非螺旋扭簧系统
专利汇可以提供非螺旋扭簧系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种非螺旋 扭簧 系统，包括待连接到 载荷 上的臂以及至少一个待连接到活动部件上的环，所述载荷例如是车辆的车架或者底盘，所述活动部件例如是车辆悬架部件。可设置成同心组的扭转元件的每一个的一端设置在所述臂上并抵抗相对于所述臂的旋转，但是允许相对于所述臂做挠曲运动。每个所述扭转元件的另一端设置在所述至少一个环处并抵抗相对于所述至少一个环的旋转，但是允许相对于所述至少一个环做挠曲运动。至少一个所述端可以轴向地移动。每组扭转元件连接到相应的环上。扭转控制装置手动地或者通过使用伺服 电机 来调节所述至少两个扭转元件中的扭转。，下面是非螺旋扭簧系统专利的具体信息内容。
1.一种非螺旋扭簧系统，其包括：
待连接到载荷上的臂；
至少一个待连接到活动部件上的环；
至少两个扭转元件，每个所述扭转元件的一端设置在所述臂处并抵抗相对于所述臂的旋转，但是允许相对于所述臂做挠曲运动，每个所述扭转元件的另一端设置在所述至少一个环处并抵抗相对于所述至少一个环的旋转，但是允许相对于所述至少一个环做挠曲运动，至少一个所述端可以轴向地移动；以及
用于调节所述至少两个扭转元件中的扭转的扭转控制装置。
2.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述至少一个环是多个控制环，所述至少两个扭转元件成组设置，每组扭转元件与相应的一个所述控制环相关联。
3.根据权利要求2所述的扭簧系统，其中，所述扭转元件组包括内部同心组和外部同心组。
4.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述扭转控制装置包括控制杆，所述至少一个环是多个控制环，每个所述控制环包括沿着相应的一个所述控制杆可调节的控制臂，用来调节所述至少两个扭转元件中的扭转。
5.根据权利要求4所述的扭簧系统，其中，所述控制杆带有外螺纹，所述控制臂具有旋拧在所述控制杆上的内螺纹柱。
6.根据权利要求4所述的扭簧系统，该扭簧系统还包括杆支座，所述控制杆在该杆支座上可枢转。
7.根据权利要求1所述的扭簧系统，该扭簧系统还包括端部支座，所述臂和所述至少两个扭转元件分别安装在该端部支座上。
8.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述至少两个扭转元件是金属杆。
9.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述扭转控制装置包括接合销，每个接合销待致动以将所述至少两个扭转元件的相应一个和所述至少一个环连接和分离。
10.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述扭转控制装置包括伺服电机，每个伺服电机待启动以将所述至少两个扭转元件的相应一个和所述至少一个环连接和分离。
11.根据权利要求5所述的扭簧系统，该扭簧系统还包括用于旋转所述控制杆的伺服电机。
12.根据权利要求11所述的扭簧系统，其中，所述扭转控制装置包括伺服电机，每个伺服电机待启动以将所述至少两个扭转元件的相应一个和所述至少一个环连接和分离，电子控制装置独立或者多重启动用于将所述至少两个扭转元件连接到所述至少一个环的所述伺服电机，并且独立或者多重启动用于旋转所述控制杆的所述伺服电机。
13.根据权利要求12所述的扭簧系统，该扭簧系统还包括至少一个传感器，所述传感器连接到所述电子控制装置，用于自动地启动所述电子控制装置。
14.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述载荷是车辆的车架或者底盘，且所述活动部件是车辆悬架部件。
15.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述至少两个扭转元件具有不同的长度。
16.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述至少两个扭转元件具有不同的直径。
17.根据权利要求1所述的扭簧系统，其中，所述载荷是建筑结构，所述活动部件是门。
技术领域
本发明涉及一种非螺旋扭簧系统。这样一种系统可以用在车架或者底盘与车辆悬架部件之间。
背景技术
螺旋弹簧或者卷簧(例如在美国专利No.5464197和No.4961743中公开的)或者车库门弹簧不是纯扭转装置，在这些弹簧中该物体只有一个结构或者“卷绕形状”相对于物体的另一个“卷绕形状”旋转，但是其间的材料以简单拉紧和压缩的方式挠曲。纯扭转是物体的特殊运动，其中该物体中相邻的材料朝着相反的方向扭曲。
纯扭转元件的前三个应力是很大的障碍，因为它们以元件半径的平方增加并妨碍有效、载荷范围宽、可控的扭簧系统的结构。
在元件的中心材料沿着直线路径缠绕时产生第一内部应力，此时外部材料(偏离中心线)以较长的螺旋路径旋转且关于中心沿纵向施加应力。在零旋转时一个物体的两个相等且相反的端点在360度旋转之后又变成相等且相反的端点，但是在两点之间的中间材料与中心材料相比由于其较长的螺旋路径已经承受相当大的纵向应力。
第二内部应力也是纵向的剪力，但是与第一内部应力成直角。如果把元件想象成一堆细管或者小圆柱，那么当端部朝着相反的方向旋转或者扭曲时，外层的细管或者圆柱相对彼此纵向移位。任一方向的扭转在每个圆柱之间以及材料区域产生一系列纵向应力。距中心距离相等的每一层或者材料的每个纵向段与相邻的到中心层距离相同或相等的材料之间产生剪应力。
第三内部应力是扭转试图使每一组分子或者扭转区域绕着它们自己的中心旋转并在相邻的材料组之间的区域中产生旋转应力。那些相邻材料的边缘区域试图在相同的方向上旋转，像在显示材料的相似的旋转的表面上的滚动铅笔，但其也显示了那些圆柱之间的表面在相反的方向上受到剪力。
那些应力以半径的平方增加，因此半径变成两倍后，应力就会增加到四倍。在扭转中应力是不可避免的，因为扭转元件的每一颗粒或部分相对于元件的其他所有颗粒或部分处于不同的轨道弧或者不同的三维运动。
第四应力是在扭转材料及其固定附接端部之间的相交处产生的扭转和挠曲之间的抵触。在扭转元件端部的材料是刚性固定的，甚至通过简单的90度吊钩附件固定。在该狭窄的横向连接处，刚性固定的材料突然以由扭转材料形成的螺旋角挠曲。该回动角度的变化在直接横穿并完全通过扭转材料的狭窄区域中产生了破坏性的应力集中。这与扭转杆中最常见的疲劳断裂或失效点一致。
例如在美国专利No.6099006、No.6431531、No.5716042和No.6945522中公开了只有一个扭转杆的装置。例如在美国专利No.5556083、No.4884790、No.5020783中公开了具有非圆形的截面或者包括多个同心管的中空的杆。例如在美国专利No.6877728、No.5158321、No.6752411和No.5163701中公开了具有多个杆的装置。例如在美国专利No.5382007、No.4966386中公开了具有弹性安装件的装置。美国专利No.5326128示出了一种装置，其只有通过拆卸或者更换部件来调节。美国专利No.6454284示出了一种装置，其只能局部调节。美国专利No.6241224教导了一种扭簧，其由塑料端件之间的弹性复合物制成。所有所述装置都受到上述应力的困扰。
发明内容
考虑到以上和其它目的，根据本发明，提供了一种非螺旋扭簧系统，该非螺旋扭簧系统包括待连接到载荷上的臂以及至少一个待连接到活动部件上的环。至少两个扭转元件的每一个的一端设置在所述臂上并抵抗相对于所述臂的旋转，但是允许其相对于所述臂做挠曲运动。所述至少两个扭转元件的每一个的另一端设置在所述至少一个环上并抵抗相对于所述至少一个环的旋转，但是允许其相对于所述至少一个环做挠曲运动。在所述臂处的扭转元件端部或者在环处的扭转元件端部，或者两者都是轴向可移动的，也就是可沿纵向移动。在所述至少两个扭转元件上设置扭转控制装置来调节扭转。提供许多扭转元件而不是现有技术中使用的螺旋弹簧或者卷绕弹簧，极大地降低或消除了应力。当用于车辆时，载荷是车辆的车架或底盘，运动部件是车辆的悬架部件。
根据本发明的系统通过提供一种非螺旋的纯扭转系统消除了应力，该系统具有两个或者更多分离的、小直径的、多中心的扭转元件，以一个或者更多分离的组控制扭转元件，在这些组中每一个扭转元件与其他所有元件独立地扭转。所述元件在一个或两个端部附接处是纵向自由的，以在它们螺旋与解螺旋时允许所述元件在任一方向上纵向移位而缩短或加长。扭转元件的端部附接件抵抗性地旋转，同时仍在长度和挠曲运动中保持两个轴向自由度。
根据本发明的另一特征，所述至少一个环是多个控制环，所述至少两个扭转元件设置成组，每一组与所述控制环中相应的一个相关联。在一个优选的实施方式中，提供了三个同心的组，也就是内组、外组和中间组。
根据本发明的进一步特征，所述扭转控制装置包括控制杆。所述至少一个环是多个控制环，所述控制环均具有沿着相应的一个所述控制杆可调节的控制臂，用来调节所述至少两个扭转元件中的扭转。在一个优选的实施方式中，所述控制杆向外螺旋，所述控制臂具有旋拧在所述控制杆上的向内螺旋的螺柱。只需要旋转所述控制杆就可以调节扭转元件中的扭转。
根据本发明的附加特征，提供了杆支座和端部支座，在所述杆支座上所述控制杆是可枢转的，所述臂和所述至少两个扭转元件分别安装在所述端部支座上。所述至少两个扭转元件可以是金属杆，但合成的、非金属的或者复合材料也可以使用。
根据本发明的附加特征，所述扭转控制装置包括接合销，每个所述接合销待致动以将所述至少两个扭转元件中的相应一个和所述至少一个环连接和分离。这提供了一种简单的方法，用来手动调节扭转元件中的扭转，并且调节几乎是无级改变。
根据本发明的又一附加特征，所述扭转控制装置包括伺服电机，每个伺服电机待启动以将所述至少两个扭转元件中的相应一个和所述至少一个环连接和分离。这些伺服电机起到了与所述接合销相同的作用，但是能够更加容易和迅速地启动。
根据本发明的又一特征，提供伺服电机以旋转控制杆。同样，这些伺服电机使用起来比手动旋转控制杆更加快捷和容易。
根据本发明的又一附加特征，提供了电子控制装置，该电子控制装置独立或者多重启动用于将所述至少两个扭转元件连接到所述至少一个环的伺服电机，且独立或者多重启动用于旋转所述控制杆的伺服电机。因此所述系统的操作者(例如使用所述系统的车辆的驾驶员)可以基于期望的载荷远程地设置所述伺服电机。所述伺服电机的独立设定可以根据经验确定并存储在电子控制装置的表格中，以在将来容易供载荷使用。
根据本发明的又一附加特征，提供了至少一个传感器，该传感器连接到用于自动地启动所述电子控制装置的所述电子控制装置。以这种方式，所述伺服电机根据所述表格来设定而不用任何人工干预。当然，如果希望根据所述表格改变预设程序，仍然可以启动个体伺服电机。
根据本发明的又一附加特征，所述至少两个扭转元件具有不同的长度或不同的直径。所述元件可以具有不同的长度和不同的附接直径以允许更好地接近每个扭转元件的控制端部，以使得独立的元件接合、用于手动或动态接合和控制的齿轮或者伺服的安装更加有效。
根据本发明的一个相伴特征，所述载荷是建筑结构且所述运动部件是门，比如车库门，优选是架空车库门。
根据本发明的系统的构成没有很大的应力，这允许宽范围的弹簧载荷、更大范围的旋转、更大弧度的可用弹簧载荷、更高的循环寿命、消除元件变形或失效、改进的弹簧效率、可无级调节的弹簧阻抗、预载荷、位置控制和适用于广泛通用车辆所用的非金属或者复合结构。所述元件以独立的纯扭转运作，其中多个分子微小移动且扭转沿着每一个元件均匀分担。
总弹簧载荷容量、弹簧比率、弹簧位置、预载荷以及运动范围是可调节的，在弹簧系统中被手动或自动地控制，并且不仅通过扭转元件的总数、它们各自的强度、长度、预载荷和每一组的位置来控制，还通过手动、自动或者实时动态接合的元件的数量来控制。
作为本发明特性所考虑的其他特征记入附加权利要求中。
尽管在这里本发明被例示和描述成实施为非螺旋扭簧系统，然而其不应限制到已经显示的细节，因为可以作出各种改进和结构改变，而不偏离本发明精神和所述权利要求的等同物的范围内。
然而，在结合附图阅读时，从以下对具体实施方式的描述将最好地理解本发明操作的结构和方法以及附加的目的和优点。
附图说明
图2是从控制端看过去的扭簧系统的手动接合实施方式的立体图；
图3是手动接合实施方式的控制端的局部立体图；
图4是手动接合实施方式的工作端的局部立体图；
图5是扭簧系统的手动接合实施方式的前视图；
图6是扭簧系统的手动接合实施方式的侧视图；
图7是从手动接合实施方式的工作端看去的侧视图；
图8是从手动接合实施方式的控制端看去的侧视图；
图9是根据本发明的扭簧系统的伺服电机接合实施方式的前视图；
图10是扭簧系统的伺服电机接合实施方式的后视图；
图11是扭簧系统的伺服电机接合实施方式的侧视图；
图12是从伺服电机接合实施方式的工作端看去的端视图；
图13是从伺服电机接合实施方式的控制端看去的端视图；
图14是从控制端看过去的扭簧系统的伺服电机接合实施方式的立体图；
图15类似于图14，是伺服电机接合实施方式的控制端的立体图。
具体实施方式
如图2中可以最佳地看到，在控制端3上设置三个独立的控制环12、13、14，不过可以使用一个、两个或者多于三个的控制环。控制环12至14被安装在具有安装孔16的控制端支座15上，控制端支座15可以连接到所述活动部件上或者车辆悬架部件上。盖17通过螺栓18固定在支座15上，在支座15和盖17之间限定了轴承孔19。未示出的轴穿过工作端支座7中的轴承孔11和控制端支座15中的轴承孔19。
三组独立的扭转元件20、21、22均在工作端环4和相应的一个控制环12至14之间延伸。这在图3、4中最好地看到，其中示出了外部扭转元件20、中部扭转元件21和内部扭转元件22。参考图1、2、4、6和7，可以看出每一个扭转元件21、22、23一端通过各自的轴环25和螺栓31固定到工作端环4上，以在允许挠曲运动和可选择地允许轴向运动时抵抗相对旋转。图2、5和8还示出了所述扭转元件21、22、23的另一端通过独立的手动致动接合销30固定到相应的控制环12至14上，每个所述接合销30穿过控制环至扭转元件，以使得扭转元件在允许挠曲运动和可选择地允许轴向运动的同时可以抵抗相对于控制环的旋转。
如图2、8中可以看到，每个控制环12、13、1具有各自的控制臂32、33、34。每个控制臂32、33、34具有各自的螺纹柱36、37、38，相应的控制杆40、41、42旋拧在这些螺纹柱中。控制杆40、41、42在各自的枢转柱48、49、50处连接到具有安装孔46的杆支座45。杆支座45也可以连接到车辆悬架部件。
因此元件12至14、25、30、31、32至34、36至38、40至42和48至50提供了用于调节扭转元件21至23中扭转的扭转控制装置。可以通过独立地接合或分离每个接合销30以及调节柱36至38的位置以及因此调节控制臂32至34沿着控制杆40至42的位置来调节系统1中的扭转。因此扭转可以与例如重量、尺寸和预期的车辆承载能力相匹配。因为这些销和控制臂以及所述三组杆的位置、成分和硬度的调节，所以可以进行无级调节。
根据本发明的扭簧系统60的伺服电机接合的第二实施方式在图9至15中看到。下边仅描述第一、第二实施方式之间的不同。
图9、10和12至15示出了接合伺服电机61，接合伺服电机61代替第一实施方式中的接合销30，用于接合独立的扭转元件21、22、23与控制环12、13、14。图9、13至15也示出了控制伺服电机62，其用于在柱36至38中旋转外螺纹的控制杆40至42。
伺服电机61、62可以通过手动启动开关63、64来控制，在图13中只示出了若干所述开关，用来控制一个或者一组伺服电机。所述开关可以如图示靠近伺服电机或者在伺服电机上，也可以远离伺服电机设置。伺服电机61的远程控制可以这样实现：使伺服电机61上的未示出的电刷与控制环12至14上的滑环接触，并且电缆65连接在滑环与图14中所示的电子控制装置66(例如车辆仪表盘上的面板)之间。类似地，在伺服电机62和控制面板66之间连接电缆67。也可以通过无线装置来实现远程控制。在任何情况下，伺服电机可以独立地或者成组地控制，在电子控制装置66的微处理器μP中的控制程序可以在预期的车辆载荷变化的基础上控制伺服电机。在电缆69和微处理器μP之间也可以用传感器68进行通信，以基于传感器68检测到的载荷变化启动一个或者多个伺服电机。所述传感器68可以设置在车辆或其他载荷上的不同位置，使得扭转控制装置可以针对不均匀载荷自动调节不同位置的扭转。因此元件61-69是用于调节扭转元件21至23的扭转的扭转控制装置的一部分。
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