本发明涉及弹性材料压缩弹簧。本发明的推荐实施例涉及一种新颖的压缩弹簧，这种压缩弹簧是由径向定向以提供低弹簧刚度的最小量的弹性材料制成的。本发明具有广泛的，多种用途，例如用做消除汽车撑杆侧向负载的辅助弹簧，替代小型汽车的弹簧减振系统，隔绝发动机和车辆平台的振动，以及在运动鞋中吸收能量。 某些轻型汽车，如通用汽车公司的Cutless Supreme和Lumina，需要用辅助弹簧来平衡绕撑杆组件的力矩并消除作用在撑杆组件上的侧向载荷。在附图2中画出了一种为此目的研制并成功销售的辅助弹簧。这种辅助弹簧是用E.I.dupont de Nemoirs公司生产和销售的商标为Hytrel的共聚多酯聚合物弹性材料制成的。在本申请说明书的详细描述部分将对这种相关的技术作更为详尽的描述。与本发明相关的另外的现有技术是美国专利4，198，037号和4，566，678号。这两项专利都涉及用Hytrel材料生产压缩弹簧的方法及相关的压缩永久变形问题。这两项专利都主要涉及那种要求很高弹簧刚度以吸收大量能量的应用场合，如有轨内燃机车工业。另外，这两项专利都致力于在制造过程中通过轴向的，而不是径向地预压缩步骤来消除压缩永久变形问题。
本发明涉及一种中空体制成的压缩弹簧，用来在径向上吸收能量。这种压缩弹簧是用塑性变形和弹性变形之比大于1.5比1的弹性材料制成的。这种弹性材料最好使用dupont公司的Hytrel商标的共聚多酯聚合物。在推荐实施例中，中空体具有至少一个长形的，非圆形横截面，在制造过程中的预压缩时消除了任何压缩永久变形问题，提供了最大的分子定向性并以少量材料提供了最大的能量吸收性能，从而大大降低了弹簧材料成本。
本发明的目的是提供：
1.一种形状独特的压缩弹簧，以低的弹簧刚度在径向上吸收能量;
2.一种可成形为多个中空截面的弹性材料弹簧，用来以低的弹簧刚度提供最大的位移量;
3.一种弹性材料弹簧，具有最大的分子定向性，因而可用刚性较大的等级的和少量材料来制造，从而降低弹簧成本;
4.一种弹性材料弹簧，具有最大的分子定向性，可在更宽的温度范围内提供改善的性能;
5.一种弹性材料弹簧，可在大位移或行程中吸收小的力;以及
6.一种用弹性材料制成的弹性材料弹簧，这种弹性材料耐用，与盐和腐蚀性液体的反应呈惰性，没有撕裂扩展，所具有的拉伸特性使其塑性应变与弹性应变之比大于1.5比1。
现在对照以下附图详述本发明，以进一步了解实现本发明上述目的和其它特性的方式。
图1是制造辅助压缩弹簧中使用的型坯的立体图，这种辅助压缩弹簧是在通用汽车公司的某些轻型汽车中用于平衡绕撑杆组件的力矩和反抗侧向载荷的;
图2是用图1所示型坯制成的辅助压缩弹簧的立体图;
图3是按照本发明制造的改进的辅助径向弹簧的型坯立体图，图中可见所用材料量减少从而降低了弹簧成本;
图4是按照本发明制成的改进的辅助弹簧的立体图;
图5是用来说明本发明原理和广泛应用的型坯的立体图;
图6所示侧视图表示为获得按照本发明的径向压缩弹簧而预压缩图5型坯并使其定向的装置和方法;
图7所示侧视图表示处于预压缩位置的图6所示的装置和型坯;
图8是按照本发明的径向弹簧的立体图;
图9所示立体图表示本发明推荐实施例的改进和变型。
本发明的一部分是关于对附图中所示的现有压缩弹簧的改进。图2中标号10表示现有技术中的压缩弹簧，这种压缩弹簧装在通用汽车公司的某些汽车的撑杆组件中，目的是在某些驾驶条件下平衡力矩并吸收作用在撑杆组件上的侧向载荷。图2所示弹簧是用dupont公司生产的商标为Hytrel的弹性材料制成的，这种弹性材料在前述美国专利4，198，037号和4，566，678号中有更为详尽的描述。这种弹簧具有由连接部分14接合在一起的两个椭圆形部分12。孔16穿过弹簧的纵轴，用来穿过将弹簧两端连接于车体和撑杆组件（未画出）的螺栓。在组装时，施加在弹簧两端的力以向内的径向压在每个椭圆形部分12上。
图2所示的径向弹簧10是由图1所示的包括两个圆形部分12′的型坯10′制成的。在成形之后，型坯10′经过预压缩而呈图2所示弹簧的形状，Hytrel弹性材料的分子结构得以定向。由于预压缩和分子定向，型坯10′发生压缩永久变形，圆形部分12′变成椭圆形，如图2所示，弹簧的高度变短。Hytrel弹性材料经过第一次预压缩而发生图2所示那种永久变形之后，对其施加的任何力去除时，弹簧都会恢复到图2所示的高度和永久变形后的形状。
图2所示的辅助弹簧用于通用汽车公司的某些车辆，在平衡绕悬挂系统的力矩时十分有效。但是鉴于Hytrel弹性材料成本很高，需要对弹簧进行改进以便降低材料成本并改善其性能。这种改进包括型坯形状的修改，径向定向的程度，所用Hytrel材料的等级和制成的弹簧的形状等方面。
现参阅图3，新的型坯20′的形状具有两个非圆形的狭长部分22′，其壁24′的横截面厚度大大地薄于图1所示型坯。连接部分25′将两狭长部分22′连接在一起。与图1所示的型坯相似，新型坯具有加强肋26′，肋26′附加在壁厚上与壁24′整体成形。另外，型坯在每个狭长部分22′的顶部和底部还具有小的隆起部分28′。与图1所示型坯相似，设有孔30以便将弹簧连接在车的底盘和撑杆上。
由于型坯20′的壁较薄，大大降低了弹簧所使用的Hytrel材料成本。由于非圆形的结构变化，壁较薄，这样使狭长部分22′可进行较大程度的分子结构定向。壁较薄的另一个优点是，因缩短了冷却和成形循环时间，而降低了加工成本。另外，这种结构设计可以使用不同的，较大刚性等级的Hytrel材料，同时在更宽的温度范围内改善了弹簧性能。
这种型坯可使用几乎任何拉伸特性为塑性应变与弹性应变之比大于1.5比1的弹性材料制成。如前所述，推荐使用的弹性材料是E.I.dupont de Nemoirs公司制造和销售的商标为Hytrel的5556等级的共聚多酯聚合物，它具有合理的惰性，更为重要的是，它十分耐用。另外，这种弹性材料不易撕裂，或不会使裂缝扩展，即使具有较薄的横截面时也是这样。（关于这种弹性材料的细节，请见美国专利4，198，037号及该专利的引用文献）。
一般来说，弹性材料在购买时都呈丸粒状，按照本发明，弹性材料被注射或挤压入一模具以形成型坯20′。各种塑性成形技术如熔铸，注射成形，旋转模制等都可用来制造这种型坯。
与图1和2所示的现有弹簧相似，型坯20′也需要预压缩以便克服Hytrel材料的压缩永久变形问题，并使其分子结构定向。其作法是将型坯放入压床，施加足够大的径向力将型坯压至实心体位置。当松开压力时，型坯20′将呈现图4所示形状，部分24已发生永久变形，呈菱形，具有弯曲的侧壁。
与图1所示型坯不同的是，图3所示型坯的非圆形的，狭长侧壁变形一个更大的角度以使其分子结构获得更大程度的定向（而图1圆形型坯，变形局限于大约90°）。由于其非圆形的狭长形状和较大程度的定向，图4所示径向弹簧，尽管其壁部较薄，Hytrel材料用量减少，但是具有与图2所示弹簧相同的弹性和弹簧特性。
图5-8更详细地表明本发明的特征。图5所示型坯40′是一个中空体，其垂直壁42′是非圆形的，其长度或主轴A显著地大于其宽度或副轴B。由于型坯是非圆形的，所以Hytrel材料的壁部可进行更大的预压缩，挠曲和分子定向。
图6和7表示预压缩步骤，其中，将型坯放在一固定板44和一活动板46之间，液压冲头或其它装置所施加的力F使活动板46运动而预压缩型坯，如图7所示，侧壁42发生最大程度的挠曲和定向，型坯被压成实心体，两壁部在中部被压弯变形180°。当松开压力时，型坯呈最终的压缩永久变形，如图8所示，在每个侧壁上呈现大约90°的弯曲48-48。在以后的压缩时，弹簧不再有压缩永久变形问题，都会恢复图8所示的高度。本发明的这种“弹回”特性及弹簧刚度特性部分是由于Hytred材料的分子定向的结果，分子定向是在图6和7所示的预压缩步骤中形成的。
本发明的主要原理是，在设计弹簧型坯的形状时，要使得在压缩中使Hytrel材料可发生最大的位移以便克服压缩永久变形问题并使材料获得最大程度的分子定向。至于弹簧的结构，相互之间可有显著的不同，不存在一种可满足各种需要的结构形式。但是重要的是，设计型坯时要做到当施力时Hytrel材料可位移或应变至相当大的程度。当按照本发明为一种新的应用场合设计一种压缩弹簧时，推荐的直接步骤是制做两个或更多的具有非圆形狭长部分的型坯，预压缩，并在壁部上形成180°的弯折;然后松释预压缩力。然后将每个不同弹簧的尺寸和形成的弹簧刚度进行比较，以便推断出新尺寸，从而获得适于新应用场合的所需弹簧刚度。
塑性成形和压缩弹簧设计技术领域的技术人员可以发现，本发明的许多改变都可产生满意的结果。例如，在型坯外周不同点上施加径向预压缩，以便在壁部获得附加弯折并提高分子结构定向的程度。或者型坯的壁上可成形向内的角度或斜面，然后恰在预压缩之前向外翻转，然后使壁折曲大于180°以获得更大程度的分子结构定向。同样，按照本发明也可设计扭转及拉伸弹簧。例如在图9中，在弹簧底部可放置静止的固定棒50，而在顶部插放一根位于上部的棒52。当向上部的棒52施加拉伸力或以相反的方向转动时，对聚合物弹性材料可实施最大的分子结构定向，这样制成的产品可用做拉伸或扭转弹簧。对于某些应用场合来说，也可以使用Hytrel以外的其它可定向的弹性材料。本专业技术人员懂得，上述或其它改变并不超出权利要求书所限定的本发明的范围。