一种开孔式球铰类橡胶弹性元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，以圆心为轴所述橡胶上对称设置有两个孔结构，所述孔结构贯穿于所述橡胶的轴向，所述孔结构包括：靠近于外套侧的外弧面、靠近于芯轴侧的内弧面与连接外弧面与内弧面的两个侧面，所述内弧面具有与所述外套同方向的弧度，且所述内弧面的法线与所述侧面的夹角为钝角。本发明新型橡胶开孔结构能够平缓增加变刚度，同时还可以有效避免开孔处橡胶产生弯折变形，防止橡胶裂纹的产生。
【专利说明】
一种开孔式球铰类橡胶弹性元件
技术领域
[0001]本发明涉及球铰类橡胶弹性元件技术领域，尤其涉及一种开孔式球铰类橡胶弹性元件。
【背景技术】
[0002]球铰产品在装车运行过程中，根据安装位置和设计功能的不同，可以实现减振、牵引和柔性连接等作用。为了保证车辆运行的动力学性能和舒适性，要求产品在空载时的刚度较小；但是为了保证车辆运行的可靠性，要求产品在最大载荷时(启动和制动)的刚度较大从而及时限位，因此球铰特别是牵引球铰需要具备一定程度的变刚度。
[0003]为了实现球铰产品的变刚度要求，需要在产品的橡胶面上设置开孔结构，现有球铰产品的开孔结构一般为普通扇形结构，两侧各用一段圆弧过渡，根据产品变刚度要求设计内外圆弧之间的距离，如图1(A)所示。但是上述球铰产品的开孔结构设计不理想，产品在径向受载的情况下，开孔结构两侧的过渡圆弧容易在径向压缩情况下出现弯折变形，使该处应力集中明显，最终导致过渡圆弧处的橡胶开裂，如图2所示；并且现有球铰产品的变刚度设计存在刚度突变而不利于橡胶产品的减振和柔性连接作用，原因是:随着载荷的增加，开孔处内外圆弧橡胶面在接近但未接触的过程中不提供任何刚度，此时产品的刚度较小且基本不变；当载荷增加至一定程度后，内外圆弧橡胶型面在某一特定的变形量下突然全部接触，由于接触面积突然增加，导致刚度会突然增加来提供较大的刚度，在内外圆弧型面接触的变形量附近区域存在刚度突变，如图4曲线2所示，由此可以看出，上述球铰产品的开孔结构存在不足。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题在于提供一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，本申请提供的开孔式球铰类橡胶弹性元件能够使变刚度平缓增加，同时还避免了橡胶弯折变形。
[0005]有鉴于此，本申请提供了一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，以圆心为轴所述橡胶上对称设置有两个孔结构，所述孔结构贯穿于所述橡胶的轴向，所述孔结构包括:靠近于外套侧的外弧面、靠近于芯轴侧的内弧面与连接外弧面与内弧面的两个侧面，所述内弧面具有与所述外套同方向的弧度，且所述内弧面的法线与所述侧面的夹角为钝角。
[0006]优选的，所述侧面与内弧面连接处设置有倒角。
[0007]优选的，所述侧面为平面或曲面。
[0008]优选的，所述外弧面与所述外套靠近所述橡胶侧的弧面重合。
[0009]优选的，所述内弧面、外弧面与所述外套的圆心重合。
[0010]与现有技术相比，本申请提供了一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，以圆心为轴所述橡胶上对称设置有两个孔结构，所述孔结构贯穿于所述橡胶的轴向，所述孔结构包括:靠近于外套侧的外弧面、靠近于芯轴侧的内弧面与连接外弧面与内弧面的两个侧面，所述内弧面具有与所述外套同方向的弧度，且所述内弧面的法线与所述侧面的夹角为钝角，如图1(B)所示。本申请开孔式球铰类橡胶弹性元件在径向受载的情况下，随着载荷的增加开孔处的两个侧面先向外弧面逐渐平行贴近并平行贴紧，橡胶的接触面积逐渐增加，刚度逐渐增大；同时内弧面由于与侧面平缓过渡，在两侧面向外弧面贴紧运动的带动下，内弧面两端逐渐转换为环形扇形的平缓斜边并逐渐向外弧面靠近，最终完全与外弧贴紧，橡胶的接触面积最大，以达到较大的刚度。由于整个过程中，橡胶的接触面积是逐渐增加至最大的，刚度的增加过程平缓，有利于车辆的动力学性能和舒适性；且外弧面与内弧面之间存在平缓过渡的侧面，侧面在变形过程中是逐渐平行贴紧外弧面的，从而避免了橡胶的弯折变形。
【附图说明】
[0011]图1为现有技术球铰类橡胶弹性元件与本发明球铰类橡胶弹性元件的孔结构对比示意图；
[0012]图2为现有技术开孔式球铰类产品的自由状态结构、小刚度状态变形和大刚度状态变形示意图；
[0013]图3为本发明提供的开孔式球铰类产品的自由状态结构、小刚度状态变形和大刚度状态变形示意图；
[0014]图4为现有技术开孔式球铰类产品存在刚度突变的变刚度曲线以及本发明提供的刚度平缓增加的变刚度曲线对比图；
[0015]图5为本发明实施例1提供的球铰类产品的结构示意图；
[0016]图6为本发明实施例2提供的球铰类产品的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0018]本发明实施例公开了一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，以圆心为轴所述橡胶上对称设置有两个孔结构，所述孔结构贯穿于所述橡胶的轴向，所述孔结构包括:靠近于外套侧的外弧面、靠近于芯轴侧的内弧面与连接外弧面与内弧面的两个侧面，所述内弧面具有与所述外套同方向的弧度，且所述内弧面的法线与所述侧面的夹角为钝角，如图1(B)所示，图1(B)为本发明橡胶开孔结构示意图，图中Ib为外弧线，2b为内弧线，3b为侧边，4b为两个侧边连线的交点，5b为外弧线所在圆的圆心。本申请所述开孔式球铰类橡胶弹性元件，钝角的实现是通过所述侧面的侧边连线的交点与外弧面圆心不重合，且处于外弧面圆心的上方达到的。
[0019]本申请所述开孔式球铰类橡胶弹性元件的结构示意图，如图3所示，图3中I为芯轴，2为橡胶，其套设在所述芯轴I外，通过硫化粘结于芯轴I外；3为外套，其套设在所述橡胶2外，通过硫化方式粘结于橡胶2外，图3中a为自由状态的球铰类橡胶弹性元件的结构示意图，所述橡胶2上在外套侧设置有孔结构，且外弧面是所述橡胶与所述外套相接触的弧面。
[0020]本申请所述孔结构的两个侧面可以为具有一定的弧度的曲面，也可以为平面，本申请并不进行严格的限定。本申请所述孔结构的外弧面优选为所述橡胶与所述外套相接触的弧面。在所述孔结构的外弧面为所述橡胶与所述外套相接触的弧面的情况下，为了使孔结构的侧面与所述外套实现平滑过渡，所述橡胶与所述外套接触处，在橡胶面上设置了倒角，在满足实际工艺过程可操作性的前提下，所述倒角的尺寸越小越好，一般优选为R0.5?Rl.5。本申请所述内外弧面的长度及内外弧之间的距离根据不同产品的刚度及变刚度要求确定。
[0021]为了使所述开孔式球铰类橡胶弹性元件在最大载荷的情况下，橡胶能够与外套实现紧密贴合，本申请所述孔结构的内弧面与外弧面所在的圆属于同心圆，即所述孔结构的内外弧面优选为与芯轴和外套同心的圆弧面。本申请所述孔结构两个侧面的侧边的连线的交点与所述外弧面圆心不重合，且处于外弧面圆心的上方，如此设计侧面是使孔结构的侧边更长更平缓，外弧面与内弧面之间的距离通过平缓的侧面平缓过渡，避免距离突变而造成刚度的突变。
[0022]作为优选方案，本申请所述侧面与所述内弧面连接处设置有相对较大的倒圆角，所述倒角优选为R40?R100，以实现侧面与内弧面的平缓过渡，避免侧面与内弧面交接处出现较深的凹槽。
[0023]为了避免球铰类橡胶弹性元件在受载的情况下，孔结构处发生较大的凹槽或褶皱，本申请所述孔结构的内弧面的法线方向与所述内弧面的夹角为钝角，在上述两者的角度处于钝角状态，才能保证橡胶在受载以及变刚度的情况下，内弧面逐渐贴近外弧面，避免橡胶发生弯折变形。
[0024]本申请所述开孔式球铰类橡胶弹性元件由于采用了如上所述的孔结构，在径向受载的过程中，开孔处橡胶向外套逐渐平行贴近并平行贴紧，橡胶的接触面积逐渐增加，从而实现开孔式球铰类橡胶弹性元件的平缓增加的变刚度，如图3b、3c所示。根据图3可以看出，所述开孔式球铰类橡胶弹性元件在受载过程中，其开孔处橡胶是以平行贴近的方式靠向外套的，而不是通过剪切和压缩靠近的，从而避免了橡胶发生弯折变形。
[0025]本申请提供的开孔式球铰类橡胶弹性元件能够消除橡胶弯折变形导致的应力集中，变刚度的增加过程平缓，具体的:
[0026]本发明技术方案开孔处的橡胶型面的变形方式是逐渐平行贴近至平行贴紧，这种变形方式有效避免了橡胶的压缩弯折变形，消除了橡胶应力集中所引起的橡胶开裂，大大提高了产品的疲劳寿命。由于橡胶的接触面积是随着载荷逐渐增加的，产品刚度呈平缓增加，刚度增长均匀，有利于提高产品的效果减振，同时还可以根据需要满足多个载荷下的多个刚度要求。如图4所示，图4为现有技术与本发明球铰类橡胶弹性元件在不同载荷下的变刚度曲线图，曲线I为本发明的球铰类橡胶弹性元件的变刚度曲线，曲线2为现有技术球铰类橡胶弹性元件的变刚度曲线，根据图4可知，本申请的球铰类橡胶弹性元件刚度平缓增加。
[0027]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的球铰类橡胶弹性元件进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0028]实施例1
[0029]开孔式球铰类橡胶弹性元件，包括一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，以圆心为轴所述橡胶上对称设置有两个孔结构，所述孔结构贯穿于所述橡胶的轴向，所述孔结构包括:靠近于外套侧的外弧面、靠近于芯轴侧的内弧面与连接外弧面与内弧面的两个侧面，所述内弧面具有与所述外套同方向的弧度，且所述内弧面的法线与所述侧面的夹角为钝角，如图5所示，图5为本实施例开孔式球铰类橡胶弹性元件的剖视图，由图5可知，开孔式球铰类橡胶弹性元件在不受载的情况下，在靠近外套的橡胶部位对称开了两个112°的类环形扇形通孔；扇形孔的内外弧是与芯轴、夕卜套同心的一段圆弧，半径分别为R36mm和R44.45mm ;两侧斜边的交点在内外弧圆心上方36.4mm处；斜边与内弧连接处通过RlOO的倒圆角过渡以避免该处过渡凹陷；考虑到生产过程中形成该开孔结构的镶块边缘需要倒钝，在斜边与外弧的接触处进行Rl倒圆角处理。本实施例通过开孔结构侧面的平缓过渡，实现了与现有结构相同程度的变刚度，但是刚度的增加过程平缓，如图4中曲线2所示。同时由于消除了橡胶的弯折变形，本实施例开孔处橡胶的应力由现有结构的10.24MPa下降至4.98MPa，降幅51.4%，应力降幅明显；并且通过疲劳试验对比，现有结构在76.3万次时出现明显的橡胶裂纹，本实施例通过300万次疲劳后，橡胶表面无裂纹，说明本实施例产品的使用寿命相对现有结构大幅提升。
[0030]实施例2
[0031]实施例2与实施例1的结构类似，只是为了实现不同的变刚度要求，所开孔的大小不同，同时对特殊环状扇形孔的斜边进行了弧形优化，如图6所示。图6为本实施例开孔式球铰类橡胶弹性元件的剖视图，由图6可知，开孔式球铰类橡胶弹性元件在不受载的情况下，在靠近外套的橡胶部位对称开了 2个42°的环形扇形通孔；扇形孔的内外弧是与芯轴、外套同心的一段圆弧，半径分别为R62.5和R71.25 ;两侧斜边的交点在内外弧圆心上方56.8mm处，并且斜边优化为R14的圆弧面；斜边与内弧连接处通过R40的倒圆角过渡以避免该处过渡凹陷；考虑到生产过程中形成该开孔结构的镶块边缘需要倒钝，在斜边与外弧的接触处进行R0.5倒圆角处理。
[0032]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0033]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种开孔式球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，以圆心为轴所述橡胶上对称设置有两个孔结构，所述孔结构贯穿于所述橡胶的轴向，其特征在于，所述孔结构包括:靠近于外套侧的外弧面、靠近于芯轴侧的内弧面与连接外弧面与内弧面的两个侧面，所述内弧面具有与所述外套同方向的弧度，且所述内弧面的法线与所述侧面的夹角为钝角。2.根据权利要求1所述的开孔式球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述侧面与内弧面连接处设置有倒角。3.根据权利要求1所述的开孔式球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述侧面为平面或曲面。4.根据权利要求1所述的开孔式球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述外弧面与所述外套靠近所述橡胶侧的弧面重合。5.根据权利要求1所述的开孔式球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述内弧面、外弧面与所述外套的圆心重合。
【文档编号】F16F1/38GK106032830SQ201510103602
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月10日
【发明人】屈孝波, 柳禄泱, 周炜, 孙海燕, 郭喜文
【申请人】株洲时代新材料科技股份有限公司