一种具有变刚度位移自由度的低地板车固定铰的制作方法

本发明涉及一种固定铰，具体涉及一种具有变刚度位移自由度的低地板车固定铰，属于轨道交通技术领域。

背景技术：

低地板轻轨车，以下简称低地板车，是现代城市新型交通装备，一般有3—7节编组，通过铰接装置系统连接。车体铰接装置是城市低地板车车体连接的重要部分，目前随着低地板车在欧洲的广泛应用，国内也在推广，所以铰接装置的市场需求也越来越大。

现有的低地板车固定铰铰接方法是采用上、下支座通过中心销直接与金属关节轴承铰接，即利用中心销依次穿过上支座、金属关节轴承和下支座，从而将相邻的车体连接起来。或者直接采用球关节轴承连接上下支座，实现两相邻车体的连接。但是，这种采用中心销结构及球关节轴承连接相邻车体的方法会使得整个固定铰的刚度极大，相当于刚性连接，并使固定铰接装置只有绕三个方向偏转及扭转的自由度，而无三个方向的位移自由度，使得该种铰接结构的车辆在通过小半径曲线时，车辆的前后车节间出现不同程度的通行干涉，具体表现为受干涉车节的轮、轨之间的侧压力过大，加速轮轨磨耗，影响车辆通过曲线的能力。这种情形下，运行的车节之间缺乏良好的协调性，严重时甚至产生有明显感觉的震动和异响，直接影响到乘行的舒适性。

随着铰接装置的发展，当前逐渐采用标准化固定铰接设计，空间尺寸趋于固定，需要满足互换性设计要求。而在一种设计的三模块低地板车上，需要采用一种具有各向自由度及变刚度设计，但同时又需要满足通用接口尺寸设计的铰接装置。现有多种铰接装置都无法满足要求。

综上，如何设计一种新型的低地板车固定铰铰接方法及固定铰铰接装置，以改变传统的刚性连接相邻车体的方法，使其既能满足通用接口尺寸要求，同时能够放开自由度，满足车辆运行需求，又能使得整个固定铰可以承受纵向、横向载荷以及大的垂向载荷，是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有铰接装置无纵向、横向和垂向位移自由度的问题。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种具有变刚度位移自由度的低地板车固定铰，包括具有上夹盘和下夹盘的u形安装座、具有关节支架的t形安装座和芯轴，所述上夹盘、下夹盘和关节支架均具有垂向的孔，t形安装座的关节支架位于u形安装座的上夹盘和下夹盘之间；所述固定铰还包括位于u形安装座上夹盘孔中的上橡胶轴衬和位于下夹盘孔中的下橡胶轴衬，上橡胶轴衬的中央和下橡胶轴衬的中央均具有垂向设置的孔；所述芯轴垂向位于t形安装座的关节支架的孔中，芯轴的两端分别位于上橡胶轴衬和下橡胶轴衬的孔中，t形安装座通过关节支架施加给芯轴的横向、纵向和垂向的力都能够通过上橡胶轴衬和下橡胶轴衬产生形变来使芯轴产生相对于u形安装座的横向、纵向和垂向的位移。

进一步地，所述上橡胶轴衬和下橡胶轴衬的前部和后部均分别设有开放纵向位移自由度的纵向开放口；所述上橡胶轴衬和下橡胶轴衬的左侧和右侧均分别设有开放横向位移自由度的横向开放口。

进一步地，所述上橡胶轴衬中央的孔与纵向开放口和横向开放口之间均具有减震层，所述下橡胶轴衬中央的孔与纵向开放口和横向开放口之间均具有减震层。

进一步地，所述上橡胶轴衬和下橡胶轴衬的外周均设置有刚性外套，上橡胶轴衬和下橡胶轴衬是通过刚性外套分别安装在上夹盘和下夹盘中央的孔中。

进一步地，所述芯轴分为上插销芯轴和下插销芯轴；所述上橡胶轴衬中央的孔中还设有与上橡胶轴衬固接的刚性衬套，上橡胶轴衬的刚性衬套就套在上插销芯轴上；所述下橡胶轴衬就直接套在下插销芯轴上。

进一步地，所述上夹盘的孔的内壁的上部设有径向向内的止挡圈，所述止挡圈的径向宽度小于或等于刚性外套的径向宽度。

进一步地，所述上插销芯轴顶端的外周设有径向向外的用于垂向限位的止挡边。

进一步地，所述关节支架中设有关节件；所述关节支架和安装在关节支架内的关节件，与下夹盘、套在下夹盘内的刚性外套和套在刚性外套内的下橡胶轴衬之间具有垂向位移间隙；所述上夹盘、套在上夹盘内的刚性外套、套在刚性外套内的上橡胶轴衬，与关节支架、安装在关节支架内的关节件之间具有垂向位移间隙；所述上夹盘与上插销芯轴的止挡边之间具有垂向位移间隙。

进一步地，所述芯轴分为上插销芯轴和下插销芯轴；所述上橡胶轴衬直接套在上插销芯轴上，所述下橡胶轴衬直接套在下插销芯轴上。

进一步地，所述上插销芯轴顶端的外周设有径向向外的用于垂向限位的止挡边，所述下插销芯轴底端的外周设有径向向外的用于垂向限位的止挡边。

本发明的优点是：在限定的接口空间范围内，铰接装置在满足牵引刚性需求的前提下，具有了理想的纵向、横向和垂向位移自由度，使得低地板列车能够顺畅的通过小半径曲线。

附图说明

图1为实施例一的一种具有变刚度位移自由度的低地板车固定铰的剖视示意图；

图2为图一所示低地板车固定铰的u形安装座剖视示意图；

图3为图一所示低地板车固定铰的芯轴剖视示意图；

图4为图一所示低地板车固定铰的t形安装座剖视示意图；

图5为图一所示低地板车固定铰的下橡胶轴衬俯视示意图；

图6为实施例一低地板车固定铰的下橡胶轴衬组件与下插销芯轴固接剖视示意图；

图7为实施例一低地板车固定铰的上橡胶轴衬组件剖视示意图；

图8为实施例二的一种具有变刚度位移自由度的低地板车固定铰的剖视示意图；

图9为图二所示低地板车固定铰的上橡胶轴衬组件和下橡胶轴衬组件分别与上插销芯轴和下插销芯轴固接的剖视示意图。

说明中：固接是指固定连接；芯轴包括上插销芯轴和下插销芯轴。

图中：1、u形安装座；101、上夹盘；102、下夹盘；2、t形安装座；201、关节支架；3、关节件；301、关节球；4、上橡胶轴衬；5、下橡胶轴衬；6、纵向开放口；7、横向开放口；8、减震层；9、刚性外套；10、刚性衬套；11、上插销芯轴；12、下插销芯轴；13、插销；14、止挡圈；15、止挡边；16、垂向位移间隙；17、调高垫片；18、磨耗盘。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：

实施例一

如图1—7所示，一种具有变刚度位移自由度的低地板车固定铰，包括具有上夹盘101和下夹盘102的u形安装座1、具有关节支架201的t形安装座2和芯轴，整个固定铰的外部尺寸被限定在行业规定的标准范围内（一般≤260mm），必须能够安装进入标准的接口空间。所述上夹盘101、下夹盘102和关节支架201均具有垂向的孔，t形安装座2的关节支架201位于u形安装座1的上夹盘101和下夹盘102之间；关节支架201中具有关节件3，关节件3一般是球形关节轴承；所述固定铰还包括位于u形安装座上夹盘101孔中的上橡胶轴衬4和位于下夹盘102孔中的下橡胶轴衬5，上橡胶轴衬4的中央和下橡胶轴衬5的中央均具有垂向设置的孔；所述芯轴垂向位于t形安装座2的关节支架201的孔中，实际是垂向位于关节支架201的孔中的关节件3中，如果关节件3是一种球形关节轴承，则芯轴就是位于球形关节轴承的关节球301的轴孔中，芯轴的上下两端分别位于上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5的孔中。在芯轴的上下两端受到u形安装座1的上夹盘101和下夹盘102转动限制的情况下，t形安装座2通过关节件3能够相对于u形安装座1作多向转动和扭转。当芯轴上端装在u形安装座上夹盘101孔中的上橡胶轴衬4的孔中，芯轴下端装在u形安装座下夹盘102孔中的下橡胶轴衬5的孔中时，t形安装座2通过关节支架201施加给芯轴的横向、纵向和垂向的力都能够通过上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5产生形变来使芯轴产生相对于u形安装座1的横向、纵向和垂向的变刚度位移。当这种位移达到橡胶轴衬形变极限时，芯轴将与上夹盘101和下夹盘102达到钢性接触，并以钢性接触方式传递车节与车节间的作用力。这样，在限定的接口空间范围内，在满足牵引刚性需求的前提下，固定铰具备理想的纵向、横向和垂向位移自由度，使得低地板列车能够顺畅的通过小半径曲线。

所述理想的位移自由度是指纵向位移4—10mm，横向位移4—10mm，垂向位移1—4mm。

下面是进一步地改进。

上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5的前部和后部均分别设有开放纵向位移自由度的纵向开放口6；所述上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5的左侧和右侧均分别设有开放横向位移自由度的横向开放口7。这样设置就是适度降低横向、纵向位移的弹性刚度，同时，在有限的空间尽可能大的开放位移距离。而将弹性阻力由右前角、左前角、右后角和左后角的橡胶体承担。

上橡胶轴衬4中央的孔与纵向开放口6和横向开放口7之间均具有减震层8，所述下橡胶轴衬5中央的孔与纵向开放口6和横向开放口7之间均具有减震层8。这样设置是为了在芯轴在上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5中的位移要超过自由度时，避免刚性的芯轴与如下所述的刚性外套9直接发生刚性碰撞而产生变形。

作为一种优选，在上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5的外周均设置有刚性外套9，上橡胶轴衬4与刚性外套9之间，以及下橡胶轴衬5与刚性外套9之间都是通过硫化固接。上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5都是通过刚性外套9以过盈配合的方式分别安装在上夹盘101和下夹盘102中央的孔中。

芯轴分为上插销芯轴11和下插销芯轴12；所述上橡胶轴衬4中央的孔中还设有与上橡胶轴衬4固接的刚性衬套10，这种固接也是硫化固接，上橡胶轴衬4的刚性衬套10就以过盈配合方式套在上插销芯轴11上；所述下橡胶轴衬5就直接以硫化固接方式套在下插销芯轴12上。上插销芯轴11和下插销芯轴12均具有轴心销孔，安装时，上插销芯轴11和下插销芯轴12是通过一根插入上插销芯轴11和下插销芯轴12的轴心销孔中的插销13连接的。

为了下面的表述更加简便，我们将上橡胶轴衬4和与上橡胶轴衬4固接的刚性外套9及刚性衬套10合称为上橡胶轴衬组件。将下橡胶轴衬5和与下橡胶轴衬5固接的刚性外套9合称为下橡胶轴衬组件。

上夹盘101的孔的内壁的上部设有径向向内的止挡圈14，所述止挡圈14的径向宽度小于或等于刚性外套9的径向宽度。在本实施例中，上橡胶轴衬组件是从下向上以过盈配合方式压入上夹盘101中，所述止挡圈14为上橡胶轴衬组件向上压入的上限。所述止挡圈14的径向宽度小于或等于刚性外套9的径向宽度是避免止挡圈14超宽后压制上橡胶轴衬4，对上橡胶轴衬4的垂向变形造成干涉。

在上插销芯轴11顶端的外周设有径向向外的用于垂向限位的止挡边15。

在关节支架201中设有关节件3；所述关节支架201和安装在关节支架201内的关节件3，与下夹盘102、套在下夹盘102内的下橡胶轴衬组件之间具有垂向位移间隙16；所述上夹盘101、套在上夹盘101内上橡胶轴衬组件，与关节支架201、安装在关节支架201内的关节件3之间具有垂向位移间隙16；所述上夹盘101与上插销芯轴11的止挡边15之间具有垂向位移间隙16。这样设置，就是要使t形安装座2能够做相对于u形安装座1的垂向位移。前面实际已经提到，t形安装座2能够做相对于u形安装座1的垂向位移，就是依靠上橡胶轴衬4和下橡胶轴衬5产生形变来实现的。

在上插销芯轴11的顶端面上，还设有用于调节高度的调高垫片17，在垫片上面还设有磨耗盘18，参照图9。

综上，通过本实施例的进一步改进，使得固定铰具备理想的纵向、横向和垂向位移自由度的目标完全能够得以实现。

实施例二

如图8、9所示，一种具有变刚度位移自由度的低地板车固定铰，其与实施例一的不同之处在于，所述芯轴分为上插销芯轴11和下插销芯轴12；所述上橡胶轴衬4直接套在上插销芯轴11上，所述下橡胶轴衬5直接套在下插销芯轴12上。所述上插销芯轴11顶端的外周设有径向向外的用于垂向限位的止挡边15，所述下插销芯轴12底端的外周设有径向向外的用于垂向限位的止挡边15，且下插销芯轴12底端的止挡边15与下夹盘102、套在下夹盘102内的下橡胶轴衬组件之间具有垂向位移间隙16。与实施例一相比，上橡胶轴衬组件免去了刚性称套，上夹盘101免去了止挡圈14，装配也变得简单，只需将上插销芯轴11连同上橡胶轴衬组件由上向下压入上夹盘101中即可；其不足之处是垂向空间略显紧张，设计制作是需要严格控制工件尺寸和挑选力学性能更优越的材料。

上述实施例只用于更清楚的描述本发明，而不能视为限制本发明涵盖的保护范围，任何等价形式的修改都应视为落入本发明涵盖的保护范围之中。