專利名稱：彈性體的保險(xiǎn)桿緩沖彈簧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈性體壓縮彈簧，特別是涉及汽車保險(xiǎn)桿緩沖組件的壓縮彈簧。
汽車業(yè)及保險(xiǎn)業(yè)一直在探索一種能吸收汽車受到速度為5哩/小時(shí)或稍低速度的碰撞能量的保險(xiǎn)桿緩沖組件。這一裝置可否接受是由兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)確定的。首先是“沒有明顯可見的損壞”的標(biāo)準(zhǔn)。可以認(rèn)為現(xiàn)有的液壓保險(xiǎn)桿緩沖組件能滿足這一要求，也就是能保護(hù)汽車避免出現(xiàn)明顯可見的損壞。第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是“沒有實(shí)質(zhì)損壞”(dollar damage)的標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉J(rèn)為現(xiàn)有的液壓保險(xiǎn)桿緩沖組件不能始終滿足這后一標(biāo)準(zhǔn)。汽車的保險(xiǎn)桿緩沖組件及其它組件在遭到5哩/小時(shí)速度的碰撞時(shí)會發(fā)生功能性的損壞。另外，這些保險(xiǎn)桿緩沖組件由多個(gè)部件組成，增加了必要的重量，增加組件的成本，要求單獨(dú)的預(yù)負(fù)荷彈簧來減少振動，并且這些組件了不能提供恒定的彈性系數(shù)。
已經(jīng)作了多方面努力來設(shè)計(jì)能滿足工業(yè)目標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)的汽車保險(xiǎn)桿緩沖彈簧。其中包括授予通用發(fā)動機(jī)公司(發(fā)明人為Bobinger等人)申請的美國專利4893857號。通用發(fā)動機(jī)公司的這種裝置包括裝有第一吸能介體的一個(gè)圓柱管，由壓縮彈簧和盤片組成的預(yù)負(fù)荷裝置，和延伸到保險(xiǎn)桿緩沖器的一可伸縮的活塞管。由通用發(fā)動機(jī)公司公開的一種吸能介體是商標(biāo)為Hytrel的熱塑性材料，這是由E.I.dupont de Nemoirs公司制造的一種共聚物，它有較高的壓縮硬化特性，并且，需要用預(yù)負(fù)荷組件來保證保險(xiǎn)桿緩沖組件能在碰撞后回復(fù)它的原始位置。
設(shè)計(jì)保險(xiǎn)桿緩沖彈簧的另外的現(xiàn)有技術(shù)為授于克萊斯勒發(fā)動機(jī)公司(發(fā)明人為Hillebrand等人)的申請的美國專利4624493號(與通用發(fā)動機(jī)公司的專利類似)，該專利包括多個(gè)部件，也就是一個(gè)帶有一支座的承載管件、一個(gè)預(yù)載荷的作用圈簧、和裝有E.I.dupont de Nemoirs公司的Hytrel共聚物彈性體的吸能膜盒。
另外，與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)還有授與礦業(yè)公司(發(fā)明人為安得生)的美國專利4566678號。該專利的主題是Mytrel熱塑料。該專利提出了制造空心的Hytrel材料的彈簧以及消除該熱塑料的壓縮硬化問題的方法。該專利有效地解決了Hytrel材料的壓縮硬化特性，及對鐵路車輛提出很有效的吸收能量的彈簧，有必要提出改進(jìn)方法把這一概念應(yīng)用到汽車業(yè)中以滿足“沒有明顯可見的損壞”及“沒有實(shí)質(zhì)損壞”的標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)基本改進(jìn)是提供一種不同的力的行程曲線。依次，這就需要超出安得生所發(fā)明的專利的構(gòu)思中在設(shè)計(jì)方面所做的必要的改進(jìn)及提高。
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種能以恒定最大程度在有限的位移范圍內(nèi)吸收能量的彈簧。它包括由塑性變形與彈性變形的比為1.5到1的彈性體形成細(xì)長的空心體。最好，這種彈性體是由例如E.I.dupont de Nemoirs公司制造和銷售的商標(biāo)為Hytrel的共聚多酯共聚物彈性體制成。在最佳實(shí)施例中，該空心體設(shè)計(jì)成可裝在汽車的保險(xiǎn)桿緩沖組件中，其材料形狀及分子排列方向使得組件可吸收碰撞力而不會產(chǎn)生對汽車明顯可見的和實(shí)質(zhì)的損壞。
因此，本發(fā)明目的是提供尤其是1.一種提供恒定彈力的成形彈性體壓縮彈簧，可吸收以5哩/時(shí)速度移動的汽車的碰撞能，而汽車沒有明顯可見的損壞或?qū)嵸|(zhì)的損壞。
2.一種簡單的整體保險(xiǎn)標(biāo)緩沖壓縮彈簧，取消了預(yù)負(fù)載元件和它們的組件的成本開支，并減小設(shè)置在新的和現(xiàn)有的汽車上裝置的成本。
3.一種由彈性體形成的彈性體彈簧，這種彈性體很耐用，與公路上的塵垢、鹽和腐蝕流體不起反應(yīng)，也不會發(fā)生裂紋擴(kuò)展，并有延伸性使塑性變形與彈性變形的比為1.5到1。
4.一種具有輕重量、成本低的彈性體保險(xiǎn)桿緩沖彈簧，可改善汽車制造商的有關(guān)的平均耗油的經(jīng)濟(jì)性。
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，可進(jìn)一步明白本發(fā)明的目的及特點(diǎn)，附圖中


圖1是汽車的側(cè)視圖，部分剖開示出本發(fā)明的壓縮彈簧及它應(yīng)用到汽車的保險(xiǎn)桿緩沖組件上;
圖2是制造本發(fā)明最佳實(shí)施例用的預(yù)成形件的平面圖;
圖3是制造本發(fā)明最佳實(shí)施例用的預(yù)成形件的側(cè)視圖，是沿圖2中3-3線的剖視圖;
圖4是本發(fā)明的預(yù)成形件的最佳實(shí)施例的側(cè)視圖，圖中示出了用來對預(yù)成形件預(yù)壓縮及成形處理而得到本發(fā)明最佳實(shí)施例的裝置;
圖5是本發(fā)明預(yù)成形件的最佳實(shí)施例的側(cè)視圖，圖中示出了在制造本發(fā)明最佳實(shí)施例中的預(yù)壓縮步驟;
圖6是本發(fā)明最佳實(shí)施例的側(cè)視圖，和圖7是示出本發(fā)明壓縮彈簧的力-位移曲線的曲線圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例示于圖1中特定的環(huán)境中。圖中一汽車的前部標(biāo)號為10。在汽車的框架(未示出)上剛性地固定并延伸著兩個(gè)橫向間隔相似的支桿12。每個(gè)支桿12上附在壓縮彈簧14的一端，所述彈簧往前延伸固定在保險(xiǎn)桿16上，并支撐保險(xiǎn)桿16。在保險(xiǎn)桿16上安裝著一個(gè)塑料面板18，它設(shè)計(jì)成可使汽車10有悅目的外觀。
圖6示出壓縮彈簧最佳實(shí)施例的形狀和結(jié)構(gòu)。它包括一中部球形段22，它的兩端與截頭錐形段24整體地連在一起，該錐形段帶有與球形段22相切的銳角，錐形段24的終段連著帶有容納螺栓(未示出)的孔28的法蘭26，或其它裝置以使彈簧14連到汽車及保險(xiǎn)桿。
當(dāng)按照下述的方法制造時(shí)，這種壓縮彈簧提供了與圖7所示曲線類似的磁撞時(shí)力-位移曲線。該曲線圖上縱坐標(biāo)表示碰撞力，以千磅表示，而橫坐標(biāo)表示在速度高到5mph時(shí)，由于碰撞而使保險(xiǎn)桿產(chǎn)生的位移，以英寸表示。如圖所示，由于彈簧的彈力和保險(xiǎn)桿16的位移，碰撞的力限制在7000磅左右(兩個(gè)彈簧共受14000磅力)。另外，該碰撞力迅速朝最大的碰撞力變化，而保險(xiǎn)桿位移的部分保持基本穩(wěn)定。通過限制最大的彈力及提供足夠的彈簧位移以吸收碰撞能量，可使汽車避免產(chǎn)生明顯可見的損壞和實(shí)質(zhì)的損壞，另外，本發(fā)明的整體式彈簧設(shè)計(jì)的簡單性及使用抗裂紋擴(kuò)大的彈性體，使保險(xiǎn)桿彈簧免受損壞。
可以相信，這種彈簧結(jié)構(gòu)使本發(fā)明能具有圖7曲線的要求的彈性系數(shù)。對這種結(jié)構(gòu)重要的是截頭錐形段24，它用作過渡段以允許彈簧在它的有效的偏移較大百分比范圍內(nèi)保持所要求的最大的彈力。這與上述的安得生(Anderson)的專利是不同的，在該專利中把一直的圓柱體壓縮成一球形壓縮彈簧。該專利的彈簧使施加的力能繼續(xù)升到峰值。隨著彈簧位移的每一增量，吸收了增加(而不是穩(wěn)定的)的力。結(jié)果，安得生專利及相近的專利都會使所施加的力超過最大許可力，并導(dǎo)致汽車產(chǎn)生明顯的損壞。
本發(fā)明的產(chǎn)品首先是模制出整體的預(yù)成形件32(如圖2和3所示)。該預(yù)成形件32包括一空心的圓柱體34，及在它兩端分別連接著的截頭錐形段24。截頭錐形段24分別連著法蘭26，它們作為把彈簧連到底盤及保險(xiǎn)桿的裝置。這些法蘭上的孔28或其它連結(jié)裝置都用于把彈簧連到底盤和保險(xiǎn)桿。
按照本發(fā)明，該預(yù)成形件32由具有拉伸特點(diǎn)的彈性體制成，使得塑性變形與彈性變形的比大于1.5到1。其中的一種這種彈性體是由E.I.du Pont de Nemoirs制造并銷售的商標(biāo)為“Hytrel”的共聚多酯聚合物彈性體。它有相當(dāng)?shù)膽T性并且重要的是它很耐用。另外，這種彈性體甚至在橫截面很小時(shí)也不會撕裂或產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展。最好使用du Pont的“Hytrel”5556號的成分(這種彈性體的更詳細(xì)的說明請參閱作為本說明的對比文件的安得生的專利4198037號)。一般，所購得指定的彈性體為顆粒狀，按照本發(fā)明，把彈性體注射或擠壓入一個(gè)模具中形成預(yù)成形件32。各種塑料成形工藝，如熔注，注射成形，旋轉(zhuǎn)成形等都可以用來制造這種預(yù)成形件。
如不經(jīng)過附加的制造步驟，預(yù)成形件32不適合于用作壓縮彈簧。這主要是由于Hytrel和類似的彈性體會發(fā)生壓縮硬化，在第一次壓縮后，不再能回復(fù)到原始長度。另外，還需要對彈性體的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定向以提供要求的彈性。這種彈性體的不足已被通用發(fā)動機(jī)公司和克萊斯勒公司(Chrysler Corporation)的專利(前面引作對比文件)所證實(shí)。他們各提出采用附加的預(yù)負(fù)載裝置，它可有效地解決彈性體的壓縮硬化特性。
解決Hytrle彈性體的壓縮硬化特性所要采取的附加的制造步驟包括預(yù)壓縮及使分子結(jié)構(gòu)定向排列。這些可用圖4和5的方法來完成。
從這兩圖中可看到一壓機(jī)40，它有固定的底板42，及可移動的頂板44，和一根可由液壓或機(jī)械裝置垂直地來回移動的桿46。按照本發(fā)明的制造過程中，預(yù)成形件32插入壓機(jī)中(如圖4所示)，通過往下移動板44，直到整個(gè)預(yù)成形件32壓扁成圖5所示的完全壓縮狀態(tài)。移去桿46的向下壓力，提起板44，本發(fā)明的壓縮彈簧部分恢復(fù)到原來的高度，得到如圖6所示最佳實(shí)施例中所示的新形狀。如圖所示，在壓縮及定向后，過渡段或截頭錐形段24與法蘭26夾角成更小的銳角，在而圓柱段34被重新成形為一球形段22。
在預(yù)成件經(jīng)預(yù)壓縮及部分恢復(fù)后，本發(fā)明的壓縮彈簧就沒有壓縮硬化問題，在以后的壓縮后，彈簧都會彈回到如圖6所示的高度。本發(fā)明的彈回特性和彈力特性部分地是由于經(jīng)圖4和5所示的預(yù)壓縮階段而使Hytrel彈性體的分子定向排列的結(jié)果。
眾多型號的汽車具不同的重量及不同的要求的駕駛特性，不能用本發(fā)明的一種制造設(shè)計(jì)來適應(yīng)所有的車輛型號，因此對每種潛在的應(yīng)用要做一些試驗(yàn)。然而，對達(dá)到要求的恒定的彈力曲線的主要的或重要的設(shè)計(jì)元件是過渡段或截頭錐形段24，在預(yù)壓縮階段后它與法蘭26形成一更尖的銳角，并經(jīng)定向處理才得到所要求的彈簧效應(yīng)。在把本發(fā)明的彈簧設(shè)計(jì)用于新領(lǐng)域時(shí)，最佳的直接的程序是制造兩個(gè)或更多的彈簧，使它們的尺寸與最終的彈性系數(shù)相應(yīng)，隨后修改它們的尺寸直到得到要求的彈性系數(shù)。
在塑料成形和壓縮彈簧設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專業(yè)人員會發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的許多改型都會產(chǎn)生滿意的結(jié)果。在一些應(yīng)用中也可使用不是Hytrel成分的彈性體。就形狀而言，還可采用只用一個(gè)過渡段，與兩法蘭中的一個(gè)法蘭26相連接。另外，還可以有各種形狀。另外過渡段相對于法蘭26和球形段22的角度也可以反向。
本發(fā)明的壓縮彈簧的成形也可以有多種改型。擠壓吹塑成形也可以制出可接受的彈簧。本專業(yè)技術(shù)人員會明白上述的和其它的改型都在本發(fā)明精神的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓縮彈簧，包括a)由塑性變形與彈性變形的經(jīng)為1.5到1的彈性體形成的一個(gè)空心彈簧，所述彈簧由于沿至少一個(gè)方向的塑性變形，彈性體的分子結(jié)構(gòu)是定向的，b)所述的彈簧包括一球形段，它的兩端端接著過渡段，它以一斜角與球形段的端部相切，以在所述的彈簧的壓縮部分提供比較恒定的彈性系數(shù)；c)所述的彈簧有在兩個(gè)元件之間連接的機(jī)構(gòu)，用來當(dāng)對一個(gè)所述的元件施加力時(shí)吸收能量，和d)所述的彈簧在所述彈簧的壓縮位移部分有比較恒定的彈性系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮彈簧，其特征在于所述的過渡段具有至少一個(gè)截頭錐形段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮彈簧，其特征在于所述的彈簧經(jīng)過壓縮至少30%長度以便消除彈性體的壓縮硬化特性，并使其分子結(jié)構(gòu)定向排列，和提供比較恒定的彈性系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的壓縮彈簧，共特征在于所述的延伸端包括截頭錐形段，并以與所述的球形段的端部相切的銳角方向延伸。
5.一種汽車保險(xiǎn)桿緩沖組件，包括在汽車和它的相關(guān)的保險(xiǎn)桿之間連接著的一個(gè)壓縮彈簧，所述的彈簧包括a)由塑性變形與彈性變形的比為1.5到1的彈性體形成的一個(gè)空心彈簧，所述彈簧通過進(jìn)行塑性變形使其分子沿至少一個(gè)方向定向排列，b)所述的彈簧包括一具有延伸端的球形段，在所述的彈簧的壓縮部分提供比較恒定的彈性系數(shù)。
6.一種制造壓縮彈簧的預(yù)成形件，包括a)由塑性變形與彈性變形的比為1.5到1的彈性體形成的一個(gè)圓柱體，b)從所述的圓柱體兩端延伸出的兩個(gè)截頭錐形段，c)把所述的壓縮彈簧固定到兩個(gè)結(jié)構(gòu)元件之間的連接裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)成形件，其特征在于所述的固定裝置包括與所述的截頭錐形整體連接的法蘭。
8.一種制造汽車保險(xiǎn)桿緩沖組件的彈性體壓縮彈簧的方法，包括下列步驟a)制成一個(gè)塑性變形與彈性變形的比為1.5到1的預(yù)成形件，b)所述的預(yù)成形件有一個(gè)圓柱體段，其端頭與截頭錐形段整體連接，所述截頭錐形段從所述圓柱體端的側(cè)壁以一角度延伸，c)壓縮所述的預(yù)成形件使得所述的圓柱形段壓成球形段，并且截頭錐形段和形成的所述球形段之間的夾角減小，d)去掉加在上述預(yù)成形件上的壓縮力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造壓縮彈簧的方法，其特征在于所述的截頭錐形段整體地連接著法蘭，所述的法蘭設(shè)有把所述的彈簧連到在汽車的底盤和保險(xiǎn)桿之間的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造壓縮彈簧的方法，其特征在于所述的預(yù)成形件預(yù)壓縮至少30%長度。
全文摘要
一種壓縮彈簧，具有由塑性變形與彈性變形的比為1.5到1的彈性體形成的一個(gè)球形體，在球形體兩端有截頭錐形段，在彈簧位移的主要部分能保持基本恒定的彈性系數(shù)。彈簧經(jīng)預(yù)壓縮以克服彈性體的壓縮硬化特性，并且使彈簧的分子結(jié)構(gòu)經(jīng)定向排列。這種彈簧特別適用于作為汽車的保險(xiǎn)桿緩沖彈簧。
文檔編號F16F9/04GK1076416SQ9211485
公開日1993年9月22日 申請日期1992年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月23日
發(fā)明者尼爾·伊·懷德拉, 戴衛(wèi)·烏·蓋克 申請人:東杜邦株式會社