215之间也是采用环 形圆角段22过渡。在本实施例中，橡胶体2的下端的环形圆角段22的圆角半径为20_， 橡胶体2的上端的两段环形圆角段22的圆角半径都是5mm。橡胶体2环绕在内锥体1的 外围，外锥体3环绕在橡胶体2的外围。内锥体1和外锥体3为金属部件，内锥体1和外锥 体3与橡胶体2通过胶黏剂在一定的温度和压力下硫化成一个整体，其作用是：利用橡胶体 2起减振降噪作用，内锥体1和外锥体3起支撑和安装接口的作用。此外，在内锥体1下端 向外侧延伸形成有环形的内锥体凸台11，橡胶体2下端位于内锥体凸台11的上方，橡胶体 2的下端设有第四环形平直段214和第五环形平直段215,且第四环形平直段214和第五环 形平直段215之间采用环形圆角段22过渡。当锥形弹簧受到垂向载荷向下的压力时，橡胶 体2下端向下移动并产生形状变化，但橡胶体2下端的形状变化受到外锥体3内侧和内锥 体凸台11的双重约束。因此，橡胶体2下端的会贴合内锥体凸台11和外锥体3内侧，而内 锥体凸台11与凸台过渡边111采用的是平缓的直线边过渡，因此橡胶体2下端贴合内锥体 凸台11和外锥体3内侧时会形成平滑的形状。能避免橡胶体2下端产生褶皱，因此能防止 橡胶体2下端开裂。当锥形弹簧受到最大的垂向载荷向下的压力时，橡胶体2下端的形状 会呈现出如图3中D处的平滑形状。
[0035] 目前的锥形弹簧中，橡胶体2的上端和下端都是采用的是一段平直段与一段圆弧 段相结合的形状。这种结构在橡胶体2承受最大垂向载荷时，橡胶体2的上端面和下端面 会出褶皱，时间长了就会导致橡胶体2开裂，由于锥形弹簧是金属与橡胶硫化而成的整体， 不能拆开也不方便进行局部修复，因而锥形弹簧是终身免维修的产品，出现橡胶体2开裂 只能更换锥形弹簧。
[0036] 为了避免橡胶体2上端出现褶皱，本实施例采用的结构如图1和图2所示。橡胶 体2的上端由第一环形平直段211、第二环形平直段212、第三环形平直段213以及两段环 形圆角段22形成一个整体。第一环形平直段211和第二环形平直段212之间采用环形圆 角段22过渡，第二环形平直段212和第三环形平直段213之间也采用环形圆角段22过渡。 橡胶体2受到垂向载荷向下移动的过程中，由于橡胶体2外侧与外锥体3内侧相连，橡胶体 2上端与外侧的移动会受到外锥体3的约束。橡胶体2的下端第四环形平直段214和第五 环形平直段215也形成一个整体，且第四环形平直段214和第五环形平直段215之间采用 环形圆角段22过渡。当锥形弹簧受到垂向载荷向下的压力时，橡胶体2下端向下移动并产 生形状变化，但橡胶体2下端的形状变化受到外锥体3内侧和内锥体1的双重约束。而且 在内锥体1下端设有向外侧延伸形成环形的内锥体凸台11，橡胶体2下端位于内锥体凸台 11的上方，凸台11的上表面为两段环形平直段组合形成多段式结构，分别为第六环形平直 段216和第七环形平直段217 ;第六环形平直段216和第七环形平直段217之间通过环形圆 角段22过渡；当锥形弹簧承受最大垂向载荷时时，橡胶体2的下端下移时的形状变化由于 受到外锥体3内侧和内锥体凸台11的双重约束，因此橡胶体2的下端能使锥形弹簧的刚度 有大幅度的增加。而当锥形弹簧承受最大垂向载荷时(如附图3和4所示)，橡胶体2下端 的形状变化也会受到外锥体3内侧和橡胶体2的下端的形状的约束，使得橡胶体2下端能 承受最大垂向载荷，并在最大垂向载荷下形成平滑的形状。正因为在最大垂向载荷下，锥形 弹簧仍能用橡胶体2承受载荷，因此使得在最大垂向载荷下，锥形弹簧仍能有较好的缓冲、 减震和减噪效果。
[0037] 如下方的表格所示，表格中给出了本实施例中橡胶体2的内锥体凸台11与垂向方 向的夹角以及各段环形平直段的长度。
[0038] 本实施例中，锥形弹簧的内锥体凸台11的二段环形平直段中的任意一段的长度 或斜率在制造时进行改变，都会改变锥形弹簧的变刚度，也就是说，能通过调节环形平直段 的长度或斜率来改变锥形弹簧的变刚度。当垂向载荷不大时，锥形弹簧可以通过橡胶体2 的上端面和下端面的变刚度实现刚度调整，能使得锥形弹簧能有很好的缓冲和减震效果； 当垂向载荷很大，甚至达到最大垂向载荷时，锥形弹簧的橡胶体2上端和橡胶体2下端都处 于没有变刚度的平滑形状，刚度曲线消除了 "S"的现象；在最大垂向载荷时，锥形弹簧仍能 用橡胶体2承受载荷，因此使得此时锥形弹簧仍能有较好的缓冲、减震和减噪效果。
[0039] 实施例二
[0040]与实施例一的结构大致相同，但内锥体凸台11的上端面采用的不是平缓的直线 边过渡，而平缓的曲线边进行过渡，内锥体凸台11的上端面采用三段环形平直段和两段环 形圆角段，这样能进一步改变变锥形弹簧变刚度的次数，增加或减少环形平直段的段数能 进一步改善最大垂向载荷过程中的平缓程度，保证橡胶体2的下端形状不出现褶皱，能始 终保持平滑的形状。同时，为了避免橡胶体2的下端开裂，在内锥体凸台11的上端面的上 端面上也覆盖有一层橡胶层218 (见附图2)，橡胶层与橡胶体2的下端面连为一体，形成一 个多边的下端曲面。
[0041] 本实用新型的优点是：
[0042] 1.橡胶体的下端面为多段组合形面，且每两段之间采用环形圆角段过渡，能实现 多次垂向刚度的平缓变化，不会出现锥形弹簧的垂向刚度突然增大的现象，能避免垂向刚 度出现反S曲线，从而有效的防止机车脱轨，同时也能让锥形弹簧有很好的减震、降噪效 果。
[0043] 2.橡胶体的下端面采用大于两段以上的变形形面结构，且每两段之间采用环形圆 角段过渡，且通过合理调整各段的斜率、长度，能有效防止橡胶体承受载荷，橡胶体的上端 下移的过程中，橡胶体上端形状始终保持平滑，从而防止橡胶体上端开裂。
[0044] 3.橡胶体的下端面采用多段的组合形面，每两段之间采用环形圆角段过渡，因此 橡胶体能实现多次横向刚度和纵向刚度的变化，且能让横向刚度和纵向刚度的变化比较平 缓，不会出现横向刚度和纵向刚度的突然增大，从而使得机车在加速、减速或转弯时，更为 平稳、顺畅，能增加车内旅客的舒适感。
[0045] 4.锥形弹簧能通过改变每一段的长度、斜率和段数调节锥形弹簧的垂向、横向和 纵向变刚度使锥形弹簧能满足不同型号的机车在不同状态下对刚度的需要，使机车能更好 的符合动力学要求，从而让机车更好地运行。同时，也让锥形弹簧的通用性更强，应用范围 更广，能应用到各种机车上。
[0046] 5.锥形弹簧能防开裂，使用寿命长；结构简单，成本低，适用于批量生产。
[0047] 很显然，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视 为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种具有大承载变刚度能力的锥形弹簧，包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕 在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥 形布置的橡胶金属弹簧；橡胶体下端面分别与锥形弹簧的内锥体和外锥体连接，且橡胶体 从与橡胶体内锥体处到与外锥体连接是逐步上升趋势走向；其特点在于，在锥形弹簧内锥 体的底部向外伸出有凸台，橡胶体在下移到橡胶体下端面抵触到凸台后，通过内锥体底部 向外伸出的凸台与外椎体内侧的双重约束配合产生大幅度变刚度。2. 根据权利要求1所述的锥形弹簧，其特征在于，所述凸台的上表面为多段式结构，每 一段之间用圆弧过渡，通过调整凸台每一段的形状、斜率、长度和外椎体内侧的张开角度， 调整刚度变化的大小和刚度变化的位置；并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。3. 根据权利要求2所述的锥形弹簧，其特征在于，所述凸台的上表面多段式结构中，每 段的形状是直线或弧线形状，并将每两段之间通过圆弧段过渡连接起来，以保证橡胶体的 上端下移过程中，橡胶体上端的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。4. 根据权利要求3所述的锥形弹簧，其特征在于，所述多段上坡组合是两段以上的直 线段组合，且直线段与直线段之间通过圆角段过渡，每一直线段具有不同的斜率和长度，以 保证橡胶体的上端下移过程中，橡胶体上端的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。5. 根据权利要求4所述的锥形弹簧，其特征在于，所述直线段组合是二段直线段组合， 其中，第一直线段的长度为49-52_，第一直线段与锥形弹簧轴线的夹角为9-11度；第二直 线段的长度为5-8mm，第二直线段与锥形弹簧轴线的夹角为86-88度。6. 根据权利要求4所述的锥形弹簧，其特征在于，所述橡胶体的下端面的环形圆角段 的圆角半径为15_25mm。7. 根据权利要求4所述的锥形弹簧，其特征在于，在内锥体凸台的上端面的上端面上 也覆盖有一层橡胶层，橡胶层与橡胶体2的下端面连为一体，形成一个多边的下端曲面。
【专利摘要】一种具有大承载变刚度能力的锥形弹簧，锥形弹簧包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥形布置的橡胶金属弹簧；其特征在于，锥形弹簧的橡胶体上部橡胶型面和橡胶体下部橡胶型面采用多段结构形式；其中，橡胶体上部橡胶型面为多段下坡结构，橡胶体下部橡胶型面为多段上坡结构；锥形弹簧通过改变橡胶体上部橡胶型面多段下坡结构和橡胶体下部橡胶型面多段上坡结构中每一段的形状、斜率、长度和段数，来调整锥形弹簧的刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
【IPC分类】F16F1/393, B61F5/30
【公开号】CN204716849
【申请号】CN201520150414
【发明人】谭方, 丁纬, 孙海燕, 冯万盛, 柳禄泱
【申请人】株洲时代新材料科技股份有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年3月17日