專利名稱：一種柱形彈簧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈簧裝置，具體涉及一種柱形彈簧。
背景技術(shù)：
彈簧作為一種緩沖變形裝置出現(xiàn)已經(jīng)有數(shù)百年的歷史，其種類繁多，其中，在小變形下可承受較大負(fù)荷的只有蝶形彈簧，該彈簧的出現(xiàn)也有近百年的歷史，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)。查閱中華人民共和國國標(biāo)GB/T1972-2005《蝶形彈簧》的標(biāo)準(zhǔn)可知，蝶形彈簧最大負(fù)荷可達(dá)500KN重，通過組合使用，其最大負(fù)荷不會超過5000KN。另一方面，隨著科技的進(jìn)步和一些大型巖土工程的需求，實(shí)際工程中需要監(jiān)測的力值有時(shí)達(dá)到8000KN，甚至10000KN，如固定巖體的錨索應(yīng)力監(jiān)測就有這樣的需求，在未來，還會有更高力值監(jiān)測的可能。而使用蝶形彈簧顯然不能達(dá)到要求，且其大負(fù)荷的蝶形彈簧尺寸較大，并不能滿足傳感器的要求。光纖傳感技術(shù)作為一種新型的熱點(diǎn)受到重視，采用光纖微彎傳感裝置在理論上監(jiān)測位移的最高分辨率可達(dá)0.1納米，而更高的位移分辨率監(jiān)測裝置是采用光纖干涉技術(shù)的裝置，其最高分辨率可達(dá)10_18米，這些技術(shù)為我們找尋大負(fù)荷、小變形的新型彈簧提供了新的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種柱形彈簧裝置，采用金屬或非金屬材料，并利用其壓縮彈性范圍作為彈簧，具有形變小、載荷大的優(yōu)點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡單、加工制作方便、成本低且安裝簡單、使用效果好，具有使用價(jià)值高，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種柱形彈簧，包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構(gòu)成的柱體，所述的柱體上下相對兩面相互平行且為負(fù)荷承載面，在構(gòu)成柱體的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性范圍內(nèi)成為柱形彈簧。所述的柱體是錐形臺柱體。所述的柱體沿中心軸具有通孔。所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上復(fù)合構(gòu)成，至少有兩層所包含金屬元素不同。所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上復(fù)合構(gòu)成，至少有兩層所包含的元素組份不同。所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上復(fù)合構(gòu)成，至少有兩層所經(jīng)歷的熱處理工藝不同。與所述的柱體軸向平行、在徑向分布有加強(qiáng)棒或加強(qiáng)材料層，所述的柱體及加強(qiáng)棒或所述的柱體及加強(qiáng)材料層是由兩種或兩種以上材料復(fù)合而成。
所述的柱體上設(shè)置有孔、縫隙或溝槽。所述的孔或縫隙內(nèi)以焊接的方式填充有壓縮彈性模量與柱體壓縮彈性模量不同的材料。所述的柱體的相鄰兩層均是通過焊接方式連接在一起。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1、結(jié)構(gòu)簡單、加工制作簡便、投入成本低且使用方式靈活、負(fù)載高、變形小。2、通過在柱體上設(shè)置溝槽、孔或縫隙，可調(diào)節(jié)柱形彈簧的壓縮彈性模量和變形范圍，適應(yīng)電阻應(yīng)變片、鋼弦或光纖等傳感單元和工程需要。3、通過使柱體呈現(xiàn)錐形臺的方式可調(diào)節(jié)柱形彈簧的壓縮彈性模量和變形范圍，適應(yīng)電阻應(yīng)變片、鋼弦或光纖等傳感單元和工程需要。4、通過采用壓縮彈性模量不同的多層次的結(jié)構(gòu)，可調(diào)節(jié)柱形彈簧的壓縮彈性模量和變形范圍，同時(shí)保證柱形彈簧的剛性結(jié)構(gòu)，適應(yīng)電阻應(yīng)變片、鋼弦或光纖等傳感單元和工
程需要。5、本發(fā)明的柱形彈簧具有較大的復(fù)合承載范圍，滿足巖土工程和其他大型工程的傳感、監(jiān)測方面?zhèn)鞲衅鞯男枨螅哂袕V闊的應(yīng)用前景。綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、負(fù)載高、變形小，滿足巖土工程和其他大型工程的傳感、監(jiān)測方面?zhèn)鞲衅鞯男枨螅哂袕V闊的應(yīng)用前景。下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明:1-柱體；2_上端面；3_下端面；4-第一材料層；5_第二材料層；6-通孔；7-加強(qiáng)棒；8-本體材料；9-軸向通孔。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示的一種柱形彈簧，包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構(gòu)成的柱體1，所述的柱體I上下相對兩面相互平行且為負(fù)荷承載面，分別是上端面2和下端面3，在構(gòu)成柱體I的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性范圍內(nèi)成為柱形彈簧。
如采用常用的錳鋼彈簧材料，材料編號是60Si2MnA，其壓縮彈性模量E在190KN-220KN/mm2，為計(jì)算簡單，這里取200KN/mm2，該材料的壓縮彈性應(yīng)變ε最大超過1%，這里取最大應(yīng)變ε為0.01,假設(shè)柱體I是IOOmm長的圓柱體,直徑100mm,計(jì)算過程如下:F = Ε*Α* ε= 200KN/mm2* π *50*50*0.01= 15708ΚΝ柱體I的壓縮長度L計(jì)算過程為:L = 100mm*0.01= 1mm可以看出，柱體I承受的負(fù)載可以滿足實(shí)際工程中10000KN的要求，若需要監(jiān)測更大的負(fù)載，可以選擇截面積更大的柱體即可。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:所述柱體I是錐形臺結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)負(fù)載和應(yīng)變的需求以及構(gòu)成錐形臺的材料特性設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)腻F形臺尺寸參數(shù)滿足實(shí)際工程要求。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:所述柱體I具有軸向通孔9的圓柱體。優(yōu)選的，柱體I上也可以布設(shè)的是縫隙或凹槽。優(yōu)選的，柱體I上分布的孔、縫隙或溝槽內(nèi)以焊接的方式填充有壓縮彈性模量與柱體I壓縮彈性模量不同的材料。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:所述柱體I是第一材料層4和第二材料層5交替布設(shè)構(gòu)成。優(yōu)選的，任意相鄰的兩層間是通過焊接固定在一起的，焊接的方式可以是爆炸焊、擴(kuò)散焊等方式。如第一材料層4和第二材料層5可分別選擇45號鋼和合金鋁，使該柱體I既保持一定的剛性，又具有適當(dāng)?shù)膲嚎s應(yīng)變?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計(jì)出合適的柱體I的結(jié)構(gòu)，滿足實(shí)際工程要求。優(yōu)選的，第一材料層4和第二材料層5也可以分別是金屬材料和陶瓷材料。優(yōu)選的，第一材料層4和第二材料層5也可以分別是由同種材料構(gòu)成，只是兩者所經(jīng)歷的熱處理工藝不同。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:所述柱體I是布設(shè)有徑向通孔6，使柱體I具有適當(dāng)?shù)淖冃文芰Α？梢愿鶕?jù)負(fù)載和應(yīng)變的需求以及構(gòu)成柱體I的材料特性設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)闹wI和通孔6的尺寸參數(shù)滿足實(shí)際工程要求。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例6如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:所述柱體I是由本體材料8和嵌入本體材料8中的加強(qiáng)棒7構(gòu)成。可以根據(jù)負(fù)載和應(yīng)變的需求以及本體材料8和加強(qiáng)棒7的材料特性設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)闹wI和加強(qiáng)棒7的尺寸參數(shù)滿足實(shí)際工程要求。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例7如圖7所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:所述柱體I具有軸向通孔9的圓柱體，且柱體I是由與柱體I軸向平行的、徑向分布的第一材料層4和第二材料層5和本體材料8復(fù)合而成的，其中至少有兩種材料層所使用的材料不同。如第一材料層4和本體材料8采用的是鋁合金材料，而第二材料層5采用的是錳鋼彈簧材料。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種柱形彈簧，其特征在于:包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構(gòu)成的柱體，所述的柱體上下相對兩面相互平行且為負(fù)荷承載面，在構(gòu)成柱體的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性范圍內(nèi)成為柱形彈簧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱形彈簧，其特征在于:所述的柱體是錐形臺柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱形彈簧，其特征在于:所述的柱體沿中心軸具有通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱形彈簧，其特征在于:所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上復(fù)合構(gòu)成，至少有兩層所包含金屬元素不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱形彈簧，其特征在于:所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上復(fù)合構(gòu)成，至少有兩層所包含的元素組份不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱形彈簧，其特征在于:所述的柱體沿軸向分布、由兩層或兩層以上復(fù)合構(gòu)成，至少有兩層所經(jīng)歷的熱處理工藝不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱形彈簧，其特征在于:與所述的柱體軸向平行、在徑向分布有加強(qiáng)棒或加強(qiáng)材料層，所述的柱體及加強(qiáng)棒或所述的柱體及加強(qiáng)材料層是由兩種或兩種以上材料復(fù)合而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱形彈簧，其特征在于:所述的柱體上設(shè)置有孔、縫隙或溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柱形彈簧，其特征在于:在所述的孔或縫隙內(nèi)以焊接的方式填充有壓縮彈性模量與柱體壓縮彈性模量不同的材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的柱形彈簧，其特征在于:所述的柱體的相鄰兩層均是通過焊接方式連接在一起。
全文摘要
一種柱形彈簧，包括一由金屬或陶瓷類的非金屬材料構(gòu)成的柱體，所述的柱體上下相對兩面相互平行且為負(fù)荷承載面，在構(gòu)成柱體的金屬或陶瓷類的非金屬材料的壓縮彈性范圍內(nèi)成為柱形彈簧；采用金屬或非金屬材料，并利用其壓縮彈性范圍作為彈簧，具有形變小、載荷大的優(yōu)點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡單、加工制作方便、成本低且安裝簡單、使用效果好，具有使用價(jià)值高，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。
文檔編號G01D11/18GK103090896SQ20111034755
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司