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浅谈安全带卷簧机理 　　摘 要：本文简要地介绍了安全带卷簧的工作原理和技术要求，根据安全带的使用环境和平面蜗卷弹簧的技术要求对安全带卷簧的相关参数进行相关设计。 　　关键词:安全带卷簧卷收力扭矩平面蜗卷弹簧 　　中图分类号： V244 文献标识码： A 文章编号： 　　引言 　　随着轿车逐渐进入千家万户，行车安全也成为社会关注的焦点。安全带作为汽车安全中最重要的安全件也越来越受到人们的重视。卷簧是安全带卷收器中的重要组件之一，通过其内部的弹簧机构储存能量来实现安全带织带的回卷和安全带锁止机构的解锁，其工作的稳定性直接影响扭矩的大小和直接影响安全带佩戴时的舒适性，而舒适性不好是目前影响安全带使用率的主要原因之一。为确保安全带使用时的可靠性和舒适性，设计一款性能优越的卷簧是十分必要的。 　　安全带卷簧的发展及应用 　　安全性和舒适性一直是车用安全带的发展方向，随着紧急锁止式安全带的诞生，安全带逐渐成为车辆的强制配置之一。卷簧作为紧急锁止式安全带中的储能部件和解锁部件，其性能对安全带的安全性和舒适性有很大的影响，特别是卷簧输出力矩对安全带舒适性的影响，为了获得更好的舒适性，甚至诞生了舒适型的双卷簧结构。 　　目前普遍运用的卷簧一般为变力卷簧，其输出力矩随着织带的拉出而增大，以下论述主要针对这种普通卷簧。此种卷簧结构简单，安全可靠，虽然舒适性不如双卷簧，但经济实用性比双卷簧好很多，而且选用合适的弹簧材质并优化弹簧设计，能获得更好的舒适度。因此，目前绝大部分车用安全带均采用此种卷簧。 　　安全带卷簧的工作原理 　　安全带卷簧的结构特性 　　如图1所示，安全带卷簧的典型结构一般由内盖、外盖、芯轴三个塑胶件及弹簧组成，其塑胶件部分主要起约束和支撑弹簧的作用。其中外盖定位弹簧的外端，芯轴定位弹簧的内端，再加上内盖便能将整个弹簧机构约束在盒盖内部。有时候内盖或芯轴会成为卷收器上其他零件的某个特征或者整个卷簧组件多几个其它零件，但其组装后约束和支撑弹簧的基本功能不会改变。 　　 　　图1安全带卷簧的结构示意图 　　当通过拧紧芯轴来拧紧弹簧时卷簧储存能量，当弹簧释放能量转变为输出力矩通过芯轴传递给卷轴可以实现安全带织带的回收和锁止机构的解锁。因此弹簧是安全带卷簧中的核心部件，该弹簧一般选用平面蜗卷弹簧，平面蜗卷弹簧具有结构简单、储存能量大、稳定可靠等优点，其在一定范围内能输出相对平稳的力矩，因此被广泛运用于安全带卷簧中。 　　平面蜗卷弹簧的工作特性 　　平面蜗卷弹簧通过带料（常用材料如表1所示）卷绕成平面蜗卷形的弹簧，在垂直于轴的平面内形成转动力矩，借以储存能量。平面蜗卷弹簧工作可靠，维护简单，防潮，防爆，作为稳定的动力源被广泛运用于各种机械结构中。 　　表1平面蜗卷弹簧相关材料 　　 　　 　　 　　平面蜗卷弹簧自由状态时占用相当大的体积，通常将它装在盒盖内使用，安全带卷簧亦是采用这种结构，其外端固定结构为弯钩固定（性能相当于村片固定），内端固定结构也为弯钩固定。平面蜗卷弹簧的工作特性如图2所示。A点相当于缠绕前的状态。B点相当于缠绕后的自由状态，其圈数用nz表示。当平面蜗卷弹簧处于自由状态时，其力矩为零。C点相当于平面蜗卷弹簧放入卷簧盒盖后完全放松的状态，此时平面蜗卷弹簧各圈压到合璧上，圈数用ns表示。在这种状态下，平面蜗卷弹簧储存有一定的力矩，但受到盒盖的限制，其实际能输出的力矩为零。 　　由放松状态把平面蜗卷弹簧逐渐上紧时，压到盒盖内壁的各圈发条逐渐里靠内壁并彼此分开而分布在盒盖内。D点相当于平面蜗卷弹簧各圈已分布在盒盖内，但最外一圈尚未离开盒璧的时刻，这时平面蜗卷弹簧各圈处于同心状态。继续上紧到平面蜗卷弹簧最后一圈也离开盒盖后，平面蜗卷弹簧各圈或者保持同心，或者变成彼此不同心，这主要依平面蜗卷弹簧外端的固定方法而定。平面蜗卷弹簧各圈的不同心分布会使其发生圈间摩擦。F点相当于平面蜗卷弹簧完全上紧的时刻，这时平面蜗卷弹簧紧绕在芯轴上，储存的能量达到最大值。 　　曲线CIJ表示平面蜗卷弹簧输出力矩与平面蜗卷弹簧圈数的关系。其中CI段力矩变化大，因此一般选用IJ段作为平面蜗卷弹簧的工作区间，可以获得较为平稳的输出力矩。 　　 　　图2. 平面蜗卷弹簧工作特性示意图 　　 　　 　　 　　 　　图3平面蜗卷弹簧极限工况示意图 　　平面蜗卷弹簧的理论计算 　　从图2和图3可以看出平面蜗卷弹簧的完全自由状态、装入盒盖状态和完全拧紧状态，不同工作状态时，平面蜗卷弹簧的各种参数也不一致，为此我们需要对其各种状态下的参数进行理论计算。表2主要是平面蜗卷弹簧不同工作状态时的扭矩、圈数及弹簧尺寸的公式及相关数据。 　　表2 平面蜗卷弹簧相关公式及数据 　　 　　 　　 　　安全带卷簧的技