一种降低叠层弹簧机构偏转刚度的方法及结构与流程

1.本发明涉及一种降低叠层弹簧机构偏转刚度的方法及结构，属于轨道车辆减振技术领域。


背景技术：

2.在轨道车辆中，叠层弹簧机构作为一系悬挂装置，通常被用于轴箱转臂和转向架构架之间，用于对车体进行隔振减振，提高轨道车辆运行的稳定性和司乘人员乘坐的舒适性。叠层弹簧机构由安装于轴箱转臂上的一系橡胶减振垫和钢弹簧组串联组合而成，钢弹簧组位于橡胶减振垫上端。
3.如图1所示，传统的橡胶减振垫包括上连接板2、下连接板1和硫化在上连接板2和下连接板1之间的橡胶垫3，此种叠层弹簧机构的下连接板1为平直型结构，橡胶垫3与下连接板1和上连接板2也为水平粘结，橡胶垫3及整个叠层弹簧机构的偏转刚度较大，当车辆通过偏转角度大的工况，如过弯道时，偏转刚度大的叠层弹簧机构的减振性能将受到影响，且橡胶垫3内外两侧的橡胶型面也容易打折堆积。
4.因此，如何设计一种可以降低叠层弹簧机构的偏转刚度并防止橡胶垫堆积打折断裂的叠层弹簧机构，是当下亟须解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种降低叠层弹簧机构偏转刚度的方法及结构，通过矩形段和弧形段组合的下连接板以及与下连接板匹配设置的橡胶垫，增加橡胶垫与下连接板的粘结面积，在保证径向刚度的同时降低叠层弹簧机构的偏转刚度。
6.为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：一种降低叠层弹簧机构偏转刚度的方法，将下部减振件中的下连接板设置成包括矩形段和朝向上连接板凸出的弧形段的组合式结构，并将与下连接板连接处的橡胶垫下端面与下连接板的结构匹配设置；通过矩形段保证下部减振件的径向刚度，通过弧形段增加橡胶垫与下连接板的粘结面积，以此在保证径向刚度的同时降低叠层弹簧机构的偏转刚度。
7.优选地，将上连接板的下端面设置成朝向钢弹簧凸出的弧面结构，并将与上连接板连接处的橡胶垫上端面与上连接板的结构匹配设置；将橡胶垫的外侧型面设为形成内凹陷区的多弧线段组合式结构；通过橡胶垫上端面、橡胶垫下端面和外侧型面与下连接板和上连接板相配合共同降低叠层弹簧机构的偏转刚度。
8.一种叠层弹簧机构，采用上述方法进行设计，包括钢弹簧，分别连接在钢弹簧上下两端的上部连接件和下部减振件，下部减振件包括上连接板、下连接板和硫化在上、下连接板之间的橡胶垫，下连接板包括矩形段结构和弧形段结构，橡胶垫硫化在弧形段结构上；橡胶垫的外侧型面为弧线段结构；下连接板和橡胶垫上分别设有空腔一和空腔二，上连接板在空腔二上方设有中部顶板，中部顶板与上连接件之间设可拆卸式锁紧件。
9.优选地，矩形段结构包括位于空腔二下方的内矩形段和位于橡胶垫外侧的外矩形
段；弧形段位于内矩形段和外矩形段之间，弧形段包括朝向上连接板凸出的上弧线段，橡胶垫的下端面与上弧线段匹配设置。
10.优选地，上弧线段包括靠近内矩形段的弧线段一和靠近外矩形段的弧线段二，弧线段一的直径r1与弧线段二的直径r2之间的关系为：r1 ≥1.2r2。
11.优选地，橡胶垫的外侧型面的下端与下连接板连接于弧线段二与外矩形段上端面的连接点d1处，橡胶垫的内侧型面的下端与下连接板连接于弧线段一与内矩形段上端面的连接点d2处。
12.优选地，内矩形段的厚度h1和宽度h2均大于外矩形段的厚度h3和宽度h4；内矩形段的整体体积v1与外矩形段的整体体积v2之间的关系为：v1≥3v2。
13.优选地，下连接板的底端面位于内矩形段和外矩形段之间的部分为弧线结构的弧线段三，弧线段三的直径r3≤1.5r2，使得内矩形段的整体体积v1小于外矩形段的整体体积v2，且内矩形段的厚度h1小于外矩形段的厚度h3。
14.优选地，上连接板的下端面为朝向钢弹簧凸出的弧面结构，橡胶垫的上端面与上连接板的下端面匹配设置形成弧线段四；外侧型面包括与弧线段四连接的橡胶段一，橡胶段一朝向外侧凸出且位于上连接板的侧端面的下方内侧。
15.优选地，外侧型面包括连接于橡胶段一下端且朝向内侧凸出的橡胶段二、连接于d1点且朝向外侧凸出的橡胶段五；橡胶段五的上端连接有朝向内侧凸出的橡胶段四，橡胶段二和橡胶段四之间通过朝向内侧凸出的橡胶段三连接；橡胶段二和橡胶段四的直径大于橡胶段三的直径；橡胶段二、橡胶段三和橡胶段四共同形成内凹陷区，其中橡胶段三为内凹陷区的凹底，内凹陷区的半径r为1mm-5mm。
16.本发明的有益效果：1、下连接板为弧形段和矩形段组合式结构，橡胶垫与下连接板的结构匹配设置并连接在弧形段结构上端，通过弧形段结构可增加橡胶垫与下连接板上端面之间的粘结面积和整体体积，以此降低橡胶垫的偏转刚度及叠层弹簧机构的整体偏转刚度，同时矩形段结构还能在保持低偏转刚度的同时增加径向支撑性能。
17.2、上连接板的下端面为弧形结构，橡胶垫与上连接板的结构匹配设置，可增加橡胶垫与上连接板之间的粘结面积和体积，进一步增加橡胶垫及叠层弹簧机构的偏转刚度。
18.同时，弧形结构的下连接板上端面和上连接板下端面可使得橡胶垫受载时沿着弧形段平滑挤压，避免橡胶垫中的橡胶体堆积打折，提高橡胶体的使用寿命。
19.3、下连接板的下端面为与轴箱转臂匹配设置的弧形结构，可增加叠层弹簧机构的安装使用场景，同时可根据需要进一步增大橡胶垫与下连接板之间的粘结面积和体积，进一步降低偏转刚度。
20.4、橡胶垫的外侧型面为多弧面段的组合式型面结构，具体包括位于外侧型面两端部且朝向外侧凸出的橡胶段一和橡胶段五，和位于橡胶段一和橡胶段五之间且朝向内侧凸出的橡胶段二、橡胶段三和橡胶段四，通过橡胶段二、橡胶段三和橡胶段四形成可降低偏转刚度的内凹陷区，通过橡胶段一和橡胶段五保证橡胶垫在具有低偏转刚度的同时还在外侧型面的端部具有良好的支撑刚度。
21.5、本发明中还在锁紧台和上部连接件之间设置了可对钢弹簧进行预压缩的锁紧件，在钢弹簧安装或拆卸前可先对钢弹簧进行预压缩，以此降低钢弹簧及叠层弹簧机构的
整体体积，满足转向架构架与轴箱转臂之间空间较小时的安装和拆卸，实现叠层弹簧机构的小空间安装和小空间拆卸。
附图说明
22.图1为现有技术的示意图。
23.图2为实施例一种叠层弹簧机构的整体结构示意图。
24.图3为图2中下部减振件的结构示意图。
25.图4为实施例二中下部减振件的结构示意图。
26.图5为实施例三中下部减震件的结构示意图。
27.附图标记说明：1、下连接板；2、上连接板；3、橡胶垫；4、钢弹簧；5、矩形段；6、弧形段；7、空腔一；8、空腔二；9、中部顶板；9a、锁紧台；9b、侧支撑台；10、锁紧件；10a、锁紧头；10b、锁紧杆；11、内矩形段；12、外矩形段；13、放置槽；14、弧线段一；15、弧线段二；16、弧线段三；17、外侧型面；18、内侧型面；19、锁紧腔；20、底壁；21、侧壁；22、压缩板；23、锁紧孔二；24、下定位柱；25、上定位柱；26、调整垫板； 27、底端面；28、轴箱转臂；29、内凹陷区；30、弧线段四；31、侧端面；32、橡胶段一；33、橡胶段二；34、橡胶段三；35、橡胶段四；36、橡胶段五；37、缓冲橡胶。
具体实施方式
28.以下结合附图2-5对本发明做进一步详细描述。实施例中所提的内侧为朝向叠层弹簧机构的中轴线l的一侧，所提的外侧为远离中轴线l的一侧。
29.实施例一一种降低叠层弹簧机构偏转刚度的方法，将下部减振件中的下连接板1设置成包括矩形段5和朝向上连接板2凸出的弧形段6的组合式结构，通过弧形段6可增加橡胶垫3与下连接板1的粘结面积，矩形段5可增加下部减振件的径向刚度，以此在保证径向刚度的同时降低叠层弹簧机构的偏转刚度；将与下连接板1连接处的橡胶垫3的下端面与下连接板1的结构匹配设置，即橡胶垫3的下端面也为朝向上连接板2凸出的弧线段结构，当车体运动橡胶垫3受载时，橡胶垫3的下端面可以沿着弧线段进行形变，可避免橡胶垫3打折堆积，提高橡胶垫3的使用寿命。
30.将上连接板2的下端面设置成朝向钢弹簧4凸出的弧面结构，并将与上连接板2连接处的橡胶垫3上端面与上连接板2的结构匹配设置；当橡胶垫3受载变形时，弧面结构的橡胶垫3上端面可沿着弧面进行变形，防止打折断裂；同时，朝向钢弹簧4凸出的橡胶垫3相对于平直型结构的橡胶垫3而言，体积更大，且与上连接板2的粘结面积更大，可有效降低叠层弹簧机构的偏转刚度；将橡胶垫3的外侧型面17设为形成内凹陷区29的多弧线段组合式结构，内凹陷区29可减小橡胶体3的侧部体积，同时为橡胶垫3提供形变容积空间，多弧线段组合式结构可使得外侧型面17沿着弧线进行形变，减小橡胶的褶皱断裂现象，降低橡胶垫3的偏转刚度。
31.由上可知，将朝向钢弹簧4向上凸出的橡胶垫3上端面、橡胶垫3下端面和多弧线段组合式结构的外侧型面17与下连接板1和上连接板2相配合，通过增加橡胶垫3与上连接板2和下连接板1之间的粘结面积，增加外侧型面17的形变性能和形变空间，可共同降低叠层弹
簧机构的偏转刚度，同时增加橡胶垫3的使用性能和使用寿命。
32.实施例二如图2所示，叠层弹簧机构包括钢弹簧4，分别连接在钢弹簧4上下两端的上部连接件和下部减振件；下部减振件包括上连接板2、下连接板1和硫化在上、下连接板之间的橡胶垫3，上连接板2上端设有下定位柱24，钢弹簧4的下端安装在上连接板2上并通过下定位柱24进行限位；上部连接件包括中部锁紧腔19和侧部压缩板22，压缩板22的下端设有上定位柱25，钢弹簧4的上端安装在压缩板22上并通过上定位柱25进行限位；通过钢弹簧4和橡胶垫3形成串联的二级减振组来增强叠层弹簧机构的整体减振性能。
33.如图2和3所示，下连接板1包括矩形段5结构和弧形段6结构，下连接板1和橡胶垫3上分别设有空腔一7和空腔二8，空腔一7位于下连接板1的中部，空腔二8位于橡胶垫3的中部，空腔二8的内径大于空腔一7的内径；空腔一7可在不影响刚度的情况下节省材料并整体减重，空腔二8可为橡胶垫3的形变提供容积空间，同时可降低叠层弹簧机构的偏转刚度。
34.如图3所示，矩形段5结构包括位于空腔二8下方的内矩形段11和位于橡胶垫3外侧的外矩形段12；内矩形段11支撑在空腔二8的下方，此处承受的径向刚度较大，内矩形段11可弥补由空腔二8带来的径向刚度损失，且在保持低偏转刚度的情况下对橡胶垫3进行稳定支撑；外矩形段12可为橡胶垫3的外侧部及上连接板2进行支撑，通过内矩形段11和外矩形段12共同提高下连接板1的支撑性能；弧形段6位于内矩形段11和外矩形段12之间，弧形段6包括朝向上连接板2凸出的上弧线段，橡胶垫3的下端面与上弧线段匹配设置；橡胶垫3硫化在弧形段6结构上，当橡胶垫3受载被挤压时，橡胶垫3的下端面可以沿着弧线段进行形变，可避免橡胶垫3打折堆积，提高橡胶垫3的使用寿命；橡胶垫3的外侧型面17为朝向叠层弹簧机构的中轴线l凸出的弧面段结构，此种结构可避免橡胶垫3承载时外侧型面17打折断裂，同时可降低橡胶垫3外侧部的体积，降低偏转刚度。
35.如图3所示，上弧线段包括靠近内矩形段11的弧线段一14和靠近外矩形段12的弧线段二15，弧线段一14的直径r1与弧线段二15的直径r2之间的关系为：r1 ≥1.2r2，使得弧线段一14和弧线段二15从内向外逐渐向下圆弧过渡，同时能增加橡胶垫3与下连接板1的粘结面积；弧线段一14靠近内矩形段11，且本实施例中的弧线段一14接近于水平直线结构，弧线段二15的直径大于弧线段一14的直径且靠近外矩形段12；因此弧线段一14可在保证橡胶垫3的径向刚度及下连接板1的支撑性能的同时与弧线段二15配合降低橡胶垫3的偏转刚度。
36.如图3所示，橡胶垫3的外侧型面17的下端与下连接板1连接于弧线段二15与外矩形段12上端面的连接点d1处，橡胶垫3的内侧型面18的下端与下连接板1连接于弧线段一14与内矩形段11上端面的连接点d2处；d1点和d2点为矩形段5和弧形段6的过渡点，相对于外侧型面17的下端或内侧型面18的下端连接在弧形段6上的结构而言，本方案可增加橡胶垫3与下连接板1的粘结面积以降低偏转刚度，同时可保证刚度；相对于外侧型面17的下端或内侧型面18的下端连接在矩形段5上的结构而言，本方案可使得橡胶垫3外侧的下端面在承载时沿着弧形面平滑过渡受压，避免橡胶垫3外侧的下端面在平直型矩形段5的上端面上打折堆积，提高橡胶垫3的使用寿命。
37.内矩形段11的厚度h1和宽度h2均大于外矩形段12的厚度h3和宽度h4；内矩形段11的整体体积v1与外矩形段12的整体体积v2之间的关系为：v1≥3v2；本方案中，下连接板1的
底端面27为水平平直型结构，即叠层弹簧机构通过水平平直型的底端面27与轴箱转臂28连接，内矩形段11处承受的刚度较大，且内矩形段11位于空腔8的下方，因此将内矩形段11的体积设置的较大，可以增强下连接板1的中部支撑性能；由于外侧型面17的下端连接在d1点，外矩形段12设置的较小即可对橡胶垫3的外侧进行支撑，又不会在有限的空间内由于外矩形段12的体积过大而减小橡胶垫3下端面与下连接板1的粘结面积，可保证低偏转刚度。
38.如图2所示，上连接板1在空腔二8上方设有中部顶板9，中部顶板9与上部连接件之间设可拆卸式锁紧件10，通过锁紧件10可对钢弹簧4在安装和拆卸前进行预压缩，以使得叠层弹簧机构可适用于于小空间安装工况和小空间拆卸工况。
39.上部连接件包括中部锁紧腔19和侧部压缩板22，中部顶板9包括上部锁紧台9a和下部与上连接板2连接的侧支撑台9b，锁紧腔19内穿设有延伸至锁紧台9a内的锁紧件10，通过锁紧件10、锁紧腔19和锁紧台9a相配合对钢弹簧4进行预压缩；锁紧腔19包括底壁20和从底壁20外端向上延伸设置的侧壁21，侧壁21向上延伸至压缩板22的上端，以与转向架构架相配合对钢弹簧4的横向位移进行限位，防止车体运行时钢弹簧4横向滑动，避免钢弹簧4的端部被磨损；底壁20上设有锁紧孔一；锁紧台9a上设有与锁紧孔一对应的锁紧孔二23；锁紧件10在锁紧腔19内穿过锁紧孔一并伸入锁紧孔二23内，通过向锁紧件10施加向下的锁紧力对钢弹簧4进行预压缩；锁紧孔一为通孔结构，锁紧孔二23为螺纹孔结构，锁紧件10包括锁紧杆10b和锁紧头10a，锁紧杆10b为与锁紧孔二23螺纹配合的螺杆结构，锁紧杆10b穿过锁紧孔一并伸入锁紧孔二23内，通过将锁紧杆10b向下旋动对钢弹簧4进行预压缩，锁紧头10a的外径大于锁紧孔一的内径，在锁紧过程中，锁紧头10a的下端抵接在底壁20上。
40.压缩板22上端设有调整垫板26，调整垫板26为金属软垫片结构或非金属垫片结构，如可为非金属的橡胶结构，本实施例中优选采用橡胶结构的垫板；当钢弹簧4安装好后并恢复到正常厚度时，压缩板22将与转向架构架抵接，通过调整垫板26的设置可保护转向架构架与压缩板22之间的接触面，避免压缩板22直接与转向架构架硬接触，避免转向架与压缩板22之间造成磨损，并可防止异响，防腐隔振；同时由于调整垫板26具有一定的弹性，调整垫板26还可作为转向架构架与压缩板22之间的厚度补偿以此调整转向架构架与轴箱转臂之间的整体厚度。
41.锁紧台9a和侧支撑台9b之间形成空腔一16，锁紧件10向下旋动拧紧时可伸入空腔一16中；侧支撑台9b的外壁为从上至下朝外侧倾斜的锥形壁，并在靠近上连接板2处向下垂直延伸形成竖直壁20；若侧支撑台9b的外壁在靠近上连接板2处依然为锥形壁结构，将对钢弹簧4的安装进行一定的限制，当钢弹簧4的尺寸有公差时，锥形壁将导致公差大的钢弹簧4无法装入下定位柱24与侧支撑台9b之间的放置槽13中，将侧支撑台9b的外壁在靠近上连接板2处设置为竖直壁20的结构，可增大钢弹簧4的安装空间，降低对钢弹簧4公差的要求。
42.锁紧台9a的上端在锁紧孔二23的两侧设有缓冲橡胶37，当底壁20止挡在锁紧台9a上端面上时，缓冲橡胶37可避免底壁20直接与锁紧台9a的上端面硬接触，缓冲橡胶37可为底壁20和锁紧台9a的上端面之间提供缓冲间隙。
43.实施例三如图4所示，本实施例与实施例二的区别在于，为适用于某些上端面为弧形结构的轴箱转臂28，或在某些轴箱转臂28的结构可调整的情况下，将下连接板1的底端面27位于内矩形段11和外矩形段12之间的部分设为与轴箱转臂28上端面匹配的弧线结构的弧线段三
16，弧线段三16的直径r3≤1.5r2，使得内矩形段11的整体体积v1小于外矩形段12的整体体积v2，且内矩形段11的厚度h1小于外矩形段12的厚度h3；该实施例中由于叠层弹簧机构与轴箱转臂28之间是弧面连接的，因此对连接处外侧的刚度支撑能力要求较高，外矩形段12的体积v1和厚度h1较大，可提高下连接板1外侧部的支撑性能，且内矩形段11为矩形支撑结构，下连接板1内侧的支撑性能也能得到保障；同时弧线段三16可增加下连接板1与轴箱转臂28之间的连接面积和连接稳定性。
44.本领域技术人员还可根据实际需求来减小弧线段一14的直径r1、弧线段二15的直径r2和弧线段三16的直径r3，以使得下连接板1中弧线段的长度更长，进一步增加橡胶垫3与下连接板1之间的粘结面积，降低偏转刚度。
45.实施例四如图5所示，本实施例与实施例三的区别在于，上连接板2的下端面为朝向钢弹簧4凸出的弧面结构，橡胶垫3的上端面与上连接板2的下端面匹配设置形成弧线段四30，弧线段四30相对于平直型结构而言，与上连接板2下端面的粘结面积和粘结稳定性更强，可降低橡胶垫3的偏转刚度。
46.外侧型面17包括与弧线段四30连接的橡胶段一32，橡胶段一32朝向外侧凸出且位于上连接板2的侧端面31的下方内侧；由于橡胶段一32处所需的径向刚度相对较大，橡胶段一32朝向外侧凸出可增加橡胶垫3中橡胶体在此处的体积以增加刚度；同时橡胶段一32位于上连接板2的侧端面31的下方内侧，可保证橡胶段一32处受载时，橡胶段一32外侧具有如图5中s处所示的橡胶形变容积空间s，防止橡胶段一32处的橡胶挤压至侧端面31的外侧而对转向架构架与轴箱转臂28之间其他部件的安装和使用造成干涉（在实际使用工况中，转向架构架及轴箱转臂28之间还有位于叠层弹簧机构外侧的其他连接或安装部件）。
47.外侧型面17还包括连接于橡胶段一32下端且朝向内侧凸出的橡胶段二33、连接于d1点且朝向外侧凸出的橡胶段五36；橡胶段二33朝向内侧凸出可减小橡胶垫3在橡胶段二33处的体积，可降低橡胶垫3的偏转刚度；橡胶段五36为外侧型面17的下端连接端，此处对刚度要求较大，橡胶段五36朝向外侧凸出可增加橡胶段五36的体积以满足刚度要求；橡胶段五36的上端连接有朝向内侧凸出的橡胶段四35，橡胶段五36朝向内侧凸出可减小橡胶垫3在橡胶段五36处的体积，可降低橡胶垫3的偏转刚度。
48.橡胶段二33和橡胶段四35之间由朝向内侧凸出的橡胶段三34连接，橡胶段二33和橡胶段四35的直径均大于橡胶段三34的直径，使得橡胶段三34处向内凸出较多以在保证刚度的情况下最大程度的减小橡胶垫3在此处的体积来降低偏转刚度；如图5所示，橡胶段二33、橡胶段三34和橡胶段四35共同形成了可降低叠层弹簧机构整体偏转刚度的内凹陷区29，其中橡胶段三34为内凹陷区29的凹底，内凹陷区29的半径r为1mm-5mm，优选为3mm。
49.以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本发明的实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。