一种能实现变刚度并带硬止挡功能的牵引橡胶垫的制作方法

本实用新型涉及轨道车辆牵引系统技术领域，特别是一种牵引橡胶垫。

背景技术：

牵引橡胶垫运用于轨道车辆牵引系统，能够传递牵引力、制动力，吸收振动，实现柔性连接和弹性限位的功能。为了保证车辆运行的动力学性能和舒适性，要求产品具有变刚度特性，即产品变形较小时，刚度较低，保证车辆运行的舒适性，变形进一步增大时，刚度逐渐增大，变形受到限制，达到限位目的，有利于传递牵引力和制动力，保证车辆运行安全性。

现有牵引橡胶垫采用层状长方形结构，两个产品对装或者四个产品对装在中心牵引装置两侧，实现转向架二系牵引功能。层状长方形结构牵引橡胶垫侧重于满足线性的纵向刚度并在极限载荷下限制车体纵向的位移的作用。此类结构牵引橡胶垫，剪切刚度较小，剪切刚度不易调整，且绕车体垂向轴线的偏转刚度较大，车辆的二系牵引的动力学性能较差。

牵引橡胶垫安装在车辆转向架二系悬挂系统中心牵引装置牵引方向两侧，代替传统的牵引杆/牵引堆形式，简化车辆的牵引系统。主要起传递车辆的牵引力和制动力作用。

牵引橡胶垫的安装使用特点，要求牵引橡胶垫传递车辆的牵引力和制动力，限制车体的纵向位移。同时为了满足车辆启停时的舒适性，牵引橡胶垫需要实现在小变形下纵向刚度较小，大变形下纵向刚度较大的特性。牵引橡胶垫与转向架的中心牵引装置间的空气间隙通常为2mm，车辆运动过程中牵引橡胶垫将会经常与中心牵引座接触，同时由于车体与转向架之间的相对运动，牵引橡胶垫与中心牵引座之间常产生剪切位移，在车辆通过弯道时，由于车体与转向架的偏摆，牵引橡胶垫也会承受一定的偏转。通常牵引橡胶垫在工作过程中承受多种复合的工况。牵引橡胶垫与中心牵引座之间常接触并且产生相对位移，通常要求牵引橡胶垫具有良好的耐磨性，同时保证较低的摩擦系数（μ﹤0.1），低摩擦系数可以使牵引橡胶垫与中心牵引座在发生相对位移时，牵引橡胶垫能够迅速滑开（打滑），有效的消除车体的横向和垂向振动，同时保护橡胶结构，还可以增强牵引橡胶垫耐磨性能。通常要求牵引橡胶垫具有较大的剪切刚度，牵引橡胶垫与中心牵引座之间产生剪切时，尽量保证牵引橡胶垫产生小的剪切变形，这样可以保护橡胶型面，有利于延长产品的使用寿命。由于牵引橡胶垫是二系悬挂的主要牵引部件，要求部件具有限制纵向位移的作用，当遇到突变工况时，能够实现自身限位，从而限制车体的纵向位移。

目前常用的牵引橡胶垫采用分层、长方形结构，侧重于满足一定的纵向变形能力并在极限载荷下限制车体的纵向位移，不具备自身自带硬止挡功能。考虑到剪切变形，各层橡胶体的自由型面需要足够的变形空间。常规牵引橡胶垫难以实现变刚度设计。

牵引橡胶垫作为一种减振且限位的牵引部件应用于轨道车辆转向架上。常用的结构一般是橡胶与金属平板层状硫化的结构或者层状球面橡胶止挡结构。这些结构只能够提供线性的纵向刚度，无法实现产品的变刚度特性。层状橡胶垫与中心牵引装置之间完全固定，无相对滑动，剪切变形较大，需要足够的自由面给橡胶变形的空间。产品重量较大，整个牵引系统重量较大，牵引系统比较复杂。层状长方形结构决定了产品偏转刚度较大，车体通过曲线的动力学性能较差。层状球面橡胶止挡偏转刚度较小，但剪切刚度也较小，产品剪切变形较大，产品疲劳性能较差。

现有技术中，申请号为CN201520856409.3的实用新型公开了一种球面结构的纵向牵引橡胶止挡，包括止挡底板、止挡端板、设置在止挡底板和止挡端板之间的橡胶体、设置在止挡端板上的耐磨板，止挡底板与止挡端板通过橡胶体硫化粘接在一起，通过将止挡底板连接到转向架架体上从而将纵向牵引橡胶止挡设置在转向架架体上，耐磨板与转向架上的中心销系统之间留有间隙，止挡底板的上表面和下表面均设置为球面，止挡端板的下表面也设置为球面，与止挡端板下表面粘接接触的橡胶体的上表面也设置为球面，与止挡底板上表面粘接接触的橡胶体的下表面也设置为球面。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，提供一种能实现变刚度并带硬止挡功能的牵引橡胶垫，其能满足车辆转向架上二系牵引系统纵向变刚度、大剪切刚度、小偏转刚度、低摩擦系数、自限位的要求。

本实用新型的技术方案是，一种能实现变刚度并带硬止挡功能的牵引橡胶垫，包括底座、橡胶、顶座、摩擦板和连接在底座底部的限位板；橡胶位于底座和顶座之间，底座、橡胶、顶座通过硫化粘结成一体；摩擦板连接在顶座上面；限位板邻近顶座且限位板与顶座之间保留有间隙。

顶座位于底座内，橡胶位于底座和顶座之间，橡胶采用等厚度渐开式弧形结构；底座与橡胶相接触部分的内侧面、顶座与橡胶相接触部分的外侧面、橡胶的内侧面和外侧面分别与过橡胶中心轴线的垂直面的交线均为弧线，底座与橡胶相接触部分的内径、顶座与橡胶相接触部分的外径、橡胶的内径和外径均由下向上逐渐增大。

底座为圆筒状结构，其内侧面为渐开式弧形结构，底座底端设有横向向外延伸的连接板；顶座为倒圆台状结构，其外侧面为渐开式弧形结构；橡胶位于底座内侧面和顶座外侧面之间；限位板与橡胶邻近部分设有环状凸起，限位板中部上表面与顶座底面邻近且相互保留有间隙距离；环橡胶上端面设有上内凹陷面，即：型面I，环橡胶下端面设有下内凹陷面，即：型面II；下内凹陷面的靠外部分与环状凸起的外侧部分相接触，下内凹陷面的中间部分和靠内部分均与环状凸起保持有距离。

型面I为橡胶自贴合贴近式型面结构；型面II为橡胶与限位板互相贴合式的型面结构。

限位板采用过盈配合方式压入在底座中。

限位板上预留有排气孔。

摩擦板通过钢套、螺钉与顶座固定连接。

底座采用薄壁+加强筋结构；顶座采用中间通孔结构。

本实用新型是一种橡胶部分采用等厚度渐开式弧形结构的牵引橡胶垫，实现了小偏转刚度，大剪切刚度，同时保证产品工作过程中橡胶应力和应变的平缓变化，提高产品的疲劳寿命。自由橡胶型面采用自贴近式橡胶型面设计和互贴近式橡胶型面，实现纵向刚度的变刚度，保证车辆运行的舒适性。自带硬止挡结构，实现自限位功能。本实用新型可以实现纵向位移的可靠限制，极大提高车辆的安全性。限位板预留排气孔，防止产品内部由于憋气影响产品刚度。采用轻量化设计，底座采用薄壁+加强筋结构设计和顶座采用中间通孔形式设计共同实现轻量化设计。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构（局部剖视）示意图；

图2为本实用新型的俯视示意图；

图3为本实用新型的载荷-位移特性曲线图；

图中：1、限位板 2、底座 3、橡胶 4、顶座 5、螺钉 6、钢套 7、摩擦板；I处为型面I，II处为型面II； H表示限位板中部上表面与顶座底面之间的间隙距离；φA表示限位板上排气孔的直径。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

请参考图1至图2，一种能实现变刚度并带硬止挡功能的牵引橡胶垫，包括限位板1、底座2（可采用金属底座）、橡胶3、顶座4（可采用金属顶座）、螺钉5、钢套6、摩擦板7。底座2、橡胶3、顶座4通过硫化粘结成一体。底座、顶座均设有渐开式弧形结构，底座、顶座之间的橡胶采用等厚度渐开式弧形结构，橡胶的各处厚度相等；底座与橡胶相接触的面、顶座与橡胶相接触的面均为渐开式弧形结构，底座与橡胶相接触部分的内侧面、顶座与橡胶相接触部分的外侧面、橡胶的内侧面和外侧面的母线（内侧面或外侧面与过橡胶中心轴线的垂直面的交线）均为弧线，且其直径均大致由下向上增大或逐渐增大，上端直径大于下端直径。底座大致为圆筒状，其内侧面为渐开式弧形结构，底座底端设有横向向外延伸的连接板（用于将牵引橡胶垫安装到牵引系统中）。顶座大致为倒圆台形的瓶塞状，其外侧面为渐开式弧形结构。橡胶位于底座内侧面和顶座外侧面之间。限位板安装在底座底部，限位板与橡胶邻近部分设有环状凸起，限位板中部上表面与顶座底面邻近且相互保持有距离（间隙距离H）。环橡胶上端面设有上内凹陷面（型面I），环橡胶下端面设有下内凹陷面（型面II）。下内凹陷面与限位板上的环状凸起相配合，下内凹陷面的靠外部分与环状凸起的外侧部分相接触，下内凹陷面的中间部分和靠内部分均与环状凸起保持有距离。型面I为橡胶自贴合贴近式型面结构。型面II为橡胶与限位板互相贴合式的型面结构。限位板通过过盈配合压入底座2中。限位板中部上表面与顶座之间保留有间隙距离H，以便实现硬止挡功能。牵引橡胶垫顶座上安装摩擦板，摩擦板通过钢套使用螺钉与顶座固定连接。由于摩擦板均为高分子材料，强度较金属螺钉低，为了保证螺钉连接的可靠性，顶座和摩擦板之间增加金属钢套，金属钢套主要起增加连接面的作用。限位板上预留有φA（直径）的排气孔，防止产品内部由于憋气影响产品刚度。底座采用薄壁+加强筋结构设计和顶座采用中间通孔形式设计共同实现轻量化设计。

本实用新型与层状长方形结构的牵引橡胶垫相比，简化了牵引机构，降低了牵引机构重量，节省了安装空间。能够实现变刚度，具有较小的偏转刚度，车辆运行过程中能够与中心牵引装置发生相对滑动，从而使车辆具有良好的动力学性能。

本实用新型与球面橡胶止挡结构相比，可以实现变刚度设计，橡胶剪切刚度大，剪切变形小，产品稳定性能高，疲劳性能好，提高一倍。

本实用新型针对现有牵引橡胶垫的不足，提供了一种等厚度渐开式弧形橡胶结构+贴近式橡胶型面+硬止挡结构的牵引橡胶垫，它可以满足车辆二系牵引的动力学性能，具有纵向变刚度、剪切刚度大、偏转刚度小、摩擦系数小、自限位特点。底座、顶座、等厚度渐开式弧形橡胶通过胶黏剂以及高温硫化在一起，实现较大的剪切刚度和较小的偏转刚度。外露自由橡胶型面采用内凹式贴近式结构，限位板通过过盈装配与底部橡胶型面Ⅱ形成贴近式结构，上部橡胶型面Ⅰ采用自贴合形式的贴近式橡胶型面结构。顶座与限位板之间的间隙实现硬止挡功能。

牵引橡胶垫在承载时，纵向变形过程中，顶座向限位板运动，型面I处的橡胶逐渐自贴合，型面II处的橡胶与限位板的凸起部分逐渐贴合，两处型面的共同作用实现了产品纵向刚度的变刚度特性。当顶座与限位板接触时，实现限位功能。牵引橡胶垫的载荷-位移特性曲线，如图3所示。

本实用新型的优点在于：内凹式贴近式橡胶型面设计，使产品实现纵向变刚度要求，车辆具有良好的舒适性。底座与顶座之间的橡胶采用等厚度渐开式弧形结构，实现了大剪切刚度和小偏转刚度的要求，大剪切刚度降低了产品的剪切变形，保护了橡胶，延长产品使用寿命。小偏转刚度使得产品很容易跟随中心牵引座偏转，使得车辆具有很强的过弯道的能力。产品自带硬止挡功能，实现了纵向限位作用。

本实用新型的牵引橡胶垫安装在轨道车辆转向架中心牵引装置与车体及转向架构架的连接处，代替传统的牵引杆，传递车辆的纵向牵引力和制动力，同时限制车体的纵向位移。本实用新型提供了一种实现变刚度并且能够自限位功能的新型牵引橡胶垫及其型面设计方法，采用等厚度渐开式弧形橡胶结构+贴近式橡胶型面+硬止挡结构的牵引橡胶垫，满足纵向变刚度要求，小变形时，刚度较低，变形增加，刚度逐渐变大，最后起到限位作用。满足剪切刚度大、偏转刚度小、摩擦系数小。该牵引橡胶垫代替传统牵引杆机构，简化二系牵引系统，较层状橡胶垫结构总量减轻了1/2。弧形橡胶结构设计使橡胶垫具有较低的偏转刚度，运行过程中能够跟随车体偏转，车辆具有良好的动力学性能。剪切刚度大和较小的摩擦系数使产品在剪切力作用下，产生较小剪切变形，保护橡胶结构，产品具有良好的疲劳性能，较普通橡胶件寿命提高一倍。

以下从结构、刚度性能特性、刚度调整方式三方面进一步将本实用新型与现有技术（球面结构的纵向牵引橡胶止挡）进行比较。

1、结构：

球面结构的纵向牵引橡胶止挡：止挡底板的上表面和下表面均设置为球面结构，止挡端板的下表面也设置为球面结构，与止挡端板下表面粘接接触的橡胶体的上表面也设置为球面结构，与止挡底板上表面粘接接触的橡胶体的下表面也设置为球面结构。

本实用新型：内凹式贴近式橡胶型面设计，使产品实现纵向变刚度要求，车辆实现良好的舒适性。底座与顶座之间的橡胶采用等厚度渐开式弧形结构，实现了大剪切刚度和小偏转刚度的要求，大剪切刚度降低了产品的剪切变形，保护了橡胶，延长产品使用寿命。

2、刚度性能特性：

球面结构的纵向牵引橡胶止挡：实现线性垂向刚度，具有较小的偏转刚度以及扭转刚度。

本实用新型：实现垂向变刚度，产品变形较小时，刚度较低，保证车辆运行的舒适性，变形进一步增大时，刚度逐渐增大，最终通过自带的硬止挡约束产品变形。

3、刚度调整方式：

球面结构的纵向牵引橡胶止挡：通过增设和调整止挡隔板的数量，调整垂向刚度。通过调整球面结构的半径大小，调整橡胶止挡的剪切刚度及偏扭转刚度的大小。

本实用新型：自由橡胶型面采用自贴近式橡胶型面设计和互贴近式橡胶型面设计，实现纵向刚度的缓慢变化，保证车辆运行的舒适性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。