CN101801758A - 用于可压缩弹性体弹簧的弹性体垫 - Google Patents

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Abstract

一种弹性的可压缩弹性体垫，包括：主体，所述主体限定所述垫的中心轴线，所述主体由预定材料制成并具有外周侧表面、第一轴向端部和第二轴向端部，所述第一轴向端部和所述第二轴向端部分别具有与所述中心轴线正交设置的平整表面。凸出的第一突起形成在所述第一轴向端部的所述平整表面上的中心位置，凸出的第二突起形成在所述第二轴向端部的所述平整表面上的中心位置。第一槽形成在所述第一轴向端部的所述平整表面中并与所述第一突起的外周侧表面邻接，第二槽形成在所述第二轴向端部的所述平整表面中并与所述第二突起的外周侧表面邻接。

Description

用于可压缩弹性体弹簧的弹性体垫
相关申请的交叉引用
本申请涉及2007年5月1日提交的临时专利申请No.60/926,987并要求该临时专利申请的优先权。本申请还密切涉及与本申请同时提交的共同在审的以下专利申请：名称为“CompressibleElastomeric Spring(可压缩弹性体弹簧)”的U.S.Serial Number____；名称为“Plate For A Compressible Elastomeric Spring(用于可压缩弹性体弹簧的板)”的U.S.Serial Number____；名称为“Method ofMaking Compressible Elastomeric Spring(制造可压缩弹性体弹簧的方法)”的U.S.Serial Number____；名称为“Method of MakingElastomeric Pad For A Compressible Elastomeric Spring(制造用于可压缩弹性体弹簧的弹性体垫的方法)”的U.S.Serial Number____；名称为“Combination Yoke and Elastomeric Draft Gear(组合轭架和弹性体牵引装置)”的U.S.Serial Number____；名称为“Combination Yokeand Elastomeric Draft Gear Having A Friction Mechanism(组合轭架和具有摩擦机构的弹性体牵引装置)”的U.S.Serial Number____；名称为“Elastomeric Draft Gear Having A Housing(具有外壳的弹性体牵引装置)”的U.S.Serial Number____。这些申请被转让给本发明的受让人，并且通过引用方式将这些共同在审的申请的公开内容并入本文。
技术领域
本发明整体涉及可压缩弹性体弹簧，本发明具体涉及可用在可压缩弹性体弹簧中以吸收能量的可压缩弹性体垫，更具体地说，本发明涉及用于在牵引装置组件中使用的可压缩弹性体弹簧的可压缩弹性体垫，所述可压缩弹性体垫用于缓冲在轨道车辆的运行中经常遇到的撞击和牵引动态冲击力。
背景技术
众所周知，使用弹性体垫和金属板的可压缩弹性体弹簧已被广泛用于多种应用以吸收能量。同样众所周知的是，这种可压缩弹性体弹簧的能量吸收能力受到弹性体垫的设计的影响，具体而言，受到材料选择、成形工艺、以及弹性体垫与板的机械连接的影响。在授予Carlstedt的美国专利No.5,351,844和授予Anderson的美国专利No.4,198,037中示出了多种可选择的垫的设计。Carlstedt的专利提供了一种垫，该垫由共聚多酯聚合物材料制成，并具有从垫的各端伸出的中心突起，所述突起与形成在金属板中的孔机械互锁。Anderson的专利提供了一种垫，该垫同样由共聚多酯聚合物材料制成，并在一端具有中心突起，而在相对端上具有中心插座，所述中心突起和中心插座分别与金属板上的插座和突起互锁。
然而，仍然需要一种改进的可压缩弹性体垫，从而使弹簧能够吸收和缓冲更高的能量。
发明内容
本发明提供一种弹性的可压缩弹性体垫。所述可压缩弹性体垫包括主体，所述主体限定所述垫的中心轴线。所述主体由预定材料制成并具有外周侧表面、第一轴向端部和第二轴向端部。所述第一轴向端部和第二轴向端部分别具有与所述中心轴线正交设置的平整表面。根据本发明的一方面，所述可压缩弹性体垫包括槽，所述槽形成在所述第一轴向端部和第二轴向端部之一的所述平整表面中的中心位置，所述槽具有预定形状。
根据本发明的另一方面，所述可压缩弹性体垫包括多个凹陷部，所述凹陷部形成在所述第一轴向端部和第二轴向端部中至少一者的所述平整表面上。
根据本发明的另一方面，所述可压缩弹性体垫包括：凸出的第一突起，其形成在所述第一轴向端部的所述平整表面上的中心位置；以及凸出的第二突起，其形成在所述第二轴向端部的所述平整表面上的中心位置。第一槽形成在所述第一轴向端部的所述平整表面中并与所述第一突起的外周侧表面邻接。第二槽形成在所述第二轴向端部的所述平整表面中并与所述第二突起的外周侧表面邻接。
本发明还提供一种对当前使用的可压缩弹性体垫的改进方案，所述可压缩弹性体垫能够吸收和耗散施加在其上的能量。改进方案包括：所述可压缩弹性体垫由在成形过程中被改性以使分子结构取向的预定材料制成，并且在所述成形过程中达到预定的形状因数，从而能够重复吸收和耗散超过所述预定材料的极限拉伸强度的百分之一百三十(130％)的能量。
发明目的
因此，本发明的主要目的之一在于提供一种用于可压缩弹性体弹簧的弹性体垫。
本发明的另一目的在于提供一种弹性体垫，所述弹性体垫由具有取向的分子结构的改性共聚多酯聚合物材料制成并具有形状因数，从而使得所述弹性体垫能够吸收和耗散超过所述共聚多酯聚合物材料的极限拉伸强度的百分之一百三十(130％)的动态冲击载荷。
本发明的又一目的在于提供一种弹性体垫，所述弹性体垫具有从各个轴向端部伸出的突起和与所述突起的外周侧表面邻接的槽。
本发明的另一目的在于提供一种弹性体垫，所述弹性体垫具有从各个轴向端部伸出的突起和与所述突起的外周侧表面邻接的多个凹陷部。
本发明的又一目的在于提供一种弹性体垫，所述弹性体垫具有形成在该弹性体垫的至少一个轴向端部中的槽。
除了上面在某种程度上具体描述的本发明的一些目的和优点以外，尤其是当结合所附附图和所附权利要求书阅读下面的描述时，相关领域的技术人员将很容易地看出本发明的各种其它目的和优点。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例构造的可压缩弹性体垫的平面图；
图2是图1所示的垫的剖视图；
图3是根据本发明的另一个实施例构造的可压缩弹性体垫的平面图；
图4是图3所示的垫的剖视图；
图5是根据本发明的另一个实施例构造的可压缩弹性体垫的平面图；
图6是图5所示的垫的剖视图；
图7是根据本发明的当前优选实施例构造的可压缩弹性体垫的平面图；以及
图8是图7所示的垫的剖视图。
具体实施方式
在对本发明进行更加详细的描述之前，应该注意的是，为清晰和明白起见，在附图的多个视图中始终以相同的附图标记指示具有相同功能的相同部件。
通过图1至图8所示的各种实施例来阐明用于实施本发明的最佳方式。然而，本发明不限于所述的实施例，本领域的技术人员将理解到，可以在不偏离本发明的基本概念的情况下得到本发明的多种其他实施例，并且任何此类成果均落入本发明的保护范围之内。可以容易地将本发明的其他类型和构造并入本发明的教导，然而，为了清晰和公开的目的，仅以非限制性方式示出并描述了其中的几种具体构造。
本发明提供一种可压缩弹性体垫(整体以附图标记110指示)。如在与本申请同时提交的共同在审的名称为“Method of MakingElastomeric Pad For A Compressible Elastomeric Spring(制造用于可压缩弹性体弹簧的弹性体垫的方法)”的专利申请U.S.Serial Number____中所述，垫110由预制件制成(整体以附图标记106指示)。
垫110具有主体111，该主体111限定了中心轴线112。在本发明的当前优选实施例中，主体111具有与中心轴线112正交的圆形横截面，然而，本发明也可采用其他的横截面形状，例如矩形。第一轴向端部114设置在主体111上，并具有与中心轴线112正交的平整或优选大致平整的表面118。同样，与第一轴向端部114轴向相对的第二轴向部分116设置在主体111上，并具有与中心轴线112正交的平整或优选大致平整的表面120。主体111还具有外周侧表面122。外周侧表面122具有向外伸出的弯曲形状，所述弯曲形状在垫的成形过程中形成。各个轴向端部114、116具有预定直径。
根据本发明的一个实施例，垫110改进了在美国专利No.5,351,844和No.4,198,037中公开的现有弹性体垫的能量吸收和耗散性能，上述美国专利的教导通过引用并入本文。美国专利No.5,351,844和No.4,198,037均公开了用于轨道车辆的牵引装置的弹性体弹簧。
这种垫110由在制造预制件106之前改性的热塑性弹性体材料制成。另外，垫110的70％以上的分子结构在成形过程中被取向，并且垫110在成形过程之后达到预定的形状因数，从而能够在不使用摩擦离合器机构的情况下重复吸收和耗散超过这种共聚多酯聚合物材料的极限拉伸强度的百分之一百三十(130％)的动态冲击载荷。当前优选的改性前的原始热塑性弹性体材料或未处理的热塑性弹性体材料是由特拉华州(Delaware)威尔明顿市(Wilmington)的E.I.DuPontde Nemours & Co.公司制造的总商标为HYTREL的共聚多酯聚合物材料，更具体而言，是品牌为Hytrel 5556的共聚多酯聚合物材料。这种未处理的Hytrel 5556材料的特征在于，其极限拉伸强度为约5800磅每平方英寸(PSI)。已经发现，当根据上面引用的与本申请同时提交的共同在审的名称为“Compressible Elastomeric Spring(可压缩弹性体弹簧)”的专利申请U.S.Serial Number____中的公开内容将垫110安装在弹簧100中时，通过在共同在审的名称为“Method ofMaking Elastomeric Pad For A Compressible Elastomeric Spring(制造用于可压缩弹性体弹簧的弹性体垫的方法)”的专利申请U.S.SerialNumber____中公开的成形过程成形并具有约为3.30的形状因数的改性材料能够重复吸收和耗散大于7500PSI的动态冲击载荷。已经进一步发现，这种改性材料能够在垫110不丧失结构完整性的情况下重复吸收和耗散约9500PSI至约11000PSI的范围内的动态冲击载荷。垫110的形状因数由如下方面限定和限制：标准美国铁路协会(American Association of Railroads，AAR)中的牵引装置容器的当前高度为约9.0英寸；牵引装置组件在缓冲碰撞动态冲击载荷过程中的行程为约3.25英寸。
根据本发明的另一个实施例，如图1-2中最佳所示，垫110具有形成在第一平整表面118的中心位置上的第一突起130。所述突起130具有预定高度和预定形状。突起130的自由端表面132呈凸出状。已经公知的是，这种突起130用于使垫110与板150、190互锁。在如图1至2所示的当前优选形式中，突起130具有与中心轴线112正交的圆形横截面，并且突起130的直径被预定为使得突起130与板150、190的爪170(170a、170b)摩擦配合。基于邻接板150、190的设计来确定突起130延伸超过平整表面118的高度136。在本发明中，以及进一步考虑到共同在审的专利申请，基于板150、190的厚度来确定突起130的高度136，从而使突起130不会延伸超出用作弹簧100、102的端部部件的板150的相对边缘，或者不会延伸超出用作隔板的板190的中平面。可以在第二轴向端部116的第二平整表面120上形成可选的第二突起130。
根据本发明的另一个实施例，如图3至4中最佳所示，垫110具有至少一个槽140，该槽140形成在平整表面118、120中的至少一者中。槽140具有预定的形状。如在共同在审的名称为“Compressible Elastomeric Spring(可压缩弹性体弹簧)”的专利申请U.S.Serial Number____中公开的那样，槽140用于与形成在板150、190上的爪170(170a、170b)配合。槽140的宽度和深度可被选定为使垫110与爪170(170a、170b)以摩擦配合或滑动配合的方式互锁。可使用任何热塑性材料或热固性材料制造具有槽140的垫110。在图3至4所示的当前优选形式中，预定材料为共聚多酯聚合物和共聚多酰胺材料中的至少一者。
根据本发明的另一个实施例，如图5至6中最佳所示，以多个凹陷部148代替槽140，所述凹陷部148分别具有预定的横截面和预定的深度。考虑到共同在审的专利申请，凹陷部148与爪170(170a、170b)对准，并且凹陷部148的尺寸被设定为与爪摩擦配合接合或滑动配合接合。在图5至6所示的当前优选形式中，凹陷部148的预定形状与爪170(170a、170b)的形状大致相同。可以想到，这种凹陷部148可以提高弹簧100、102的侧向稳定性，并能降低材料剪力水平。
根据本发明，垫110可以具有形成在一个轴向端部上的突起130和形成在相对的轴向端部上的槽140或凹陷部148。在如图7至8所示的本发明的当前优选实施例中，在各个轴向端部114、116上同时设置有突起130和与突起130的外周侧表面134邻接设置的槽140。当前更加优选的是，使槽140的体积与突起130的体积大致相等，从而使垫110成形过程中产生的应力在整个平整表面118、120上平衡并平均分布。
在成形过程中，预制件106被压缩至最大行程高度，所述最大行程高度是通常称为垫110的“最大压缩高度(solid height)”的高度。作为常识，在操作过程中，主体111被从其初始正常高度压缩至大致等于或小于主体111的最大压缩高度的高度，以缓冲和吸收施加在垫110上的动态冲击载荷或能量。在压缩过程中，随着主体111的高度减小，外周表面122的直径增大。当解除了垫110上的动态冲击力或能量时，主体111恢复至其初始高度和直径。
图1至8中所示的垫110还可以具有凹进部分138，所述凹进部分138在成形过程中形成于各个轴向端部114、116中。这种凹进部分138的直径与预制件106的直径大致相等。
因此，已经完整、清楚、简洁和准确地描述了本发明，以使本发明所属技术领域的任何技术人员能够制造和使用本发明。应当理解，在不脱离所附权利要求书描述的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对本发明中具体描述的实施例的部件做出变型、改型、等同方案和替换方案。

Claims (17)

1.一种弹性的可压缩弹性体垫，包括：
(a)基本实心的主体，其限定所述可压缩弹性体垫的中心轴线，所述主体由预定材料制成并具有外周侧表面、第一轴向端部和第二轴向端部，所述第一轴向端部和所述第二轴向端部分别具有与所述中心轴线正交设置的大致平整表面；以及
(b)槽，其形成在所述第一轴向端部和所述第二轴向端部中一者的所述平整表面中的中心位置，所述槽具有预定形状。
2.根据权利要求1所述的可压缩弹性体垫，其中，所述基本实心的主体具有与所述中心轴线正交的圆形横截面。
3.根据权利要求2所述的可压缩弹性体垫，其中，所述第一轴向端部和所述第二轴向端部分别具有预定直径。
4.根据权利要求1所述的可压缩弹性体垫，其中，所述外周侧表面具有向外伸出的弯曲形状。
5.根据权利要求4所述的可压缩弹性体垫，其中，在所述可压缩弹性体垫的成形过程中形成所述向外伸出的弯曲形状。
6.根据权利要求1所述的可压缩弹性体垫，其中，所述可压缩弹性体垫还包括凸出的突起，所述突起形成在所述第一轴向端部和所述第二轴向端部中的所述一者的所述平整表面上的中心位置并与所述槽的外周内表面邻接，所述突起具有预定高度和预定形状。
7.根据权利要求6所述的可压缩弹性体垫，其中，所述突起的自由端表面呈凸出状。
8.根据权利要求6所述的可压缩弹性体垫，其中，所述突起具有与所述中心轴线正交的圆形横截面，并且所述槽呈环形。
9.根据权利要求6所述的可压缩弹性体垫，其中，所述突起的体积与所述槽的体积大致相等。
10.根据权利要求1所述的可压缩弹性体垫，其中，所述可压缩弹性体垫还包括凹进部分，所述凹进部分形成在所述第一轴向端部和所述第二轴向端部中的所述一者的所述平整表面中并与所述槽连通，所述凹进部分具有预定深度和预定形状。
11.根据权利要求1所述的可压缩弹性体垫，其中，所述预定材料为共聚多酯聚合物和共聚多酰胺材料中的至少一者。
12.一种弹性的可压缩弹性体垫，包括：
(a)基本实心的主体，其限定所述可压缩弹性体垫的中心轴线，所述主体由预定材料制成并具有外周侧表面、第一轴向端部和第二轴向端部，所述第一轴向端部和所述第二轴向端部分别具有与所述中心轴线正交设置的平整表面；以及
(b)多个凹陷部，其形成在所述第一轴向端部和所述第二轴向端部中至少一者的所述平整表面中。
13.对于能够吸收和耗散施加在其上的能量的可压缩弹性体垫，一种改进方案包括：所述垫由在成形过程中被改性以使分子结构取向的预定材料形成，并且所述垫在所述成形过程中达到预定的形状因数，从而能够重复吸收和耗散超过所述预定材料的极限拉伸强度的百分之一百三十(130％)的能量。
14.一种弹性的可压缩弹性体垫，包括：
(a)基本实心的主体，其限定所述可压缩弹性体垫的中心轴线，所述主体由预定材料制成并具有外周侧表面、第一轴向端部和第二轴向端部，所述第一轴向端部和所述第二轴向端部分别具有与所述中心轴线正交设置的大致平整表面；以及
(b)凸出的第一突起，其形成在所述第一轴向端部的所述大致平整表面上的中心位置，所述第一突起具有预定高度和预定形状；
(c)凸出的第二突起，其形成在所述第二轴向端部的所述大致平整表面上的中心位置，所述第二突起具有预定高度和预定形状；
(d)第一槽，其形成在所述第一轴向端部的所述大致平整表面中并与所述第一突起的外周侧表面邻接；以及
(e)第二槽，其形成在所述第二轴向端部的所述大致平整表面中并与所述第二突起的外周侧表面邻接。
15.根据权利要求14所述的可压缩弹性体垫，其中，所述第二突起与所述第一突起大致相同。
16.根据权利要求14所述的可压缩弹性体垫，其中，所述第二槽与所述第一槽大致相同。
17.根据权利要求14所述的可压缩弹性体垫，其中，所述第一和所述第二槽的体积分别与所述第一突起和所述第二突起的体积大致相等。
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