专利名称：一种侧压力螺旋弹簧和带有该弹簧的密封圈的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种螺旋弹簧，尤其涉及一种能实现多方位应力补偿的侧压力螺旋弹簧；本实用新型还涉及一种安装了侧压力螺旋弹簧的密封圈。
背景技术：
环形密封圈是应用非常广泛的一种机械零件，多用橡胶材料制成，常被应用于轴与孔之间的动态密封；由于橡胶材料富有伸缩性，大多数环形密封圈中嵌有一根弹簧。由于现有技术的螺旋弹簧是用一直线材料缠绕一柱状体螺旋上升绕制而成，螺旋角为一常数，该弹簧只能在高度(即轴线)方向提供拉伸或压缩的应力补偿；而不能提供侧向(径向)应力补偿。所以，用普通螺旋弹簧作预紧力的环形密封件，多因应力补偿不足而造成密封件失效或弹簧脱落。1997年10月22日，中国专利CN97103062. 6，公开了一种《带有嵌入式环形螺旋弹簧的改进型密封件》，该发明将一个连续周向延伸的环形螺旋弹簧嵌在密封件的唇体中。唇体的轴向内表面部分地由多条间隔开的肋限定，其余部分由具有紧靠环形螺旋弹簧的径向和轴向最内部分的部分来限定。该发明虽然对密封件进行了大的改进，有效地阻止了环形弹簧的脱落，但在密封件工作状态中，该环形螺旋弹簧的的拉应力是只能防止密封件的内唇的直径增大，而不能分别向内密封圈的内、外唇提供一个持续地应力补偿。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种能够实现多方位侧应力补偿且预紧力稳定的侧压力螺旋弹簧作为应力补偿元件。本实用新型可通过以下技术方案来实现一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一柱状体旋转弯曲成型,该柱状体的轴线就是弹簧的中心线，基本参数包括材料线径、弹簧外径和螺旋角；可绕制成柱状，也可以绕制成首尾相连的环状；优选的，本实用新型一种侧压力螺旋弹簧的螺旋角是一变量。所述螺旋角在前半圈为正螺旋角，呈上升趋势；所述螺旋角在后半圈为负螺旋角，呈下降趋势；所述前半圈与后半圈之间形成一螺旋角拐点的过渡面，该过渡面与弹簧的中心线重合。且所述正螺旋角的绝对值大于所述负螺旋角的绝对值；所以弹、簧整体呈螺旋上升结构。根据工作需要，本实用新型一种侧压力螺旋弹簧，可绕制成柱状，也可绕制成首尾相连的环状。制成柱状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一直线，其过渡面为一平面；制成环状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一个圆，其过渡面设为向内扭转45度，形成一圆锥面。本实用新型还提供一种密封圈，包括弹簧和密封圈本体；所述弹簧就是本发明前述的侧压力螺旋弹簧，该弹簧被制成首尾相连的环状；所述密封圈本体上设有安装该弹簧的环形凹槽；所述环形凹槽的槽宽小于所述侧压螺旋弹簧的外径。本实用新型的有益效果在于本实用新型的侧压力螺旋弹簧不仅能够承受中心线方向的正应力，还能承受与环面呈不同角度的侧应力，可对元器件实现有效的应力补偿。将此弹簧安装在密封圈的凹槽内，弹簧对密封圈的内、外唇都提供了预紧力，动态密封效果大大提闻。
图Ia是本实用新型一种侧压力螺旋弹簧的结构正面视图；图Ib是图Ia所示弹簧的过渡面逆时针旋转45度时的示意图；图Ic是截取图Ib其中的一圈演示弯曲顺序示意图； 图2a是本实用新型一种侧压力螺旋弹簧单线模型示意图；图2b是图2a单线模型的展开图；图3a是本实用新型一种侧压力螺旋弹簧制成柱状时，受侧向外力的示意图；图3b是图3a受到侧向外力后产生形变的示意图；图4是本实用新型一种侧压力螺旋弹簧制成环状时，受径向和轴向切外力时的示意图；图5a是本实用新型一种侧压力螺旋弹簧制成环状时，过渡面向内侧扭转45度的示意图5b是图5a的垂直剖面示意图；图6是本实用新型一种安装了侧压力螺旋弹簧的密封圈工作状态剖视图；图7是图6的俯视图。其中A是起始点，B是终止点，C是半圈拐点，D是中心线，E是过渡面+F表示正螺旋角，-F表示负螺旋角。I是侧压力螺旋弹簧2是密封圈本体3是旋转轴4是密封圈内唇口5是密封圈外唇口
具体实施方式
以下结合附图和较佳实施方例对本实用新型作进一步详细的描述如图la、lb、lc所示，本实用新型一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一中心线旋转弯曲成型，其绕制顺序如图Ic所示从起始点A出发，围绕中心线D旋转，逐渐上升，经半圈拐点C后，改为逐渐旋转下降，最后到达终止点B，完成一圈；周而复始，直至需要的长度。其中A、B两点的距离为弹簧的节距。显然，A、B、C中任意一点都可以理解为另一圈的起始点或拐点；于是在前半圈与后半圈之间就形成一个螺旋角拐点集合的过渡面E，该过渡面E还与弹簧的中心线D重合。如图2a、2b所示，本实用新型一种侧压力螺旋弹簧的模型展开后是一条向上倾斜的波浪形曲线，该曲线的切线与水平轴的夹角就是螺旋角，显然该螺旋角是一个随材料缠绕角度变化而变化的变量。该螺旋角在前半圈(0° -90° -180° )为正螺旋角+F，呈上升趋势；后半圈(180° -270° -360° )为负螺旋角-F，呈下降趋势。由于正螺旋角+F的绝对值大于负螺旋角-F的绝对值；所以使弹簧整体呈螺旋上升结构。本实用新型一种侧压力螺旋弹簧，根据工作需要可制成柱状，也可以制成首尾相连的环状。如图3a、图3b所示，本实用新型一种侧压力螺旋弹簧制成柱状时，可承受来自轴向和切向的多种外力；受力后该弹簧将由图3a变形为图3b，并在受力面上形成一反弹力面，也使施力元器件获得了理想的预紧力(即平面应力补偿)。本实用新型一种侧压力弹簧制成柱状时，弹簧的过渡面E与中心线D重合，过渡面E为一平面，如图Ib所示；如图4所示，当本实用新型一种侧压力螺旋弹簧制成首尾相连的环状时，还可以同时承受来自内环向外的外力和外环向内和外力，即同时向内环和外环释放环形应力补
\-ZX O本实用新型实施例的技术要点如图5a、图5b所示，为了使制成环状的弹簧在承受侧向外力的同时，也能承受旋转轴的转向切向外力，本实用新型一种侧压力弹簧制成环状时，并不是简单地将柱状的侧压力螺旋弹簧首尾相连，而是将过渡面E设为向内扭转45度，然后再首尾相连，使过渡面E由原始状态的圆柱面变形成为一个圆锥面。图6所示是本实用新型的另一较佳实施例，一种带有侧压力螺旋弹簧的密封圈；包括侧压力螺旋弹簧I和密封圈本体2。所述侧压力螺旋弹簧I制成图5b所示的首尾相连的环状；所述密封圈本体2上设有安装该弹簧的环形凹槽。由于密封圈本体2上的环形凹槽的槽宽小于所述侧压力螺旋弹簧I的外径，所以必须将弹簧压偏变形才能安装嵌入环形凹槽内；变形弹簧释放的反弹力撑宽环形凹槽，使密封件的内唇口 4向内环施加预紧力于旋转轴3，同时又使密封件的外唇口 5向外环施加预紧力于安装孔，从而达到内、外密封效果。如图7所示，实际上，安装在密封圈内的侧压力螺旋弹簧可能会受到各个方向的侧压力，当受侧压力时，弹簧会产生相应的形变，弹簧宽度增大或缩小；同时产生扭矩，在扭矩作用下，弹簧节距会增大或减小，螺旋角度会增大或减小。密封圈+弹簧联合体所受侧压力和切应力的方向与侧压力螺旋弹簧提供的补偿应力方向与之相反。从而给不同的元器件提供大小合适、方向广泛的预紧力，达、到密封或者缓冲等等各种目的。为了适应各种机械元器件使用，本实用新型一种侧压力螺旋弹簧的径向截面外形可制成正圆、椭圆、矩形或其它实用几何图形；为适应各种材料，本实用新型一种侧压力螺旋弹簧的线形材料的径向截面轮廓可设为正圆、椭圆、矩形或其它实用几何图形。以上已对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明和详尽的公开，但本实用新型并不限于所述实施例，任何熟悉本领域的工程技术人员在研读本实用新型的说明书后，都可以作各种的等同的变型或替换，但这些等同的变型或替换均属于本实用新型申请权利要求所限定的范围。
权利要求1.一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一柱状体旋转弯曲成型，该柱状体的轴线就是弹簧的中心线，基本参数包括材料线径、弹簧外径和螺旋角；可绕制成柱状，也可以绕制成首尾相连的环状；其特征在于 所述螺旋角在前半圈为正螺旋角，呈上升趋势；所述螺旋角在后半圈为负螺旋角，呈下降趋势；所述前半圈与后半圈之间形成一螺旋角拐点的过渡面，该过渡面与弹簧的中心线重合。
2.如权利要求I所述的一种侧压力螺旋弹簧，其特征在于所述正螺旋角的绝对值大于所述负螺旋角的绝对值；弹簧整体呈螺旋上升结构。
3.如权利要求I所述的一种侧压力螺旋弹簧，其特征在于绕制成柱状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一直线，所述过渡面为一平面；绕制成首尾相连的环状的侧压力螺旋弹簧的中心线为一个圆，所述过渡面设为向内扭转45度,形成一圆锥面。
4.一种密封圈，包括弹簧和密封圈本体；其特征在于所述弹簧就是权利要求I所述的一种侧压力螺旋弹簧，该弹簧被制成首尾相连的环状；所述密封圈本体上设有安装该弹簧的环形凹槽。
5.如权利要求4所述的一种密封圈，其特征在于所述环形凹槽的槽宽小于所述侧压力螺旋弹簧的外径。
专利摘要本实用新型提供一种侧压力螺旋弹簧，由线形材料缠绕一柱状体旋转弯曲成型，该柱状体的轴线就是弹簧的中心线，基本参数包括材料线径、弹簧外径和螺旋角；可绕制成柱状，也可以绕制成首尾相连的环状；其特征在于所述螺旋角是一变量。该螺旋角前半圈为正螺旋角，呈后半圈为负螺旋角；前半圈与后半圈之间形成一螺旋角拐点的过渡面，正螺旋角的绝对值大于负螺旋角的绝对值；弹簧整体呈螺旋上升结构。该弹簧可应用于各种机械应用领域，尤其是密封领域，受力范围广，可为元器件提供多方位的应力补偿，其应力补偿方向可随时随外界作用方向的变化来调整，当压应力不在水平面上，而是和水平面呈一定角度时，本弹簧同样可以提供足够的应力补偿。
文档编号F16F1/00GK202441790SQ20112053125
公开日2012年9月19日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者明昌勇, 高念平 申请人:上海大亚密封技术有限公司