串联式弹簧结构

技术领域

本发明涉及弹簧技术领域，特别涉及一种串联式弹簧结构。

背景技术

弹簧的弹性系数(也称劲度系数)是描述单位型变量时产生弹力的大小，弹性系数越大，说明形变单位长度需要的力大，弹簧的弹性系数与弹簧的直径、弹簧的线径、弹簧的材料和弹簧的有效圈数有关。目前，在实际应用过程中，单一弹簧的弹性系数大多不可调节，实用非常不方便。因此，现在急需一种弹性系数可调节的弹簧。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种串联式弹簧结构，旨在解决单一弹簧的弹性系数不可调节的问题。

为实现上述目的，本发明提出的串联式弹簧结构，包括：

阻尼器，所述阻尼器包括活动部和固定部，所述活动部阻尼式连接于所述固定部，所述活动部上设置有调节件；

第一弹性件，所述第一弹性件具有相对的两端，所述第一弹性件的一端连接所述活动部，所述第一弹性件的另一端连接所述固定部；

第二弹性件，所述第二弹性件连接所述固定部，并且所述第二弹性件与所述第一弹性件串联。

在一实施例中，所述阻尼器包括底座，缸筒和活塞；

所述缸筒连接于所述底座；

所述活塞活动连接于所述缸筒，所述活塞具有活塞杆；

所述第一弹性件的一端连接于所述活塞杆，所述第一弹性件的另一端连接于所述底座；

所述第二弹性件具有相对的两端，所述第二弹性件的一端连接于所述底座，所述第二弹性件的另一端相对于所述底座背向延伸。

在一实施例中，所述活塞开设有第一开孔和第二开孔，所述第一开孔和所述第二开孔贯通所述活塞；所述串联式弹簧结构还包括第一单向阀和第二单向阀；所述第一单向阀设置在所述第一开孔，所述第二单向阀设置在所述第二开孔，所述第一单向阀和所述第二单向阀的流通方向相反。

在一实施例中，还包括顶杆和第三弹性件；在所述活塞杆轴向开设有贯通所述活塞的第三开孔，所述顶杆设置在所述第三开孔内且与所述活塞杆动密封连接；所述第三弹性件具有相对的两端，其中，所述第三弹性件的一端连接于所述活塞杆，所述第三弹性件的另一端连接于所述顶杆；所述缸筒内设置有靠近所述顶杆的第一容纳腔和远离所述顶杆的第二容纳腔；所述活塞开设有第四开孔，所述第四开孔连通所述第二容纳腔，所述第二容纳腔可通过所述第四开孔流通至所述第一容纳腔；所述顶杆可相对于所述活塞往复运动以打开或关闭所述第四开孔。

在一实施例中，所述缸筒内设置有隔板和第三容纳腔，所述隔板与所述缸筒动密封连接，所述隔板将所述第二容纳腔和所述第三容纳腔隔开，所述第三容纳腔内设置有可压缩的介质，所述第一容纳腔和所述第二容纳腔内设置有阻尼液。

在一实施例中，在所述第一开孔背向所述第一单向阀的一端设置有调节件，所述调节件可调节所述第一开孔的开度。

在一实施例中，所述活塞杆与所述缸筒密封连接。

在一实施例中，所述缸筒内设置有气体阻尼。

在一实施例中，所述串联式弹簧结构可用于汽车悬挂系统。

本发明技术方案通过采用将第一弹性件与第二弹性件串联，并且给第一弹性件施加了一个阻尼器，使第一弹性件在压缩和回复时会受到阻尼器的影响，还在阻尼器上设置有一个调节件，用于调节阻尼器的阻尼力的大小，通过调节阻尼器的阻尼力大小使第一弹性件的可压缩程度可调节，从而使串联式弹簧结构中第一弹性件和第二弹性件之间的形变量差发生变化，进而使串联式弹簧结构的弹性势能与弹性系数可调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明串联式弹簧结构未被压缩时的剖面图；

图2为本发明串联式弹簧结构的结构示意图；

图3为本发明串联式弹簧结构在一实施例下的剖面图；

图4为图3中A处的局部放大图；

图5为本发明串联式弹簧结构在又一实施例下的剖面图；

图6为图5中B处的局部放大图；

图7为本发明串联式弹簧结构在再一实施例下的剖面图；

图8为图7去除顶杆后的剖面图；

图9为本发明串联式弹簧结构在受力时第二弹性件被压缩，但第一弹性件未被压缩的剖面图；

图10为汽车悬挂系统一实施例的结构示意图；

图11为汽车悬挂系统另一实施例的结构示意图；

图12为k

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种串联式弹簧结构。

在本发明实施例中，如图1至图6所示，该串联式弹簧结构包括阻尼器100，第一弹性件200和第二弹性件300。其中，阻尼器100包括活动部110和固定部120，活动部110阻尼式连接于固定部120；第一弹性件200具有相对的两端，第一弹性件200的一端连接活动部110，一弹性件的另一端连接固定部120；第二弹性件300连接固定部120，并且第二弹性件300与所述第一弹性件200串联。

此实施例将第一弹性件200的一端连接活动部110，另一端连接固定部120，相当于给第一弹性件200施加了一个阻尼器100，并将第二弹性件300也与阻尼器100相连。

其中，所述阻尼器100中具有流体阻尼，且所述阻尼器100的类型不受限制，所述阻尼器100可以是任何种类的阻尼器，所述阻尼器100可以是粘滞阻尼器，也可以是液压阻尼器，还可以是脉冲阻尼器，更可以是其他类型的阻尼器。所述阻尼器100通过所述活动部110上设置有一调节件800，所述阻尼器100通过调节件800可调节阻尼器100的阻尼力。

第一弹性件200与第二弹性件300串联，因此可以将第一弹性件200和第二弹性件300看作是一个串联弹簧，且具有串联弹簧的特性。

需要说明的是，将第一弹性件200与第二弹性件300串联后，根据胡克定律F＝-kx进行推导，新的串联弹簧的弹性系数为第一弹性件200的弹性系数和第二弹性件300的弹性系数之积与第一弹性件200的弹性系数和第二弹性件300的弹性系数之和的比值，假设第一弹性件200的弹性系数为k

而弹簧的变形增量与弹性势能与受力的多少无关，因此用弹簧的弹性势能公式为E

在一实施例中，假设第一弹性件200和第二弹性件300的弹性系数相同且都是k，新型串联的弹簧整体的变形增量x为一个定值时，有以下推论：

当阻尼器100的阻尼力非常大时，如图9所示，第一弹性件200受阻尼器100的影响此时很难被压缩，第一弹性件200的变形增量可忽略不计，而第二弹性件300的变形增量为x，此时串联式弹簧结构的弹性势能就是第二弹性件300的弹性势能为(1/2)kx

当阻尼器100的阻尼力逐渐减小时，第一弹性件200变得可以被压缩，在某一时刻，如图3所示，第一弹性件200的变形增量为(1/4)x，第二弹性件300的变形增量为(3/4)x。此时第一弹性件200的弹性势能为(1/16)×((1/2)kx

当阻尼器100的阻尼力非常小时，第一弹性件200几乎不受阻尼器100的影响时，此时第一弹性件200与第二弹性件300的，如图5所示，第一弹性件200的变形增量和第二弹性件300的变形增量相同，此时第一弹性件200和第二弹性件300的变形增量都为(1/2)x。此时第一弹性件200的弹性势能为(1/4)×((1/2)kx

因此，当第一弹性件200的变形增量与第二弹性件300的变形增量的和为总变形增量X，第一弹性件200的变形增量为X

请参阅图12，通过实验计算得串联弹簧的弹性系数k

本发明技术方案通过采用将第一弹性件200与第二弹性件300串联，并且给第一弹性件200施加了一个阻尼器100，使第一弹性件200在压缩和回复时会受到阻尼器100的影响，还在阻尼器100上设置有一个调节件800，用于调节阻尼器100的阻尼力的大小，通过调节阻尼器100的阻尼力大小使第一弹性件200的可压缩程度可调节，从而使串联式弹簧结构中第一弹性件200和第二弹性件300之间的形变量差发生变化，进而使串联式弹簧结构的弹性势能与弹性系数可调节。

在一实施例中，如图1所示，阻尼器100包括底座130，缸筒140和活塞150；缸筒140连接于底座130；活塞150活动连接于缸筒140，活塞150具有活塞150杆；第一弹性件200的一端连接于活塞杆151，第一弹性件200的另一端连接于底座130；第二弹性件300具有相对的两端，第二弹性件300的一端连接于底座130，第二弹性件300的另一端相对于底座130背向延伸。

缸筒140与底座130连接，连接方式可以是卡接，也可以是焊接。活塞150与缸筒140活动连接，使得活塞150可以相对于缸筒140做往复运动。活塞150具有活塞杆151，以便于将施加的力传导在活塞150上，也便于第一弹性件200与第三弹性件700的连接。

其中，第一弹性件200的一端连接于活塞杆151，另一端连接于底座130，使阻尼器100施加在第一弹性件200上。第二弹性件300连接于底座130，第一弹性件200和第二弹性件300与阻尼器100之间的连接方式可以是铆接，也可以是卡接，还可以是焊接。

在一实施例中，请参阅图3至图6，在活塞150上开设有第一开孔152和第二开孔153，使第一开孔152和第二开孔153可以贯通活塞150。并且第一开孔152和第二开孔153用于在活塞150相对于缸筒140运动时，阻尼可通过第一开孔152和第二开孔153流入或流出活塞150两侧的两个腔室。所述串联式弹簧结构还包括第一单向阀400和第二单向阀500，将第一单向阀400设置在第一开孔152内，将第二单向阀500设置在第二开孔153内。

第一单向阀400和第二单向阀500的流通方向相反，可以是第一单向阀400控制下方腔室流通至上方腔室，第二单向阀500控制上方腔室流通至下方腔室；也可以是第一单向阀400控制上方腔室流通至下方腔室，第二单向阀500控制下方腔室流通至上方腔室。设置不同的流通方向的第一单向阀400和第二单向阀500，可减少阻尼的流量，使第一弹性件200的压缩与回复更加缓慢。

在一实施例中，请参阅图1至图8，活塞杆151上开设有贯通活塞150的第三开孔154，所述串联式弹簧结构还包括顶杆600和第三弹性件700，顶杆600设置在第三开孔154内且与活塞杆151动密封连接，使得顶杆600可相对于活塞杆151做往复运动。

第三弹性件700具有相对的两端，其中，所述第三弹性件700的一端连接于活塞杆151，第三弹性件700的另一端连接于顶杆600。第三弹性件700两端的连接方式可以是铆接，也可以是卡接，还可以是焊接。

缸筒140内设置有靠近顶杆600的第一容纳腔141和远离顶杆600的第二容纳腔142，在活塞150上还开设有第四开孔155，第四开孔155连通第二容纳腔142，并且第二容纳腔142可通过第四开孔155流通至第一容纳腔141。顶杆600可通过遮挡第四开孔155来调节流入第三开孔154内的阻尼，进而可调节第二容纳腔142流入第一容纳腔141的阻尼，进而可调节第一弹性件200的软硬程度。

在一实施例中，请参阅图7，缸筒140内设置有隔板和第三容纳腔143，隔板可相对于缸筒140往复运动，且使隔板与缸筒140密封，以防止但三容纳腔中的气体泄露。隔板将第二容纳腔142和第三容纳腔143隔开，在第三容纳腔143内设置有可压缩的介质144，可被压缩的介质144可以是空气，可以是氮气，还可以是二氧化碳。

第一容纳腔141和第二容纳腔142内充满了阻尼液145，而顶杆600与活塞杆151具有一定的体积，在做往复运动时因第一容纳腔141和第二容纳腔142充满了阻尼液145，而使活塞150和顶杆600无法下压。因此设置了隔板与第三容纳腔143，并在容纳腔内充有可压缩的气体，使顶杆600和活塞杆151可以正常下压。

阻尼液145可以是硅油，也可以是甘油，还可以是别的具有粘滞阻力的油状液体。

在一实施例中，请参阅图7，第一开孔152贯通所述活塞150，在背向第一单向阀400的一端设置有调节件800，调节件800用于调节第一开孔152的开度，可以将第一开孔152完全打开，也可以将第一开孔152完全关闭，也可以将第一开孔152部分打开。调节件800通过控制第一开孔152的开度来控制流入第一开孔152的阻尼，进而可调节第一弹性件200的软硬程度。调节件800的调节方式可以是机械调节，也可以是电动调节，调节件800也可以是一个调节阀。

在一实施例中，请参阅图1，活塞杆151与缸筒140间密封连接，以防止在活塞150运动的过程中，缸筒140内的油液被带出或是缸筒140内的气体泄露。

在一实施例中，请参照图5，所述缸筒140内设置有气体阻尼146，所述气体阻尼146可以是空气，氮气，也可以是别的粘滞性比较好的气体。

在一实施例中，所述串联式弹簧结构可用于汽车悬挂系统900，请参阅图11，所述汽车悬挂系统900也可以包括串联式弹簧结构，减震器930，车架940和车轮910，将所述串联式弹簧结构连接于车架940，所述车轮910与车架940相连，所述减震器930连接于车轮910，通过调节串联式弹簧结构的弹性系数，可以保持车架940间的距离，以应对各种路面情况。

在其他实施例中，请参阅图10，所述汽车悬挂系统900可以包括串联式钢板弹簧结构920，阻尼器100，减震器930和车轮910。将串联式钢板弹簧结构920与车架相连，所述减震器930连接车轮910，通过调节串联式钢板弹簧结构920的弹性系数，以适用于不同的路况。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。