全防范以及娱乐场所中蹦极运动等方面也能发挥独特的技术效果。

本发明的有益效果是，通过对拉簧刚度的改变求得绕制压簧的最佳轨迹和形态同时也得到了绕制拉簧的最佳轨迹和形态，使制作这样的变刚度恒力弹簧更加容易，并使弹性材料的利用和弹簧的恒力效果都能得到相应的提高。