提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的方法与流程

本发明涉及到一种弹性减振的方法，尤其是指一种机车用的提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的方法，该种弹性减振元件可以有效地提高弹性减振元件各个方向的综合性能，提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度，从而满足各种复杂工况的弹性减振元件需求；属于轨道交通制造技术领域。

背景技术：

随着对现代轨道交通技术的不断发展，车辆的运行速度越来越高，使得对整个车辆运行要求也越来越高，如机车用的弹性减振元件的要求就也越来越高。目前随着机车的速度越来越高，高速动车在高速运行条件下的振动和冲击很大，因此对车辆的各个弹性减振元件的承载能力及安全系数要求越来越高，尤其是遇到高速动车复杂的工况时，各个方向的抗弯和抗剪切能力都有更高的要求，有很多情况，如独立车轮的转向架减振元件就需要大的轴向刚度及低径向刚度的弹性减振元件，这就需要提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度，而现有的弹性减振元件由于结构限制，应用于这些工况很容易出现疲劳的现象，因此急需要加以改进。

通过专利和文献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和论文主要有以下几个：

1、专利申请号为cn200820132281.6，名称为“电机吊挂”，申请人为：铁道部运输局;永济新时速电机电器有限责任公司的实用新型专利，该专利公开了一种电机吊挂，包括两个与电机机座固定的立筋，两立筋之间固定有卡板，两立筋之间增设分别与立筋、电机机座固定的斜撑板。增设的斜撑板对立筋形成稳定的三角形支撑，改善了立筋的受力，使吊挂的承载能力和安全系数得到提高。

2、专利号为cn201810127687.3，名称为“一种具有轴向非线性变刚度的橡胶金属复合类球铰”，申请人为：株洲时代新材料科技股份有限公司的发明专利，该专利公开了一种具有轴向非线性变刚度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，在套筒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，橡胶金属硫化体内包含有轴向变刚度调整装置，通过轴向变刚度调整装置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分为两部分，一部分为轴向小刚度变刚度调整装置，另一部分为轴向高刚度非线性性变刚度调整装置，通过两部分组合实现整个球铰的轴向非线性变刚度调整。

3、专利号为cn201810127686.9，名称为“一种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度调整方法”，申请人为：株洲时代新材料科技股份有限公司的发明专利，该专利公开了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，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，是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，通过橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度。

通过对上述这些专利的仔细分析，这些专利虽然都涉及到弹性减振元件，也提出了一些改进技术方案，但通过仔细分析，所有这些专利都的结构仍然存在一些结构限制，主要是在弹性体的自由度方面都只有两个自由面，这样使得弹性体的综合减振效果受限，尤其是对于需要提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的工况，很难满足需求，仍有待进一步加以研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有弹性减振方法难以适用各种载荷工况更恶劣，尤其是现有弹性减振元件满足不了提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度要求的问题，提出一种新型的提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的方法，该种提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的方法可以大幅提高电机吊挂的综合减振性能，提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度，有效满足高速动车系统电机吊挂弹性减振需求。

为了达到这一目的，本发明提供了一种提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的方法，通过多自由面弹性元件的轴向预压缩和悬浮式承载提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度；所述的多自由面弹性元件为弹性体与金属件复合件，复合后弹性体具有3个及3个以上的自由面，使得弹性体在各个方向上的应力大幅度降低，提高抗疲劳寿命；所述的轴向预压缩为弹性体在工作过程中，一直处于轴向预压缩状态，大幅度提高轴向刚度；所述的悬浮式承载为在多自由面弹性元件的在工作过程中，至少有一个金属体为悬浮状态，使得金属体不承载，从而使得该处的弹性体完全处于剪切状态，不提供径向刚度，从而提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度。

进一步地，所述的复合弹性元件的弹性体为3个及3个以上的自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放。

进一步地，所述的弹性体的自由面为3个自由面，其中一个为金属外圈与金属侧圈形成空隙外径方向的外自由面，另一个为金属侧圈与金属内圈形成空隙内径方向的内自由面，还有一个为金属内圈与金属外圈形成空隙的斜向角度方向的斜向自由面。

进一步地，所述的斜向自由面到内自由面的弹性体段为球形状结构的弹性体段，与金属外圈、金属内圈和金属侧圈形成一个球形的弹性复合体，大幅度降低偏转刚度。

进一步地，所述的斜向自由面与内自由面和外自由面组合形成的弹性体连接形成了一个“人”字型的弹性体结构，以满足各种转向架系统弹性元件的大轴向刚度及低径向刚度的需求。

进一步地，所述的轴向预压缩组合弹性件由两个弹性元件组合构成，两个弹性元件从转向架的两面轴向预压缩夹持在转向架上，并通过紧固件轴向预压缩结合在一起，形成轴向预压缩组合弹性件。

进一步地，所述的悬浮式承载是将悬浮式组合弹性件的两个弹性元件是通过一个轴向套筒和端盖组合起来，再由紧固件组装后与机车电机紧固在一起形成悬浮式组合弹性件。

进一步地，所述的轴向套筒穿过两个弹性元件的内孔，轴向套筒一端设有轴肩挡，轴肩挡正好套在一个弹性元件的侧圈内孔内，而轴向套筒与弹性元件的内圈之间有空隙，使得弹性元件在径向受载时，弹性元件的侧圈与机车电机固定，载荷作用于与螺杆连接的弹性元件的内圈，弹性元件的外圈不承载，形成一种弹性元件的悬浮状态；轴向套筒另一端与轴端盖连接，并插入轴端盖的定位内孔内；在轴端盖的定位内孔外圈设有定位凸台，定位凸台插入到另一个弹性元件的侧圈内孔内，对弹性元件形成定位；而轴向套筒与另一弹性元件的内圈之间也有空隙，使得弹性元件在径向受载时，弹性元件的侧圈与机车电机固定，载荷作用于与螺杆连接的弹性元件的内圈，弹性元件的外圈不承载，形成一种弹性元件的悬浮状态；紧固件从端盖内孔穿过，并穿过轴向套筒内孔与减振部件上的连接螺孔紧固连接，并在压紧时通过端盖同时轴向压缩两个弹性元件，形成两个弹性元件悬浮式吊挂。

进一步地，所述的弹性体为橡胶材料，橡胶材料与金属件通过整体硫化复合在一起，形成橡胶金属弹性复合元件。

进一步地，所述的弹性体为尼龙或聚酯类弹性材料，尼龙或聚酯类弹性材料与金属外圈、金属内圈和金属侧圈复合在一起，形成弹性材料复合元件。

本发明的优点在于：

本发明通过采取多自由面弹性体的结构设计，使得弹性体在各个方向的压缩具有应力释放点，可以大幅度降低橡胶应力，提高弹性减振元件的疲劳寿命，同时可以通过调整各个部件及弹性体的形状和结构，可以大幅度提高轴向刚度，降低径向及偏转刚度；有着如下一些优点：

1、本发明通过悬浮和轴向预压缩组合结构，可以提高轴向刚度及降低径向及偏转刚度，并大幅度降低偏转刚度；

2、本发明悬浮和轴向预压缩组合，吊挂在转向架横梁安装座的两侧，可以使得机车电机更加稳妥地吊挂在转向架上，稳定性好；

3、本发明通过悬浮和轴向预压缩组合和弹性件多自由面设计，可以有效实现各个方向的应力释放，降低橡胶应力；

4、本发明通过调整各个自由面的结构可以实现径轴偏扭四项刚度，达到径轴偏扭四项刚度比7：100：300：100，满足各项车辆的承载功能要求；

5、本发明的弹性元件内部采用包胶设计，实现径向防腐及抗冲击设计；

6、将本发明原理应用于电机吊挂，完全可以满足各种高速列车的电机吊挂需求；

7、本发明在制作橡胶件时采用金属侧环注胶孔的整体注胶硫化，有效实现产品在模具中的注胶定位。

附图说明

图1是本发明的一个实施例总体结构示意图；

图2是本发明的一个实施例弹性体结构示意图；

图3是侧面剖视示意图；

图4为一个实施例的径向刚度曲线图；

图5为一个实施例的轴向刚度曲线图。

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，本发明涉及一种提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的方法，通过多自由面弹性元件1的轴向预压缩和悬浮式承载提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度；所述的多自由面弹性元件1为弹性体2与金属件3复合件，复合后弹性体2具有3个及3个以上的自由面，使得弹性体在各个方向上的应力大幅度降低，提高抗疲劳寿命；所述的轴向预压缩为弹性体2在工作过程中，一直处于轴向预压缩状态，大幅度提高轴向刚度；所述的悬浮式承载为在弹性元件的在工作过程中，至少有一个金属体3为悬浮状态，使得金属体3不承载径向载荷，从而使得该处的弹性体2完全处于剪切状态，不提供径向刚度，从而提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度。

进一步地，所述的复合弹性元件的弹性体2为3个自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放。

进一步地，所述的金属件3包括金属外圈7、金属侧圈8和金属内圈9；弹性体2的3个自由面由金属外圈7、金属侧圈8和金属内圈9组合形成的间隙构成；其中一个为金属外圈7与金属侧圈8形成空隙外径方向的外自由面4，另一个为金属侧圈8与金属内圈9形成空隙内径方向的内自由面5，还有一个为金属内圈9与金属外圈7形成空隙的斜向角度方向的斜向自由面6。

进一步地，所述的斜向自由面6到内自由面5的弹性体段为球形状结构的弹性体段10，与金属外圈7、金属内圈9和金属侧圈8形成一个球形的弹性复合体，大幅度降低偏转刚度。

进一步地，所述的斜向自由面6与内自由面5和外自由面4组合形成的弹性体2连接形成了一个“人”字型的弹性体结构，以满足各种转向架系统弹性元件的大轴向刚度及低径向刚度的需求。

进一步地，所述的轴向预压缩组合弹性件由两个多自由面弹性元件1组合构成，两个多自由面弹性元件1从转向架17的两面轴向预压缩夹持在转向架17上，并通过紧固件13轴向预压缩结合在一起，形成轴向预压缩组合弹性件。

进一步地，所述的悬浮式承载是将悬浮式组合弹性件的两个弹性元件是通过一个轴向套筒11和端盖12组合起来，再由紧固件13组装后与车辆电机14紧固在一起形成悬浮式组合弹性件。

进一步地，所述的轴向套筒11穿过两个弹性元件的内孔，轴向套筒11一端设有轴肩挡15，轴肩挡15正好套在一个多自由面弹性元件1的侧圈内孔内，而轴向套筒11与弹性元件的内圈之间有空隙18，使得多自由面弹性元件1在径向受载时，多自由面弹性元件1的金属侧圈8与车辆电机14固定，载荷作用于与螺杆连接的弹性元件的金属内圈9，弹性元件的金属外圈7不承载，形成一种弹性元件的悬浮状态；轴向套筒11另一端与端盖12连接，并插入端盖12的定位内孔内；在端盖12的定位内孔外圈设有定位凸台19，定位凸台19插入到另一个弹性元件的金属侧圈8内孔内，对多自由面弹性元件1形成定位；而轴向套筒11与另一多自由面弹性元件1的内圈之间也有空隙，使得弹性元件在径向受载时，弹性元件的金属侧圈8与机车电机固定，载荷作用于与螺杆连接的弹性元件的金属内圈9，弹性元件的金属外圈7不承载，形成一种弹性元件的悬浮状态；紧固件13从端盖12内孔穿过，并穿过轴向套筒内孔与减振部件上的连接螺孔紧固连接，并在压紧时通过端盖12同时轴向压缩两个弹性元件，形成两个多自由面弹性元件1悬浮式吊挂；所述多自由面弹性元件1的承载和卸载径向刚度曲线如附图4所示；所述多自由面弹性元件1的承载和卸载轴向刚度曲线如附图5所示，从附图可以看出，所本发明的多自由面弹性元件1承载和卸载的径向刚度曲线大幅降低，而多自由面弹性元件1承载和卸载的轴向刚度曲线大幅增加。

进一步地，所述的多自由面弹性元件1的弹性体2为橡胶材料，橡胶材料与金属件通过整体硫化复合在一起，形成橡胶金属弹性复合元件。

进一步地，所述的金属侧圈8上设有注胶孔16，在制作橡胶件时通过金属侧圈8的注胶孔16进行注胶，实现在橡胶件整体硫化时在模具中的注胶定位。注胶孔16数量为3-8个注胶孔，均匀分布，保证注胶均匀性。

实施例二

实施例二与实施例一的原理一样，只是在结构上稍微有一些不同。为一种提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度的方法，通过多自由面弹性体的轴向预压缩和悬浮式承载提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度；所述的多自由面弹性体为弹性元件与金属件复合时，弹性体复合后具有3个以上的自由面，使得弹性体在各个方向上的应力大幅度降低，提高抗疲劳寿命；所述的轴向预压缩为弹性体在工作过程中，一直处于轴向预压缩状态，大幅度提高轴向刚度；所述的悬浮式承载为在弹性元件的在工作过程中，至少有一个金属体为悬浮状态，使得金属体不承载，从而使得该处的弹性体完全处于剪切状态，不提供径向刚度，从而提高弹性复合元件轴向刚度及降低径向及偏转刚度。

进一步地，所述的复合弹性元件的弹性体为3个以上的自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放。

进一步地，所述的轴向预压缩组合弹性件由两个弹性元件组合构成，两个弹性元件从转向架的两面轴向预压缩夹持在转向架上，并通过紧固件轴向预压缩结合在一起，形成轴向预压缩组合弹性件。

进一步地，所述的悬浮式承载是将悬浮式组合弹性件的两个弹性元件是通过一个轴向套筒和端盖组合起来，再由紧固件组装后与机车电机紧固在一起形成悬浮式组合弹性件。

进一步地，所述的轴向套筒穿过两个弹性元件的内孔，轴向套筒一端设有轴肩挡，轴肩挡正好套在一个弹性元件的侧圈内孔内，而轴向套筒与弹性元件的内圈之间有空隙，使得弹性元件在径向受载时，弹性元件的侧圈与机车电机固定，载荷作用于与螺杆连接的弹性元件的内圈，弹性元件的外圈不承载，形成一种弹性元件的悬浮状态；轴向套筒另一端与轴端盖连接，并插入轴端盖的定位内孔内；在轴端盖的定位内孔外圈设有定位凸台，定位凸台插入到另一个弹性元件的侧圈内孔内，对弹性元件形成定位；而轴向套筒与另一弹性元件的内圈之间也有空隙，使得弹性元件在径向受载时，弹性元件的侧圈与机车电机固定，载荷作用于与螺杆连接的弹性元件的内圈，弹性元件的外圈不承载，形成一种弹性元件的悬浮状态；紧固件从端盖内孔穿过，并穿过轴向套筒内孔与减振部件上的连接螺孔紧固连接，并在压紧时通过端盖同时轴向压缩两个弹性元件，形成两个弹性元件悬浮式吊挂。

只是所述的复合弹性元件的弹性体为3个以上的自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放。

所述的弹性元件为尼龙材料与金属复合形成的复合弹性元件，且弹性元件的尼龙弹性体为具有多个自由面的弹性体。

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。

本发明的优点在于：

本发明通过采取轴向预压缩组合结构，从转向架横梁安装座的两侧面形成吊挂机构，吊挂机车电机，可以大幅度降低橡胶应力，提高弹性减振元件的疲劳寿命，有着如下一些优点：

本发明通过采取多自由面弹性体的结构设计，使得弹性体在各个方向的压缩具有应力释放点，可以大幅度降低橡胶应力，提高弹性减振元件的疲劳寿命，同时可以通过调整各个部件及弹性体的形状和结构，可以大幅度提高轴向刚度，大幅度降低径向和偏转刚度；有着如下一些优点：

1、本发明通过悬浮和轴向预压缩组合结构，可以提高轴向刚度及降低径向及偏转刚度，大幅度降低偏转刚度；

2、本发明悬浮和轴向预压缩组合，吊挂在转向架横梁安装座的两侧，可以使得机车电机更加稳妥地吊挂在转向架上，稳定性好；

3、本发明通过悬浮和轴向预压缩组合和弹性件多自由面设计，可以有效实现各个方向的应力释放，降低橡胶应力；

4、本发明通过调整各个自由面的结构可以实现径轴偏扭四项刚度，达到径轴偏扭四项刚度比7：100：300：100，满足各项车辆的承载功能要求；

5、本发明的弹性元件内部采用包胶设计，实现径向防腐及抗冲击设计；

6、将本发明原理应用于电机吊挂，完全可以满足各种高速列车的电机吊挂需求；

7、本发明在制作橡胶件时采用金属侧环注胶孔的整体注胶硫化，有效实现产品在模具中的注胶定位。