一种组合式缓冲器的制作方法

[0001]
本发明属于机械工程技术领域，尤其涉及减振和缓和冲击的机械设备，特别涉及机车车辆用车钩缓冲器。


背景技术：

[0002]
目前国内外应用的货运机车和车辆车钩缓冲器中，汽液、胶泥缓冲器缓冲性能较好、但可靠性一般；橡胶缓冲器容量较低；全钢摩擦式缓冲器可靠性高，但缓冲性能不平稳，离散性大；摩擦胶泥和摩擦液压式缓冲器缓冲性能优良，但这两类缓冲器结构复杂、可靠性较差。
[0003]
高分子弹性体(tpee)缓冲器抗老化性能好，对温度的敏感性要远远低于橡胶对温度的敏感性，吸收振动能力强，缓冲平稳、性能稳定；最大阻抗力较高；容量较大；吸收率较高；可靠性高；温度适用范围广。然而，这种缓冲器的吸收率在70％左右，不能满足现代机车车辆对缓冲器高能量吸收率的要求。
[0004]
现有技术中，申请号为201510736219.2的发明专利“高分子弹性元件与金属摩擦元件组合缓冲器”和申请号为201610868232.8的发明专利“高分子弹性元件与楔形机构组合缓冲器”的能量吸收率均高于高分子弹性体(tpee)缓冲器，但是其他性能还有提高的空间。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是为了进一步提高高分子弹性体缓冲器的能量吸收率，同时提供一种具有现有高分子弹性体缓冲器的优点，并具有良好动力学性能的缓冲器，克服现有技术的不足。
[0006]
本发明的技术方案如下：一种组合式缓冲器，包括安装在壳体内的一组吸能体、一组楔形机构和一组联接件；壳体内部由下部腔室和上部腔室构成，上部腔室和下部腔室相互连通，下部腔室底部封底，底部中央设有圆形阶梯通孔，上部腔室顶部开口；吸能体包括一组高分子弹性元件和一组金属隔片，高分子弹性元件为中空的上下表面为弧面的柱体，柱体中心处设有弹性元件中心孔；金属隔片为薄片，金属隔片的厚度为高分子弹性元件厚度的1/10～1/2，薄片中心处设有金属隔片中心孔；楔形机构包括空心压块、楔块、空心座和壳体的上部腔室；联接件包括心轴、螺母和螺纹联接防松件，是壳体、吸能体和楔形机构的联接机构，心轴的一端带有轴肩，轴肩与壳体底部的中心圆形阶梯通孔相配合，起轴向定位作用，心轴的另一端带有外螺纹，外螺纹与螺母配合并通过螺纹联接防松件形成螺纹联接；心轴带轴肩的一端置于壳体底部的中心圆形阶梯通孔内，另一端穿过壳体置于壳体顶部，金属隔片、高分子弹性元件、空心座和空心压块依次安装在心轴上，通过螺母和螺纹联接防松件将金属隔片、高分子弹性元件、空心座和空心压块与壳体固定连接，其中金属隔片、高分子弹性元件、空心座和空心压块通过各自的中心孔安装在心轴上，金属隔片中心孔、空心座中心孔和空心压块中心孔与心轴之间为间隙配合，高分子弹性元件中心孔轴线与心轴轴
线重合，高分子弹性元件中心孔与心轴之间有间隙；楔块、空心座和空心压块位于壳体的上部腔室内，高分子弹性元件和金属隔片组成的吸能体位于壳体的下部腔室内，其特征在于:所述壳体上部腔室是n个等腰梯形平面围成的筒体，n≥4,每个梯形平面长边在上，短边在下，构成倒置的棱锥台形筒体；所述空心压块是空心n棱柱体，n是壳体上部腔室梯形面个数，空心压块底部封底，底部中心处开有压块中心孔，空心压块上部开口，空心压块底部外表面由压块斜平面和压块水平面构成，压块水平面是位于底部外表面中心部的n边形平面，n是壳体上部腔室梯形面的个数，压块斜平面是压块水平面的每条边与空心压块空心棱柱体每个侧面的底边之间连接的平面，压块斜平面由压块水平面向上向外倾斜，压块斜平面与水平面之间的夹角为α，0
°
≤α≤89
°
；所述空心座为n棱柱，n是壳体上部腔室梯形面个数，空心座上表面由空心座水平面和空心座斜平面构成，空心座水平面是位于空心座上表面中心部的n边形平面，n是壳体上部腔室梯形面的个数，空心座斜平面是空心座水平面的每条边与空心座棱柱每个侧面的上边之间连接的平面，空心座斜平面由空心座水平面向下向外倾斜，空心座斜平面与水平面之间的夹角为β，0
°
≤β≤89
°
，空心座下表面为平面；所述楔块是多面体，多面体的内表面是垂直平面，多面体的外表面是斜平面，斜平面从上边向下向内倾斜，倾斜角为γ，0
°
≤γ≤89
°
，多面体外表面是与壳体上部腔室内表面的梯形平面相贴合的平面；多面体的上表面是与空心压块底部外表面的压块斜平面相贴合的平面；多面体的下表面是与空心座上表面的空心座斜平面相贴合的平面；多面体的两个侧面是形状相同的平面；楔块由i块组成，n≥i≥2，n是壳体上部腔室梯形面个数，i块楔块安装在空心座与空心压块之间，相邻两楔块之间有间隙，楔块的内表面与心轴之间有空间。
[0007]
本发明所述一种组合式缓冲器，其特征在于：所述楔块多面体的上表面是上斜平面或由楔块上水平面和楔块上斜平面连接构成的上折面；所述多面体上斜平面由多面体外表面上边向下向内倾斜，倾斜角度与空心压块底部外表面压块斜平面与压块水平面之间的夹角α相等，上斜平面是与空心压块底部压块斜平面相贴合的面；所述上折面的楔块上水平面是与楔块多面体的外表面相连的面，楔块上斜平面是连接楔块多面体的内表面与楔块上水平面之间的面，楔块上斜平面由楔块上水平面向下向内倾斜，楔块上斜平面与楔块上水平面之间的夹角与空心压块底部外表面压块斜平面与压块水平面之间的夹角α相同，上折面中的楔块上斜平面是与空心压块底部压块斜平面相贴合的面；所述楔块下表面是下斜平面或由楔块下水平面和楔块下斜平面连接构成的下折面；所述多面体下斜平面由多面体外表面下边向上向内倾斜，倾斜角度与空心座上表面斜平面与水平面之间的夹角β相等，下斜平面是与空心座上表面空心座斜平面相贴合的面；所述下折面的下水平面是与楔块多面体的外表面相连的面，楔块下斜平面是连接楔块多面体内表面与下水平面之间的面，楔块下斜平面由楔块下水平面向上向内倾斜，楔块下斜平面与楔块下水平面之间的夹角与空心座上表面空心座斜平面与空心座水平面之间的夹角β相同，下折面中楔块下斜平面是与空心座上表面空心座斜平面相贴合的面。
[0008]
本发明所述一种组合式缓冲器，其特征在于：所述楔块多面体的内表面和外表面是等宽的面或是内表面窄外表面宽的不等宽面；所述楔块多面体的内表面和外表面是内表面窄外表面宽的不等宽面时，内表面的宽度比外表面的宽度短3～100mm。
[0009]
楔块多面体的内表面和外表面是矩形或梯形，内表面和外表面是梯形时，梯形的长边在上，短边在下。楔块多面体侧面的形状是四边形或多边形，在楔块多面体上下两面都
是斜平面时，楔块多面体侧面是梯形；在楔块多面体上下两面有一面是折面时，楔块多面体侧面是多边形。
[0010]
本发明所述一种组合式缓冲器，其特征在于：所述壳体上部腔室倒置的棱锥台形筒体的锥度与楔块多面体外表面的倾斜角γ相同；所述壳体下部腔室是圆柱形筒体或n棱柱形筒体。
[0011]
本发明所述一种组合式缓冲器，其特征在于：所述一种组合式缓冲器还包括储能元件，所述储能元件是弹性元件，所述弹性元件设有中心孔，弹性元件通过中心孔安装在心轴上，位于空心压块和空心座之间的楔块内表面与心轴之间的空间处。
[0012]
本发明所述一种组合式缓冲器，其特征在于：所述储能元件的弹性元件是金属圆柱螺旋弹簧、金属圆锥螺旋弹簧、金属碟形弹簧、金属板簧、高分子弹性体或粘弹性体中的任意一种。
[0013]
本发明所述一种组合式缓冲器，其特征在于：所述相邻两楔块之间的间隙为5～100mm。
[0014]
本发明的工作原理是：当冲击载荷沿轴向作用于空心压块上时，空心压块推动楔块，楔块推动空心座，空心座推动金属隔片和高分子弹性元件组件，使轴向载荷通过金属隔片作用在壳体的底部。在此过程中，空心压块的下表面的斜平面与楔块上表面斜平面相互挤压产生相对运动和摩擦；楔块外表面与壳体上部腔室的内表面相互挤压产生相对运动和摩擦；楔块下表面斜平面与空心座上表面斜平面相互挤压产生相对运动和摩擦；这些面上的摩擦消耗了能量，从而提高缓冲器的能量吸收率；与此同时，来自空心座的轴向力使高分子弹性元件组件发生轴向压缩变形而吸收冲击能量，而金属隔片与高分子弹性元件之间的径向摩擦也将消耗一部分冲击能量。当轴向冲击载荷消失后，高分子弹性元件恢复变形而推动空心座、楔块和空心压块由下向上运动；同时，空心座与空心压块之间的储能元件发生压缩变形而储存了部分回弹过程中的能量，缓和了回弹冲击，最终所有元件恢复到受冲击载荷前的状态。
[0015]
本发明的有益效果是：
[0016]
1、由空心压块、楔块、空心座和壳体上腔内表面构成的楔形机构所消耗的冲击能量大大地提高了缓冲器能量吸收率。
[0017]
2、受压缩的储能元件在承受冲击载荷时发生微伸长，而使储能元件以下的元件所受冲击减缓；而在回弹过程中，储能元件发生压缩变形而储存了部分回弹过程中的能量，又缓和了回弹冲击；因此，而使本发明的缓冲器比现有弹性体缓冲器具有更好的动力学性能。
[0018]
3、应用范围广，既可用作机车车辆车钩缓冲器，还可应用到矿山机械、冶金机械、石油机械等其他行业减振和缓冲设备中。
附图说明
[0019]
图1是本发明的一种组合式缓冲器结构示意图
[0020]
图2是上部腔室为四个相同的等腰梯形面构成的壳体主视示意图
[0021]
图3是图2的侧视示意图
[0022]
图4是图2的俯视示意图
[0023]
图5是空心压块为正四棱柱的空心压块主视示意图
[0024]
图6是图5的侧视示意图
[0025]
图7是图5的俯视示意图
[0026]
图8是上下表面由斜平面和水平面构成的楔块主视示意图，其内表面和外表面是矩形且内外两面等宽的示意图
[0027]
图8-1是上下表面由斜平面和水平面构成的楔块主视示意图，其内表面和外表面是梯形且内表面窄外表面宽的示意图
[0028]
图9是图8的俯视示意图
[0029]
图9-1是图8-1的俯视示意图
[0030]
图10是图8的侧视示意图
[0031]
图10-1是图8-1的侧视示意图
[0032]
图11是上下表面由斜平面构成的楔块主视示意图，其内表面和外表面是矩形且内外两面等宽的示意图
[0033]
图11-1是上下表面由斜平面构成的楔块主视示意图，其内表面和外表面是梯形且内表面窄外表面宽的示意图
[0034]
图12是图11的俯视示意图
[0035]
图12-1是图11-1的俯视示意图，
[0036]
图13是图11的侧视示意图
[0037]
图13-1是图11-1的侧视示意图
[0038]
图14是空心座为正四棱柱的空心座的主视示意图
[0039]
图15是图14的俯视示意图
[0040]
图16是上部腔室内为六个相同的等腰梯形面构成的壳体主视示意图
[0041]
图17是图16的侧视示意图
[0042]
图18是图16的俯视示意图
[0043]
图19是空心压块为正六棱柱的空心压块主视示意图
[0044]
图20是图19的俯视示意图
[0045]
图21是图19的侧视示意图
[0046]
图22是空心座为正六棱柱的空心座主视示意图
[0047]
图23是图22的俯视示意图
[0048]
图24是图22的侧视示意图
[0049]
图中，1、壳体，2、金属隔片，3、高分子弹性元件，4、空心座，5、楔块，6、空心压块，7、心轴，8、螺母，9、螺纹联接防松件，10、储能元件。
具体实施方式
[0050]
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0051]
一种组合式缓冲器，包括安装在壳体1内的一组吸能体、一组楔形机构和一组联接件；壳体1内部由下部腔室和上部腔室构成，上部腔室和下部腔室相互连通，下部腔室底部封底，底部中央设有圆形阶梯通孔，上部腔室顶部开口；吸能体包括一组高分子弹性元件3和一组金属隔片2，高分子弹性元件3为中空的上下表面为弧面的柱体，柱体中心处设有弹性元件中心孔；金属隔片2为薄片，金属隔片2的厚度为高分子弹性元件3厚度的1/10～1/2，
薄片中心处设有金属隔片中心孔；楔形机构包括空心压块6、楔块5、空心座4和壳体1的上部腔室；联接件包括心轴7、螺母8和螺纹联接防松件9，是壳体1、吸能体和楔形机构的联接机构，心轴7的一端带有轴肩，轴肩与壳体1底部的中心圆形阶梯通孔相配合，起轴向定位作用，心轴7的另一端带有外螺纹，外螺纹与螺母8配合并通过螺纹联接防松件9形成螺纹联接；心轴7带轴肩的一端置于壳体1底部的中心圆形阶梯通孔内，另一端穿过壳体1置于壳体1顶部，金属隔片2、高分子弹性元件3、空心座4和空心压块6依次安装在心轴7上，通过螺母8和螺纹联接防松件9将金属隔片2、高分子弹性元件3、空心座4和空心压块6与壳体1固定连接，其中金属隔片2、高分子弹性元件3、空心座4和空心压块6通过各自的中心孔安装在心轴7上，金属隔片2中心孔、空心座4中心孔和空心压块6中心孔与心轴7之间为间隙配合，高分子弹性元件中心孔轴线与心轴7轴线重合，高分子弹性元件3中心孔与心轴7之间有间隙；楔块5、空心座4和空心压块6位于壳体1的上部腔室内，高分子弹性元件3和金属隔片2组成的吸能体位于壳体1的下部腔室内；壳体1上部腔室是n个等腰梯形平面围成的筒体，n≥4,每个梯形平面长边在上，短边在下，构成倒置的棱锥台形筒体，上部腔室倒置的棱锥台形筒体的锥度与楔块5多面体外表面的倾斜角γ相同；壳体1下部腔室是圆柱形筒体或n棱柱形筒体；空心压块6是空心n棱柱体，n是壳体1上部腔室梯形面个数，空心压块6底部封底，底部中心处开有压块中心孔，空心压块6上部开口，空心压块6底部外表面由压块斜平面和压块水平面构成，压块水平面是位于底部外表面中心部的n边形平面，n是壳体1上部腔室梯形面的个数，压块斜平面是压块水平面的每条边与空心压块6空心棱柱体每个侧面的底边之间连接的平面，压块斜平面由压块水平面向上向外倾斜，压块斜平面与水平面之间的夹角为α，0
°
≤α≤89
°
；空心座4为n棱柱，n是壳体1上部腔室梯形面个数，空心座4上表面由空心座水平面和空心座斜平面构成，空心座水平面是位于空心座4上表面中心部的n边形平面，n是壳体1上部腔室梯形面的个数，空心座斜平面是空心座水平面的每条边与空心座4棱柱每个侧面的上边之间连接的平面，空心座斜平面由空心座水平面向下向外倾斜，空心座斜平面与水平面之间的夹角为β，0
°
≤β≤89
°
，空心座4下表面为平面；楔块5是多面体，多面体的内表面是垂直平面，多面体的外表面是斜平面，斜平面从上边向下向内倾斜，倾斜角为γ，0
°
≤γ≤89
°
，多面体外表面是与壳体1上部腔室内表面的梯形平面相相贴合的平面；多面体的内表面和外表面是等宽的面或是内表面窄外表面宽的不等宽面，内表面窄外表面宽的不等宽面是内表面的宽度比外表面的宽度短3～100mm；多面体的内表面是矩形或梯形；多面体的上表面是与空心压块6底部外表面的压块斜平面相贴合的上斜平面或者由楔块上水平面和楔块上斜平面连接构成的上折面，上折面的楔块上斜平面是与空心压块6底部外表面的压块斜平面相贴合的面，上折面的楔块上水平面是与楔块5多面体的外表面相连的面，楔块上斜平面是连接楔块5多面体的内表面与楔块上水平面之间的面，楔块上斜平面由楔块上水平面向下向内倾斜，楔块上斜平面与楔块上水平面之间的夹角与空心压块6底部外表面压块斜平面与压块水平面之间的夹角α相同；多面体的下表面是与空心座4上表面的空心座斜平面相贴合的下斜平面或者是由楔块下水平面和楔块下斜平面连接构成的下折面，下折面的楔块下斜平面是与空心座4上表面的空心座斜平面相贴合的面，下折面的下水平面是与楔块5多面体的外表面相连的面，楔块下斜平面是连接楔块5多面体内表面与下水平面之间的面，楔块下斜平面由楔块下水平面向上向内倾斜，楔块下斜平面与楔块下水平面之间的夹角与空心座4上表面空心座斜平面与空心座水平面之间的夹角β相同；多面体的两个侧
面是形状相同的平面，侧面的形状是四边形或多边形，楔块5多面体上下两面都是斜平面时，楔块5多面体侧面是梯形；多面体上下两面有一面是折面时，楔块5多面体侧面是多边形；楔块5由i块组成，n≥i≥2，n是壳体1上部腔室梯形面的个数，i块楔块5安装在空心座4与空心压块6之间，相邻两楔块5之间有间隙，相邻两楔块5之间的间隙为5～100mm，楔块5的内表面与心轴7之间有空间。
[0052]
组合式缓冲器的另一种实施方式是：组合式缓冲器还包括储能元件10，储能元件10是弹性元件，弹性元件设有中心孔，弹性元件通过中心孔安装在心轴7上，位于空心压块6和空心座4之间的楔块5内表面与心轴7之间的空间处；弹性元件是金属圆柱螺旋弹簧、金属圆锥螺旋弹簧、金属碟形弹簧、金属板簧、高分子弹性体或粘弹性体中的任意一种。
[0053]
零部件加工时，壳体1、金属隔片2、空心座4、楔块5和空心压块6的所有尖角部位均加工成圆角或倒角。
[0054]
装配过程为：首先，将心轴7带有螺纹的一端穿过壳体1底部中心圆柱阶梯孔至壳体1的上端，心轴7带轴肩的一端与壳体1底部中心圆柱阶梯孔相配合；然后，将第一片金属隔片2装入心轴7，再将第一个高分子弹性元件3装入心轴7，依次将所有金属隔片2和高分子弹性元件3交替装入心轴7，位于壳体1下部腔室；接着，将空心座4和储能元件10先后装入心轴7，空心座4位于最后一片金属隔片2上；再将i个楔块5装入空心座4上，使楔块5在空心座4和壳体1之间，楔块5外表面与壳体1上腔室的内表面相贴合、下表面与空心座4上表面的斜平面相贴合；然后，再将空心压块6装入心轴7，使空心压块6位于储能元件(10)和楔块5上，空心压块6下表面的斜平面与楔块5上表面的斜平面相贴合，并将储能元件10压紧在空心座4上；最后，将螺母8拧入心轴7的螺纹端，压住空心压块6，再用防松件9将心轴7的螺纹端和螺母8联接好。
[0055]
实施例1
[0056]
壳体1外形为圆柱形，壳体1上部腔室由四个相同的等腰梯形平面构成，壳体1下部腔室是圆柱形，壳体1下部腔室内径比上部腔室最大四边形的对角线长度大20mm。高分子弹性元件3为七个，金属隔片2为八片，金属隔片2的厚度为高分子弹性元件3的1/3；空心座4是空心正四棱柱，其上表面由斜平面和水平面构成；空心压块6是空心正四棱柱，其底部外表面由斜平面和水平面构成；楔块5的上下表面由斜平面和水平面构成；楔块5外表面与垂直平面的夹角和壳体1上部腔室内表面与垂直平面的夹角相等，均为γ，γ为3
°
；楔块5上表面的斜平面与水平面的夹角和空心压块6底部外表面的斜平面与水平面的夹角相等，均为α，α为25
°
；楔块5下表面的斜平面与水平面的夹角和空心座4上表面的斜平面与水平面的夹角相等，均为β，β为25
°
；楔块5多面体的内表面和外表面等宽；楔块5取四个。金属隔片2是平面隔片；储能元件10为一组金属圆柱螺旋弹簧；高分子弹性元件3的材料为tpee。壳体1、金属隔片2、空心座4、楔块5和空心压块6的所有尖角部位均加工成圆角或倒角。
[0057]
实施例2
[0058]
与实施例1结构基本相同，仅壳体1上部腔室是由六个相同的等腰梯形平面构成，空心座4是空心正六棱柱，空心压块6是空心正六棱柱，结构中不含有储能元件。
[0059]
实施例3
[0060]
与实施例1结构基本相同，仅壳体1外形为正四棱柱，壳体1下部腔室为正四棱柱腔室。
[0061]
实施例4
[0062]
与实施例3结构基本相同，仅楔块5为两个，楔块5多面体的内表面和外表面是内表面窄外表面宽的不等宽面，内表面的宽度比外表面的宽度短10mm。
[0063]
实施例5
[0064]
与实施例2结构基本相同，仅楔块5外表面斜平面的倾斜角γ为2
°
；空心压块6底部外表面水平面与斜平面之间的夹角α为23
°
；储能元件10为一组金属碟形弹簧。