用于铁道车辆侧承的弹性件及其制造方法

专利名称：用于铁道车辆侧承的弹性件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于侧承弹性件，特别是用于通常为货车的铁道车辆上使用的侧承的弹性件。本发明还涉及一种制造所述弹性件的方法以及在这种制造中使用的模具。
更特别的是，铁道货车转向架的不规则振动发生在车轮/铁轨的交接面处且会被传送至铁道车辆的多机体系统中。因此，为了使被传送至多机体系统中的这种不规则振动降至最小，应使侧承作为多个悬架部件中的一个部件，从而能够实现多种功能。
当被安装在一辆货车转向架的悬架上时，由于侧承和车体之间摩擦的结果，侧承会起到减振的作用。另外，大多数侧承的径向刚性能够确保车轮和多机体系统之间更易控制的连接。
为了提供上述功能，侧承取决于形成部分侧承组件的弹性件。这些弹性件具有多种形状和形式，且每一种均具有其优点和缺点。
一种制造这种弹性件的方法是通过转移模制操作进行的。更特别的是，在这种操作中，通常，通过位于模具盖中的浇口，将一种弹性材料(此处是可交换地使用的)，如橡胶混合物引入模具中。在加压状态下引入橡胶混合物以填充还包含涂有粘合剂的金属件的模具，以便橡胶混合物能够粘接在金属上。允许所述混合物固化，随后从模具上除去所得的弹性件。
在进行这一操作中，经常会发生的情况是由于在入口流区的橡胶混合物存在不均匀性，因此，弹性件在与设有浇口之处相邻的位置处较弱。如果所述减弱的区域出现在弹性件中承受最大应力，压力和/或应变的部分处，如外表面区域，那么弹性件往往会过早地损坏和破裂。例如在悬架系统中，在受到大动态载荷作用的条件下，这种情况是特别典型的。同样，当从模具上除去盖子时，由于在浇口中保留的橡胶混合物，因橡胶混合物有时会在浇口端部外以及在弹性件工作体内产生破裂，因此，在弹性材料中会形成减弱的区域，从而会使弹性件无法使用或易于产生应力集中以及过早损坏。
因此，本发明克服了现有技术中的问题，并且提供了一种弹性件，与目前使用的弹性件相比，本发明的弹性件具有非常不易于损坏的独特几何结构。另外，提供了一种仍能保持现有技术方法和模具组件简易性的方法和模具。
另一方面，本发明涉及一种制造弹性件的方法，该弹性件被用作一个侧承组件中的插入件。所述方法包括；将第一和第二刚性件放入模具中，同时第一和第二刚性件沿一线性方向，且彼此分离，通常大致平行地延伸。结果，限定了这两个部件之间的距离。如以前所强调的那样，第一和第二刚性件均具有一个第一端和一个第二端，第一刚性件的第一端与第二刚性件的第一端偏离。第一和第二刚性件均具有彼此大致平行且彼此相对的侧表面。在彼此相对的第一和第二刚性件的侧表面上涂敷一种粘结剂，随后经盖迫使弹性材料进入模具内部，所述盖具有在两个刚性件的第一端之间延伸的预定、最好大致是凹形的轮廓表面。所述盖包括绕盖外缘彼此分离且与第二刚性件的第一端相邻的浇口。使弹性材料通过浇口进入模具中。浇口位于受动态载荷作用的弹性件的弹性材料中具有最小应力/应变的预定位置处，且最靠近第二刚性件，从而在不使粘结剂从第二刚性件侧表面脱落的情况下，迫使弹性材料进入模具内。然后使弹性材料在模具中固化且使弹性材料附着在第一和第二刚性件上，以便形成弹性件。
在另一方面，本发明涉及用于制造弹性件的模具。所述模具包括一个盖，其具有绕盖外缘分离的浇口，从而允许模具主体填充在压力作用下受压通过浇口的弹性材料。浇口位于受动态载荷作用的弹性件的弹性材料中具有最小应力/应变的预定位置处，且最靠近模具中的一个刚性件，同时不会使粘结剂从该刚性件的壁上脱落。模具中的该刚性件可以是预先设置在模具中的扁平或圆柱形部件，以便制造本发明的弹性件或固定件。
发明详述

图1说明了一种货车转向架11，在其上使用了本申请所述的弹性件。一种典型的货车转向架11包括通过由侧面机架17支承的轴15连接的轮子13，其中，所述侧面机架通过一根承梁19彼此相连。承梁19包括在其上能够安装侧承的侧承垫21。
由于对于如今的铁道车辆而言，侧承能够控制由较轻重量以及较高速度产生的货车的不规则振动，因此，通常在用于铁轨车辆的货车转向架上需要侧承。图2-4大致显示了货车侧承实现多种功能的方式。特别是在多机体系统中，由于例如铁轨车辆在其上能够运动的轨道25通常具有图2所示的起伏结构，因此，货车会受到多种不同力的作用。同样，图4所示的轨道结构会使机体产生起伏。货车侧承能实现多种功能。更特别的是，安装在承梁19上的侧承与车体23之间的摩擦能够提供减振作用。侧承的径向刚性确保了承梁19和车体23之间更易控制的连接。另外，本发明的弹性件在长期运行中能够确保在弯道，特别是在具有更宽范围的竖直偏移期间更均匀地分布竖直力和摩擦力。在图4中更清楚地显示了这一情况。
图5还显示了不规则振动产生于车轮/轨道交接面以及被传送至多机体系统中的方式。例如，图5a说明了例如在轴15以一定角度偏离相对于轨道的特有垂直位置之处，在具有分离导轨27的轨道上滚动的连接轮13的这种趋势。图5b显示了在这种情况下轨道倾翻的几何结构，其具有在图5c中能更清楚地看到的一根轴15相对于轨道方向的角位移ψ。这一问题在所有的铁路货车上是常见的且对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
参见图6-8，其显示了用于侧承的一个弹性件29的一个实施例。弹性件29包括一个外侧刚性件或第一套管31，其通常为圆柱形，且与一大致与第一套管同轴的内部刚性件或第二套管41(图8)径向分离。弹性材料39填充了分离的套管31和41之间的间隙40(图8)。如图8所示，在弹性件29的端部，弹性材料39以大致或完全的凹形轮廓33和45延伸，其起到了将第一套管31的端部连接至第二套管41相应端部的作用。弹性件29是通过经模具盖中的浇口转送弹性材料39、利用后文所述的转送工艺制造的。通常将对应于所述盖中浇口位置的弹性材料39上的位置表示为浇冒口或半球形区域37。由于弹性材料的输入流的局部效应，因此浇冒口37会产生相对于弹性材料工作体的弹性材料39的减弱区。另外，由于浇冒口37在轮廓33的外形中产生了显著的变化，因此浇冒口会引起应力/应变集中。因此，为了避免对弹性件29的抗挠寿命和性能的负面影响，因此最好沿轮廓33在具有较低应力/应变的预定位置处设置浇冒口37。在该实施例中，轮廓33的最小应力/应变区靠近外侧套管31。这一最小应力/应变区还与在静载荷和动载荷作用下、由第一套管31相对于第二套管41的位移产生的一个凸起区相一致。作为作用于弹性材料上的剪切力或压力的结果，“凸起区”为在轮廓33上从弹性材料39向外膨胀的区域。由于轮廓33的最小应力/应变区也邻近套管31的内壁，因此，应选择浇冒口37的位置以及模具的浇口尽可能地与套管31的内壁靠近。这一位置的选择应保证当在压力作用下使弹性材料移动通过浇口时，由浇口流入的弹性材料流体不会使之前已设置在套管31内壁上的粘结剂脱落。因此，对应于浇冒口37位置的浇口的最佳位置为沿轮廓33的最小应力/应变区，且其还处于最靠近套管31内壁的位置处，该位置允许弹性材料的运动不会使粘结剂从内壁上脱落。
如能够从图8中看到的那样，内部刚性圆柱形件或第二套管41的端部相对于外侧刚性圆柱形件或套管31的相应端部线性偏离，以限定出一个线性变形空间47。例如，施加在内或外侧套管31或41上的静态或动态载荷会引起内侧套管相对于外侧套管的位移。如果弹性件29支承了一个横跨外侧套管直径的构件，那么线性变形空间47则限定了套管31和41之间的最大线性位移。如本领域技术人员认识到的那样，如果与内侧和外测套管配合的构件未限制它们的相对运动，那么沿内侧和外侧套管31和41的同轴轴线的线性位移可以大于线性变形区47。同样，如本领域技术人员认识到的那样，施加在弹性件29上的静态或动态载荷会在弹性材料39内产生压力和/或剪切力，且这种载荷并不局限于纯线性载荷。
已将轮廓45和33描述为大致凹形形状，但是，最好包括拱形或径向部分和直线部分的组合。例如，参见图8，轮廓33包括由第三部分33分离的第一和第二部分33’和33”。第一部分33’从内侧套管41的端部沿径向路径r1延伸至第三部分33，其为由角度α限定的直线部分。第二部分33”从第三部分33、沿径向路径r2延伸以与外侧套管31的端部相连。可以将浇冒口37主要设置在第二部分33”内，但是可以使其伸入第三部分33内。在这一实施例中，r1最好约等于r2。但是，如本领域技术人员认识到的那样，r1和r2的值将取决于给定的使用环境。另外，轮廓45包括第一部分45’，其作为直线、以预定角度β从外侧套管31的端部至空间40的中间沿伸。第二部分45”连接第一部分45’并沿径向路径r3与内侧套管41相连。在这一实施例中，r3的值约等于r1和r2的值。选择r1，r2和r3的长度和数值以及α和β的值以便由对弹性件29加载、在弹性材料39内产生的最大应力/应变区朝向弹性材料中心并远离弹性材料和套管31和41之间的结合面产生。因此，轮廓33和45可包括径向或拱形部分，直线部分或这些部分的结合体，以便在设有浇冒口37的区域内、沿所述轮廓减小应力和应变的集中。
参见图15，浇冒口37具有预定的几何结构，通常包括一个半球形凸起，该凸起从弹性材料39的轮廓33伸出且与弹性材料的工作体成为一体。浇冒口37具有一个半径为rs的球体37’，以及一个从所述球体伸出的圆柱件37”。圆柱件37”通常沿套管31和41的同一线性方向延伸。但是如下文所述，圆柱件37”的取向起到了模具中浇口的功能。选择浇冒口37的预定结构，以便球体37’的尺寸能够容纳由与浇口相邻的流动不连续性产生的弹性材料39中相当大的减弱或不均匀区。另外，浇冒口37的预定结构最好是圆形或球形轮廓，以便减小应力/应变集中。另外，最好在整个尺寸上限制浇冒口37的预定结构，以便在弹性件29的偏转期间不会与相配合的构件产生会引发应力/应变集中并导致过早损坏的干涉。
关于在一侧承中使用弹性件的方式，图9说明了一种典型的现有技术的侧承51。如图所示，在传统的侧承51中使用了传统的弹性件55。在改进应用中，可以利用弹性件29来替代传统的侧承51，从而通过使动态不稳定性减至最小来提高悬架特性。例如，图10说明了一种保持器53，在该保持器中能够装入弹性件29以便以所示的、用于图9中传统弹性件55的使用方式使用。该弹性件如可从图6中理解的那样，以与图6中所示弹性件相比的倒装姿态将弹性件29放置在保持器53中。如图6所示，通过箭头显示了弹性件29的装入方向。如在弹性件领域中的技术人员所理解的那样，当在弹性件29上作用载荷时，会产生凸起。在这一实施例中，在弹性材料39的外侧轮廓33处含有最小相对应力和应变的区域或在该区域附近的周围也出现一个凸起区。
图11以侧面剖视图形式显示了一种模具101，该模具具有一个用于制造本发明弹性件29的腔63。如可理解的那样，在模具腔中设有两个同轴套管31和41(未示出)。内侧套管41被支承在模具101的内部且绕中央凸起65被同轴固定。安装外侧套管31使其与由模具底座66限定的腔63的外壁接触。使加压弹性材料67通过模具101的盖61中的浇口，以便使弹性材料容纳在模具的腔63内。
图12还说明了具有浇口69和排气口71的盖61。尽可能离开盖61的中央向外设置浇口69，在该处，弹性材料39在弹性件29的加装中会受到最小应力的作用，且弹性材料39在不会使粘合剂涂层脱落的情况下，应靠近外侧套管31(未示出)的内壁，如上所述。更特别的是，在制造弹性件29时，首先在套管31的内壁表面上以及在套管41的外壁表面上涂敷粘结剂。由于希望使浇冒口37位于具有最小应力和应变的位置处，在本实施例中使这些浇冒口位于外侧套管31附近，因此，需要使浇口69尽可能地靠近套管31的内壁，但不应近至在加压迫使弹性材料67进入模具101时，会削除粘结剂或使粘结剂脱落的程度。
如可从图12所理解的那样，盖61包括浇口69，这些浇口向下逐渐变细以使底部比顶部更狭小。图13说明了浇口中对应于浇冒口37的圆柱形件37”的部分73，该部分从头至尾具有大致相等且小于浇口69主要部分的直径。部分73通向较大的穹顶形区域75。狭小部分73以及穹顶形区域75的目的在于当拆除盖61时，允许浇冒口或半球形区域37在狭小部分73内形成并产生一个分离面，从而使弹性件中的弹性材料从仍保持在浇口69中的材料上断开。对部分73的材料分离面的限制能够确保在弹性件29的弹性材料39的工作体部分中不会产生断裂。另外，通过在部分73内设置分离面，尽可能地使在可产生应力和应变集中的分离面处的任何粗糙表面远离弹性材料39的工作体。使排气口71设置在靠近盖61内侧部分的顶部的位置处，所述盖限定了部件29的轮廓33，以便允许材料在模具的盖部内向上运动，并移动至浇口开孔所处位置的上方。
在制造本发明的弹性件29时，使套管31和41设置在模具内，在套管41暴露的外表面上以及套管31中暴露的内表面上涂敷粘结剂。随后，以大约华氏325度的温度使套管31和41预热大约20分钟。但是，如本领域技术人员所认识到的那样，时间和温度可以根据弹性材料的类型、粘结剂的类型以及弹性件的尺寸和厚度变化。通常，所使用的粘结剂类型为可从Lord Corporation购得的牌号为Lord 810的粘结剂。当然，对于本领域普通技术人员来说，可容易地进行粘结剂的选择，代替所提到的制品以外，可以选择其它等效的粘结剂。
在对模具以及套管31和41预热后，迫使弹性材料67通过浇口填充模具。通常，这种弹性材料为橡胶混合物，如可以从Lord Corporation购得的牌号为Lord A-135SH的橡胶混合物。但是，本领域的技术人员将认识到可以使用其它的弹性材料，如天然橡胶，合成橡胶体及其混合物。套管可以采用金属，通常为碳素钢。其它适合金属的使用对于本领域普通技术人员来说也是显而易见的。
图14说明了一种不同类型的根据本发明制得的固定件或支承座79。在这种情况下，例如两块矩形板81和83包括由弹性材料85制成的扁平垫片，其连接了两块板的偏置端。当被用于铁路车辆上时，应设定固定件79的位置以使所述板水平延伸，以便固定件上的载荷处于与板的平面大致垂直的箭头B的方向。但是，如本领域技术人员所认识到的那样，沿与板平面大致平行的方向A，在一块或两块板上施加载荷的其它用途中也可以使用固定件。
如以前的实施例一样，通过转送工艺制造固定件79。在这种情况下，最好使板81和83垂直设置在模具中。模具的盖具有与弹性材料85的轮廓87匹配的内表面轮廓，且使对应于浇冒口89的盖的浇口位于在动态和/或静态载荷作用下，轮廓中具有最小应力和应变的区域处。在所有其它方面，制造的材料和方法均与以前的实施例相同，且使对应于浇冒口89的弹性材料的减弱区域位于弹性材料轮廓87中具有最小应力/应变的预定位置处。
虽然已对本发明作了说明，但是从以非限定性方式给出的权利要求中能更好地理解本发明。
权利要求
1.一种弹性件(29)，其包括一个第一刚性件(31)，其以线性方向延伸且具有一个第一端和一个第二端；一个第二刚性件(41)，其沿所述第一刚性件的线性方向延伸并与所述第一刚性件相隔，以在所述第一刚性件和第二刚性件之间提供间隙，所述第二刚性件具有一个第一端和一个第二端，且至少使其第一端沿离开第一刚性件的第一端的线性方向移动，本发明包括弹性材料(39)，其填充了第一刚性件和第二刚性件之间的间隙，且在第一刚性件的第一端和第二刚性件的第一端之间延伸以在第一刚性件的第一端和第二刚性件的第一端之间限定了一个大致凹形轮廓(33)，且作为与所述第一刚性件和第二刚性件一起装配的结果，弹性材料沿其凹形部分具有至少一个减弱区，同时当将弹性件用作悬架组件中的插入件时，所述至少一个减弱区(37)位于受到最小应力和应变的所述弹性材料上的位置处。
2.根据权利要求1所述的弹性件(29)，其中大致凹形的轮廓(33)还包括第一半径(r1)和第二半径(r2)。
3.根据权利要求2所述的弹性件(29)，其中第一半径(r1)从第一刚性件(31)附近延伸至减弱区(37)附近，第二半径(r2)从减弱区附近延伸至第二刚性件(41)附近。
4.根据权利要求1所述的弹性件(29)，其中预定轮廓(33)包括一个大致线性部分和至少一个弧形部分。
5.根据权利要求1所述的弹性件(29)，其中减弱区(37)的预定结构包括从弹性材料(39)的工作区伸出的球体的一部分。
6.根据权利要求5所述的弹性件(29)，其中减弱区(37)的预定结构还包括一个从所述球体部分伸出的圆柱形件。
7.根据权利要求1所述的弹性件(29)，其中所述第一刚性件(31)和第二刚性件(41)均为平面状元件。
8.根据权利要求1所述的弹性件(29)，其中所述第一刚性件(31)和第二刚性件(41)均为圆柱形件。
9.根据权利要求1所述的弹性件(29)，其中使弹性材料(39)粘结至第一刚性件(31)和第二刚性件(41)中的每一个刚性件上。
10.根据权利要求9所述的弹性件(29)，其中弹性材料(39)为一种天然橡胶混合物。
11.一种用于制造弹性件(29)的方法，该弹性件被用作一侧承组件(21)中的插入件，所述方法包括；将第一和第二刚性件(31，41)放入模具(101)中，同时第一和第二刚性件沿彼此平行的线性方向延伸，以确定它们之间的距离，第一和第二刚性件均具有一个第一端和一个第二端，第一刚性件的第一端沿线性方向与第二刚性件的第一端偏离，且所述第一和第二刚性件具有彼此平行且彼此相对的侧表面；在第一和第二刚性件的侧表面上涂敷一种粘结剂；使弹性材料(67)经盖(61)进入模具内部，所述盖具有在第一刚性件的第一端和第二刚性件之间延伸的凹形轮廓表面，所述盖具有环绕盖的外缘彼此分离并与第二刚性件的第一端相邻的浇口(69)，并使弹性材料通过浇口，所述浇口处于最靠近第二刚性件第一端的位置处，从而允许在不使粘结剂从第二刚性件侧表面脱落的情况下，迫使弹性材料进入模具内；以及使弹性材料在模具中固化，以使弹性材料在模具中固定且使其粘附在第一和第二刚性件上，以便形成弹性件。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括在使弹性材料(67)进入模具(101)内之前，用粘结剂涂敷刚性件(31，41)中的相对侧表面。
13.根据权利要求12所述的方法，其还包括在使弹性材料(67)进入模具(101)内之前，以大约325°F对被涂覆的刚性件(31，41)预加热预定的时间。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述弹性材料(67)为天然橡胶混合物，而刚性件(31，41)由碳素钢制成。
15.一种用于悬架系统的弹性件(29)，其包括；一个以线性方向延伸的第一刚性件(31)，其具有一个第一端和一个第二端；一个沿第一刚性件的线性方向延伸的第二刚性件(41)，其与所述第一刚性件分离，以在所述第一刚性件和第二刚性件之间提供间隙，第二刚性件具有一个第一端和一个第二端，且至少使其第一端沿离开第一刚性件第一端的线性方向移动以及弹性材料(39)，其填充了第一刚性件和第二刚性件之间的间隙，以限定一个工作区，且在第一刚性件的第一端和第二刚性件的第一端之间延伸以在其间限定出预定的轮廓(33)，本发明包括至少一个浇冒口(37)，所述浇冒口具有预定的结构，且与工作区外部的弹性材料形成一体，并位于预定轮廓上的预定位置处，当通过第一刚性件相对于第二刚性件的运动加装弹性材料时，所述预定位置在预定轮廓中为具有较小应力和应变的区域。
16.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中浇冒口(37)靠近弹性材料(39)的凸起区且具有预定的几何结构。
17.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中所述预定的轮廓大致为凹形(33)。
18.根据权利要求17所述的弹性件(29)，其中所述凹形轮廓(33)还包括一个第一径向部分，一个直线部分以及一个第二径向部分。
19.根据权利要求18所述的弹性件(29)，其中第一径向部分(r1)从第一刚性件(31)附近延伸至浇冒口(37)附近，第二径向部分(r2)从浇冒口附近延伸至第二刚性件(41)附近。
20.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中预定轮廓(33)包括一个线性部分以及至少一个弧形部分。
21.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中浇冒口(37)的预定几何结构包括从工作区伸出的球体的一部分。
22.根据权利要求21所述的弹性件(29)，其中浇冒口(37)的预定几何结构还包括一个从所述部分球体伸出的圆柱形件。
23.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中第一刚性件(31)和第二刚性件(41)均为平面状元件。
24.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中第一刚性件(31)和第二刚性件(41)为圆柱形元件。
25.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中使弹性材料(39)粘结至第一刚性件(31)和第二刚性件(41)中的每一个刚性件上。
26.根据权利要求15所述的弹性件(29)，其中弹性材料(39)为天然橡胶混合物。
27.一种用于制造弹性件(29)的模具(101)，所述弹性件具有在刚性件之间延伸的带有预定轮廓(33)的弹性材料(39)，本发明包括一个主体，其具有一个限定了腔室(63)的第一内壁；所述主体具有至少一个第二内壁，所述第二内壁延伸通过所述主体，且在预定位置处限定了浇道的第一内壁上开口，所述浇道还包括一个与第一内壁相邻的、具有半球形状的穹顶部分(75)；一个具有第一几何结构的第一通道部分(73)，该部分通向所述穹顶部分；以及一个具有第二几何结构的第二通道部分(69)，该部分通向所述第一通道部分，第二几何结构的尺寸大于第一几何结构；以及其中，所述预定位置沿弹性材料的预定轮廓对应于具有最小应力和应变的区域。
28.根据权利要求27所述的模具(101)，其中，第一几何结构和第二几何结构大致为圆柱形，其中，第二几何结构的直径大于第一几何结构的直径。
29.根据权利要求27所述的模具(101)，其中所述主体还包括一个底部(66)和一个盖(61)，所述底部具有限定了腔室的第一内壁，所述盖至少具有一个限定了浇道腔的第二内壁，所述盖还具有一个内部部分，其朝向所述浇道腔且限定了用于成形弹性材料的预定轮廓。
全文摘要
一种用于侧承的弹性件(29)包括一个第一刚性件(31)，其以线性方向延伸且具有一个第一端和一个第二端。一个第二刚性件(41)沿第一刚性件的线性方向延伸并与第一刚性件相隔，以在这两个部件之间提供间隙。使第二刚性件的第一端沿线性方向离开第一刚性件的第一端。弹性材料(39)填充了第一刚性件和第二刚性件之间的间隙，且在这两个部件的第一端之间具有一个大致凹形轮廓(33)。作为装配的结果，弹性材料沿所述大致凹形部分包括至少一个减弱区(37)，当将弹性材料用作侧承时，该减弱区处于弹性材料受到较小压力和应变影响的位置处。
文档编号B29C39/10GK1446159SQ01804138
公开日2003年10月1日 申请日期2001年1月30日 优先权日2000年1月31日
发明者威廉·G·埃策尔, 特洛伊·P·赫布斯特, 菲利普·A·琼斯 申请人:洛德公司