一种橡胶金属球铰轴向复合非线性变刚度调整方法与流程

文档序号：14439127阅读：161来源：国知局

本发明涉及到一种轨道车辆部件的变刚度方法，尤其是涉及一种橡胶金属复合球铰类非线性变刚度调整方法，该种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度调整方法可以实现球铰的轴向刚度高度非线性调整，或轴向与径向同时进行非线性变刚度调整，从而给转向架设计提供了新的一种球铰承载安装方式，由轴向非线性变刚度调整来实现球铰承载的变刚度调整，属于轨道车辆制造技术领域。

背景技术：

橡胶金属牵引球铰是属于橡胶金属复合类球铰的一种，也是机车车体和转向架之间传递牵引及制动力的关键部件之一，目前机车所用的橡胶金属牵引球铰为了保证变刚度调整大都采用橡胶与金属复合件，这种橡胶金属牵引球铰质量较轻,并能实现柔性牵引以达到减振降噪的目的。但也正因为橡胶金属牵引球铰是橡胶与金属的复合件制作成的，所以在实际运行中，由于两种材料的不同特性，容易导致某一种材料的损坏，而影响整个球铰的性能。一般来讲,橡胶金属复合弹性元件的破坏形式大都为橡胶本体破坏或者橡胶与金属骨架间的粘接破坏,这种破坏主要是因为橡胶本体或橡胶与金属骨架间粘合处应力应变水平过高而导致的,金属本体因材料强度相对较高而很难最先破坏。因此,在设计橡胶金属牵引球铰时,在考虑产品刚度性能的同时,尽量降低橡胶的应力应变水平,提高疲劳可靠性的有效方法，这就需要有很好的变刚度性能，尤其是需要较好的非线性变刚度调整。可是现有的牵引球铰都只能通过结构设计实现径向刚度非线性调整，也就是说主要只是考虑径向非线性变刚度的调整，这就促使主机厂在设计转向架时需将牵引球铰的安装方式设计为球铰的径向来实现纵向承载，这样就使得整个转向架的结构设计受到很大限制，很有必要对此加以改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为cn200810143027.0，名称为“球铰类橡胶弹性元件变刚度方法及球铰类橡胶弹性元件”的发明专利，该专利公开了一种球铰类橡胶弹性元件变刚度方法及球铰类橡胶弹性元件，采取多段式球铰类橡胶弹性体组合的方式，并使得每一段的球铰类橡胶弹性体的非线性特性不一样，通过将不同非线性特性球铰类橡胶弹性体组合在一个芯轴上，实现整个球铰类橡胶弹性元件不同情况不同径向刚度的变化，从而达到变刚度的目的。球铰类橡胶弹性元件，包括一个金属芯轴、金属外套、弹性橡胶体和金属内套；弹性橡胶体与金属外套和金属内套通过硫化成为一体，且金属内套套在金属芯轴上。本发明的特点在于球铰类橡胶弹性元件为相互独立的三段式弹性体组合结构，整个球铰类橡胶弹性元件是由三个独立的金属外套、弹性橡胶体、金属内套组合构成，弹性体在芯轴上轴向组合起来连接成一个整体。

2、专利号为cn201620192297.0，名称为“金属橡胶球铰”的实用新型专利，该专利公开了一种金属橡胶球铰，从内到外包括芯轴、弹性橡胶层和外套，芯轴上至少具有两个轴向设置的止挡，止挡沿芯轴圆周方向均匀间隔分布，止挡和外套之间开有沿轴向的通孔，其特征在于所述的通孔由靠近外套侧的外型面、靠近止挡侧的内型面和两个侧面合围组成，外型面与外套内壁间具有间隙，内型面与止挡间具有间隙，两个所述的侧面对称分布，所述的外型面为与外套同轴的圆弧面，外型面的边缘设置在内型面边缘的外侧，所述的侧面为从内型面边缘向外型面边缘逐渐靠近的圆弧面，并且侧面为向外型面凸进的凸弧面。本实用新型的金属橡胶球铰在径向变形条件下，刚度变化平缓并且橡胶型面不打折。

3、专利号为cn201520134990.8，名称为“一种开孔式球铰类橡胶弹性元件”的实用新型专利，该专利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。本实用新型的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。

4、专利号为cn200510031727.7，名称为“一种组合式球铰类橡胶弹性元件轴向预压缩方法及产品”的发明专利，该专利公开了一种组合式球铰类橡胶弹性元件轴向预压缩方法及产品，属于一种球铰类橡胶弹性元件，包括金属外套、弹性橡胶体、金属内套和芯轴，其特点在于球铰类橡胶弹性元件的金属外套、弹性橡胶体和金属内套为相互独立的二段式组合结构，整个球铰类橡胶弹性元件是由两个独立的金属外套、弹性橡胶体、金属内套组合构成的弹性体在芯轴上轴向组合起来的，球铰类橡胶弹性元件的弹性橡胶体预压缩应力是通过调整金属外套与金属内套相互间轴向位置实现的。弹性橡胶体预压缩应力可以是金属内套为轴向分离的二段，通过轴向压缩金属内套，调整金属内套在芯轴上的轴向位置产生弹性橡胶体预压缩应力。

上述这些专利虽然有的涉及到了橡胶金属复合类球铰非线性变刚度调整，但从这些专利的描述可以看出，现有的橡胶金属球铰的变刚度仍都是考虑的径向变刚度，专利号为cn200510031727.7，名称为“一种组合式球铰类橡胶弹性元件轴向预压缩方法及产品”的发明专利虽提出了轴向预压缩，但实际上所考虑和关注的却仍然是径向刚度的调整，所以前面所说的单纯考虑径向变刚度非线性调整所存在的弊端仍然存在，因此仍有待进一步加以改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有橡胶金属复合类球铰非线性变刚度调整所存在的不足，提出一种新的橡胶金属复合类球铰非线性变刚度调整方法，该种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度调整方法改变了以往球铰单纯的径向非线性变刚度调整方式，提出可以实现球铰的其它方向非线性变刚度调整的方式。

为了达到这一目的，本发明所提出的技术方案是：一种橡胶金属球铰轴向复合非线性变刚度调整方法，通过调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度，其特点在于，调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度包括通过调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度，使得整个橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化。

进一步地，所述的通过调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度是在球铰内部设置一个轴向变刚度调整装置，通过在球铰内部设置的轴向变刚度调整装置对球铰进行轴向非线性变刚度进行调整。

进一步地，所述的通过在球铰内部设置的轴向变刚度调整装置对球铰进行轴向非线性变刚度是将轴向变刚度调整装置分为两部分，一部分为轴向小刚度的变刚度调整，另一部分为高刚度非线性性变刚度调整，通过两部分组合实现整个球铰的轴向非线性变刚度调整。

进一步地，所述的轴向小刚度的变刚度调整为直接通过径向布置的橡胶金属复合件的变形来进行调整，其中小刚度调整外套和小刚度调整内套采用金属件，在小刚度调整外套和小刚度调整内套之间粘接有小刚度调整橡胶件，通过小刚度调整外套与小刚度调整内套之间的位置变化压缩小刚度调整外套与小刚度调整内套之间的小刚度调整橡胶件，并通过压缩小刚度调整橡胶件进行轴向方向非线性变刚度的调整。

进一步地，所述的小刚度调整橡胶件根据刚度要求，在小刚度调整橡胶件上开有盲孔，通过盲孔结构进行刚度调节。

进一步地，所述的高刚度非线性性变刚度调整为在球铰内设置轴向

进一步地，所述的轴向布置的多层橡胶金属复合件为金属与橡胶件在轴向方向复合在一起，形成

进一步地，所述的调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度还包括在调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度的同时，调整橡胶金属复合类球铰的径向变刚度，通过同时调整橡胶金属复合类球铰的径向变刚度和轴向变刚度两个方向的变刚度调整整个橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度变化。

进一步地，所述的径向变刚度调整是通过径向压缩径向布置的橡胶金属复合件的变形来进行调整。

进一步地，所述的径向布置的橡胶金属复合件与轴向小刚度的变刚度的径向布置的橡胶金属复合件为相同部件，通过对轴向小刚度的变刚度的径向布置的橡胶金属复合件径向压缩实现径向变刚度非线性调整。

本发明的优点在于：

本发明利用对球铰的轴向变刚度调整，完全改变了传统的球铰产品都是由径向提供非线性刚度的思路，这样主要有以下特点：

1、给转向架的设计思路带来了新的设计思路，大大拓宽了转向架的设计理念，开拓了新的转向架装配结构可能。

2、通过二段式结构的轴向非线性变刚度可以有满足分小变刚度与大变刚度的需求，尤其对于牵引球铰，当牵引拉杆起大功率牵引和制动功能时,由于牵引和制动力频率很低,相当于静态力作用到牵引拉杆上,需依靠橡胶节点起牵引和制动作用,因而具有大的刚度;而当牵引拉杆起小功率牵引或不起牵引和制动功能时,则需牵引球铰提供小刚度隔离频率较高的转向架构架纵向振动对车体的激扰,从而减小车体的弹性振动，采取轴向非线性变刚度处理可以有效解决此问题。

3、通过径向与轴向组合的变刚度可以实现刚度的高度非线性，并灵活实现后期刚度要求。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是图1的侧向结构示意图；

图3是本发明一个实施例的小刚度变形部件结构示意图；

图4是本发明一个实施例的大刚度变形部件结构示意图；

图5是本发明所测试的性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图可以看出，本发明涉及一种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度方法，通过调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度，其特点在于，调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度包括通过调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度，使得整个橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化。

所述的通过调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度是在球铰内部设置一个轴向变刚度调整装置，通过在球铰内部设置的轴向变刚度调整装置对球铰进行轴向非线性变刚度进行调整。

所述的橡胶金属复合类球铰，由橡胶与金属材料复合构成，包括套筒1，在套筒1内通过过盈配合压装有由橡胶与金属材料复合构成的橡胶金属硫化体2，橡胶金属硫化体2内包含有轴向变刚度调整装置3，通过轴向变刚度调整装置3调整橡胶金属复合类球铰的轴向刚度，使得整个橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化。

所述的轴向变刚度调整装置3是在球铰内部设置一个轴向变刚度调整装置，通过在球铰内部设置的轴向变刚度调整装置3对球铰进行轴向非线性变刚度进行调整。

所述的通过在球铰内部设置的轴向变刚度调整装置3对球铰进行轴向非线性变刚度是将轴向变刚度调整装置分为两部分，一部分为轴向小刚度变刚度调整装置4，另一部分为轴向高刚度非线性性变刚度调整装置5，通过两部分组合实现整个球铰的轴向非线性变刚度调整。

所述的轴向小刚度变刚度调整装置4为径向布置橡胶金属复合件10，直接通过径向布置的橡胶金属复合件10的变形来进行轴向小刚度变刚度调整，其中径向布置橡胶金属复合件10的小刚度调整外套6和小刚度调整内套7采用金属件，在小刚度调整外套6和小刚度调整内套7之间粘接有小刚度调整橡胶件8，通过小刚度调整外套6与小刚度调整内套7之间的位置变化压缩小刚度调整外套6与小刚度调整内套7之间的小刚度调整橡胶件8，并通过压缩小刚度调整橡胶件8进行轴向方向非线性变刚度的调整。

所述的轴向小刚度变刚度调整装置4包括两个径向布置橡胶金属复合件10，两个径向布置橡胶金属复合件10分别设置在球铰的轴向两端；两个径向布置橡胶金属复合件10中间留有布置高刚度非线性变刚度调整装置的空间。

所述的两个径向布置橡胶金属复合件10的小刚度调整内套7连接在一起，两个径向布置橡胶金属复合件的小刚度调整外套6分别设置在轴向两端，压入在套筒1内；轴向小刚度变刚度调整是从两个径向布置橡胶金属复合件的外端侧面向中间压缩小刚度调整外套，实现轴向小刚度变刚度调整。

所述的小刚度调整外套6为直筒形状，小刚度调整外套6内面与小刚度调整橡胶件8的外圈硫化在一起；小刚度调整内套7为斜三角结构，小刚度调整橡胶件8的内圈硫化在小刚度调整内套7的斜面上，使得整个轴向小刚度变刚度调整装置形成一个“工”字型结构。

所述的小刚度调整橡胶件8的截面形状为与小刚度调整外套6和小刚度调整内套7组合后所形成的形状相配，为单边台阶状，形成外端面的橡胶件厚度大于内端面的橡胶件厚度。

所述的小刚度调整橡胶件8上，根据刚度需要在小刚度调整橡胶件上开有盲孔9，通过盲孔结构进行刚度调节。所述的多段弧形槽形式的盲孔。

所述的轴向高刚度非线性性变刚度调整装置5为轴向布置橡胶金属复合件，在球铰内设置轴向布置的多层橡胶金属复合件11，通过多层橡胶金属复合件的轴向压缩实现球铰轴向方向非线性变刚度的调整。

所述的轴向布置的多层橡胶金属复合件11为金属12与橡胶件13在轴向方向复合在一起，形成轴向方向的橡胶金属叠层弹性复合件，并通过轴向方向的橡胶金属叠层弹性复合件的形变实现轴向方向非线性变刚度的调整。

轴向变刚度的工作原理是：前期的小刚度由径向布置的橡胶金属复合件单独提供，当产品的轴向变形“吃掉”径向布置的橡胶金属复合件与轴向布置的多层橡胶金属复合件之间的间隙d后，产品的轴向刚度急剧增大，由径向布置的橡胶金属复合件与轴向布置的多层橡胶金属复合件共同提供轴向变刚度，实现球铰轴向刚度的非线性化。

实施例二

实施例二的实施原理与实施例一是一样的，只是为了进一步提高小刚度调整的效果，对小刚度调整橡胶件进行了进一步的处理。一种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度方法，通过调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度，其特点在于，调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度包括通过调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度，使得整个橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化。

所述的通过在球铰内部设置的轴向变刚度调整装置对球铰进行轴向非线性变刚度是将轴向变刚度调整装置分为两部分，一部分为轴向小刚度的变刚度调整，另一部分为高刚度非线性性变刚度调整，通过两部分组合实现整个球铰的轴向非线性变刚度调整。

所述的轴向小刚度的变刚度调整为直接通过径向布置的橡胶金属复合件的变形来进行调整，其中小刚度调整外套和小刚度调整内套采用金属件，在小刚度调整外套和小刚度调整内套之间粘接有小刚度调整橡胶件，通过小刚度调整外套与小刚度调整内套之间的位置变化压缩小刚度调整外套与小刚度调整内套之间的小刚度调整橡胶件，并通过压缩小刚度调整橡胶件进行轴向方向非线性变刚度的调整。

所述的小刚度调整橡胶件根据刚度要求，在小刚度调整橡胶件上开有盲孔，通过盲孔结构进行刚度调节；采用盲孔结构较通孔结构可防止雨水及污渍进入产品内部造成金属件锈蚀失效。所述的盲孔是在小刚度调整橡胶件上对称设置不连续的弧形凹槽，通过控制弧形凹槽的结构进行刚度调节；一般选取弧形凹槽的深度为10-20mm，弧形的弧度控制在5-15度之间，弧形凹槽的数量控制在3-8个。

其它部分与实施例一是一样的。

实施例三

实施例三的实施原理与实施例一是一样的，只是为了进一步提高整个变刚度的性能实行，径向与轴向同时压缩的方式来调整变刚度。一种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度方法，通过调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度，其特点在于，所述的调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度还包括在调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度的同时，还调整橡胶金属复合类球铰的径向变刚度，通过同时调整橡胶金属复合类球铰的径向变刚度和轴向变刚度两个方向的变刚度调整整个橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度变化。

所述的径向变刚度调整是通过径向压缩径向布置的橡胶金属复合件的变形来进行调整。

所述的径向布置的橡胶金属复合件与轴向小刚度的变刚度的径向布置的橡胶金属复合件为相同部件，通过对轴向小刚度的变刚度的径向布置的橡胶金属复合件径向压缩实现径向变刚度非线性调整。其中，所述径向压缩是在安装时，通过球铰套筒与径向布置的橡胶金属复合件的小刚度调整外套的过盈配合压缩小刚度调整外套，再通过小刚度调整外套压缩小刚度调整橡胶件，实现对径向布置的橡胶金属复合件径向压缩，并通过压缩小刚度调整橡胶件进行径向方向非线性变刚度的调整。

其它部分与实施例一是一样的。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通过上述实施例可以看出，本发明可以归结涉及一种橡胶金属球铰轴向复合非线性变刚度调整方法，通过调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度，其特点在于，调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度包括通过调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度，使得整个橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化。