[发明专利]一种非线性扭簧组结构及其使用方法

说明书

本发明公开了一种非线性扭簧组结构及其使用方法，其中，非线性扭簧组结构包括第一安装板、第二安装板、转轴和多个扭簧，第一安装板和第二安装板相对布置，第一安装板和第二安装板的中部均设有通孔，转轴安装在两个通孔内；第一安装板上设有多个安装孔，多个安装孔和多个扭簧一一对应，第二安装板上设有多个限位孔，多个限位孔和多个扭簧一一对应；多个扭簧同轴套装在转轴上，每个扭簧一端固定安装在安装孔内，每个扭簧另一端滑动安装在限位孔内。通过多组同轴扭簧地依次扭动，扭簧组结构的弯矩和扭动角度间呈函数变化，能够根据不同的应用场景、不同压力匹配扭簧，具有使用简便、匹配方式灵活多变和可提高弹簧应用场景等优点。

技术领域

本发明涉及弹簧技术领域，具体涉及一种非线性扭簧组结构及其使用方法。

背景技术

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件，用弹性材料制成的零件在外力作用下发生形变，除去外力后又恢复原状。弹簧一般用弹簧钢制成，弹簧的种类复杂多样，根据形状，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧、压簧和扭簧等，根据弹簧弹形变量又分为线性弹簧和非线性弹簧。传统扭簧大多是线性弹簧，其弯矩大小与扭簧扭动角度成正比关系，参照图1。但在现实中，会碰到很多需要非线性弹力的情况，例如置于河流中的闸门，如何实现在水流冲击力过大的情况下闸门开口变大，在水流冲击力较小的情况下闸门开口变小，不同流速的水流对闸门的冲击力就呈现出非线性关系；此时传统的线性扭簧就不能满足要求，急需一种能够根据不同的应用场景、不同压力大小进行匹配的非线性扭簧。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于：如何设计一种非线性扭簧组结构，通过该扭簧组结构，能够根据不同的应用场景、不同压力大小进行匹配，具有使用简便、匹配方式灵活多变和可提高弹簧应用场景等优点。

本发明采用了如下的技术方案：

一种非线性扭簧组结构，包括第一安装板、第二安装板、转轴和多个扭簧，第一安装板和第二安装板相对布置，第一安装板和第二安装板的中部均设有通孔，转轴安装在两个通孔内；第一安装板上设有多个安装孔，多个安装孔和多个扭簧一一对应，第二安装板上设有多个限位孔，多个限位孔和多个扭簧一一对应；多个扭簧同轴套装在转轴上，每个扭簧一端固定安装在安装孔内，每个扭簧另一端滑动安装在限位孔内。

进一步地，所述扭簧包括从中心往外的第一扭簧、第二扭簧、第三扭簧和第四扭簧，所述安装孔包括从中心往外的第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔和第四安装孔，所述限位孔包括从中心往外的第一限位孔、第二限位孔、第三限位孔和第四限位孔，第一限位孔、第二限位孔、第三限位孔和第四限位孔依次变大或依次变小。

进一步地，所述第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔和第四安装孔均为相同的圆孔，所述第一限位孔、第二限位孔、第三限位孔和第四限位孔均为弧形环孔。

进一步地，所述第一安装板和第二安装板均为圆形，第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔和第四安装孔沿第一安装板径向从内往外布置，第一限位孔、第二限位孔、第三限位孔和第四限位孔沿第二安装板径向从内往外布置。

一种非线性扭簧组结构的使用方法，包括以下步骤：

S1：扭簧组结构内的所有扭簧相同，单个扭簧的弹力计算公式为：

其中，E表示弹簧模量，d表示线径，表示扭动角度，n表示有效圈数，D表示中径，L表示扭臂长度；

S2：当第一安装板转动时，第四扭簧被扭动，其余扭簧在各自对应的限位孔内滑动，此时弹力为F1；随着第一安装板继续转动，第三扭簧也被扭动，第一扭簧和第二扭簧在各自对应的限位孔内滑动，此时弹力为F1+F2；

S3：假设扭簧个数无限，以此类推，随着第一安装板的持续转动，扭簧组结构的弹力逐渐增大，从而使得扭簧组结构的弯矩大小和扭簧扭动角度呈函数关系。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：