CN102384201B

CN102384201B - 空气弹簧

Info

Publication number: CN102384201B
Application number: CN201110052762.2A
Authority: CN
Inventors: 藤本贤二
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Neda Chemical Co., Ltd.
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: US8511653B2; WO2012032874A1; JP2012057646A; JP5654294B2; CN102384201A; US20120056362A1

Abstract

本发明提供一种空气弹簧，其可以使放气时的水平方向的位移量增加，即使在放气状态下也能够长时间行驶。该空气弹簧的特征在于，具有：上面板；下面板；筒状的挠性部件，其安装在上面板和下面板之间；放气制动器部，其从下面板向上方凸出设置，在放气时支撑上面板；以及凹部，其形成于上面板的下表面中央部处，在放气时就座于放气制动器部上，挠性部件的上端部安装在上面板中的凹部的半径方向外侧，挠性部件的下端部安装于下面板的放气制动器部的半径方向外侧，放气制动器部形成下述高度，即，即使在放气时上面板和下面板之间进行相对水平方向位移，挠性部件的上端部和下端部也不接触。

Description

空气弹簧

技术领域

本发明涉及一种在上面板与下面板之间安装有筒状的挠性部件的空气弹簧。

背景技术

当前，作为用于铁路车辆等的空气弹簧，大多使用具有下述部件的空气弹簧：上面板，其安装在车辆的车身上；下面板，其位于上面板下方，配置在车轮侧；筒状的挠性部件，其安装在上面板与下面板之间；以及弹性部件(制动器)，其安装在下面板与车轮侧的支撑框架之间。作为筒状的挠性部件，使用橡胶制的波纹管等。

在上述空气弹簧中，有时空气弹簧漏气、即挠性部件内部的空气漏出(放气)，要求即使在该情况下也确保车辆的安全行驶。作为能够确保放气时的车辆安全行驶的空气弹簧，已知例如专利文献1所公开的空气弹簧，其在上面板和可动板之间配设制动橡胶，该可动板能够相对于该上面板接近及远离地位移。

在上述空气弹簧的下面板上以剖面凸状地形成有环状的加强筋(bead)收容部，在该加强筋收容部的外周侧嵌合有波纹管的下端部(加强筋部)。在放气时，使得可动板就座于下面板的加强筋收容部所包围的领域中。

专利文献1：日本特开2009-222197号公报

发明内容

然而，根据车辆行驶的路线，有时要求空气弹簧可以在水平方向的位移量大的条件下使用。在该情况下，在上述结构的空气弹簧中，放气时的水平方向的位移量限定于可动板在加强筋收容部所包围的领域内能够移动的范围，存在难以扩大该范围的问题。并且，近年来，开始寻求一种空气弹簧，其不仅确保放气时的车辆的安全行驶，而且即使在放气状态下也能够长时间行驶。

因此，在本发明中，鉴于上述问题，从而目的在于提供一种空气弹簧，其能够增大放气时的水平方向的位移量，即使在放气状态下也能够长时间行驶。

为了解决上述课题，本发明涉及的空气弹簧的特征在于，具有：上面板；下面板；筒状的挠性部件，其安装在所述上面板及下面板之间；放气制动器部，其从所述下面板向上方凸出设置，在放气时支撑所述上面板；以及凹部，其形成于所述上面板的下表面中央部处，在放气时就座于所述放气制动器部上，所述挠性部件的上端部安装在所述上面板中的所述凹部的半径方向外侧，所述挠性部件的下端部安装于所述下面板的所述放气制动器部的半径方向外侧，所述放气制动器部形成下述高度，即，即使在放气时所述上面板和下面板之间进行相对水平方向位移(下面，简称为相对水平位移)，所述挠性部件的上端部和下端部也不接触。

在空气弹簧中，上面板与下面板相比大径地形成。因此，如上述结构所示，在下面板上形成放气制动器部，在上面板形成与放气制动器部相比大径的凹部，由此，可以增大二者的直径之差，增大上面板和下面板之间的相对水平位移量。

并且，通过将放气制动器部的高度设定为，即使在放气时上面板和下面板之间相对水平位移，挠性部件的上端部和下端部也不接触，从而在放气制动器部与凹部的内周面接触的状态下，能够使挠性部件的上端部和下端部在水平方向上重叠。

即，可以将凹部直径较大地形成至接近挠性部件的上端部的位置为止，并且可以将放气制动器部的直径较大地形成为至接近挠性部件的下端部的位置为止。由此，能够一边使放气时的放气制动器部和凹部之间的接触面积增加而稳定地支撑上面板，一边增加水平方向的位移量。

另外，因为能够由凹部容纳放气制动器部的凸出部分，所以能够在空气弹簧内填充有空气的状态下，充分确保上面板上下移动所需要的上面板和下面板之间的间隙。

因此，通过在上面板和下面板之间的相对水平位移而放气制动器部的侧面与凹部的内周面碰撞时，充分得到凹部的深度和放气制动器部的高度，从而能够增大二者的碰撞面积，缓解在单位面积上施加的冲击力。由此，能够防止放气制动器部及凹部的内周面的变形及破损，可以在放气状态下使车辆长时间行驶。

在本发明中，可以在上述结构的基础上，在凹部的内周面、以及放气时与所述内周面相对的放气制动器部的侧面中，至少其中一个面上配置有缓冲层。由此，能够产生下述缓冲效果，即，一边对放气制动器部的侧面与凹部的内周面碰撞时的冲击进行缓解而维持乘坐舒适性，一边通过减小放气制动器部的侧面与凹部的内周面碰撞时发出的碰撞音，减少乘客的不适感。

缓冲层可以配置在凹部的内周面、以及放气时与所述内周面相对的所述放气制动器部的侧面中的任一侧面上，但通过在两侧面上配置缓冲层，能够利用两个缓冲层缓解在放气制动器部及凹部上施加的冲击力，能够进一步提高缓冲效果，并且能够抑制缓冲层的恶化。

在凹部的内周面以及放气时与所述内周面相对的所述放气制动器部的侧面的各个面上各自配置第一缓冲层和第二缓冲层的情况下，优选在放气时而第一缓冲层与第二缓冲层碰撞时，两个缓冲层的形变率相同。

此外，本发明中所谓形变率(％)，表示在将初始缓冲层的层厚设为α(mm)，将由于放气制动器部的侧面与凹部的内周面碰撞而缓冲层进行缓冲的情况(在缓冲层上负荷外力的情况)下，处于弹性形变的状态下的缓冲层的层厚设为β(mm)时，以(α-β)×100/α示出的数值(％)。另外，为了使缓冲层产生良好的缓冲效果，优选上述形变率为1％～25％，更优选为5％～15％。

另外，为了使第一缓冲层的形变率和第二缓冲层的形变率相同，具体而言，优选在放气时第一缓冲层与第二缓冲层碰撞时的两个缓冲层的形变率的数值为，在将形变率较小的一方的值设为1时，形变率较大的一方的值为1.05以下。

即，对于第一缓冲层和第二缓冲层，在使用相同的缓冲材料并形成相同层厚的情况下，对于配置在凹部的内周面上的第一缓冲层的周长、和配置在放气制动器部的侧面上的第二缓冲层的周长，第一缓冲层的周长较长。由此，在放气制动器部的侧面与凹部的内周面碰撞时，对于第一缓冲层的承压面积和第二缓冲层的承压面积，第一缓冲层的承压面积较大。

这样，在放气制动器部的侧面与凹部的内周面碰撞时，由于相同的力作用于第一缓冲层和第二缓冲层，所以在单位面积上施加的力在第二缓冲层这一侧较大。其结果，第二缓冲层的形变率大于第一缓冲层的形变率，如果在放气时，放气制动器部的侧面与凹部的内周面反复碰撞，则形变率较大的第二缓冲层与第一缓冲层相比，缓冲层的恶化的速度更快。

在第一缓冲层和第二缓冲层中，对于两层都以相同程度逐渐进行恶化情况、和集中在任一侧的层中进行恶化的情况，前者与后者相比，可以更长久地维持良好的缓冲效果。

因此，如上所述，通过使第一缓冲层及第二缓冲层的形变率相同，可以更长久地维持空气弹簧的良好的缓冲效果，可以提供一种在放气状态下仍旧维持乘坐舒适性的同时确保车辆能够在更长时间下行驶的空气弹簧。

具体而言，为了使第一缓冲层及第二缓冲层的形变率相同，在第一缓冲层及第二缓冲层的层厚相等的情况下，通过使第二缓冲层的硬度大于第一缓冲层的硬度，从而可以使得在放气时而第一缓冲层与第二缓冲层碰撞时的两个缓冲层的形变率相同。

另外，在第一缓冲层及第二缓冲层的硬度相等的情况下，通过使第一缓冲层的层厚大于第二缓冲层的层厚，从而可以使得在放气时而第一缓冲层与第二缓冲层碰撞时的两个缓冲层的形变率相同。

另外，通过调整第一缓冲层即第二缓冲层的硬度及层厚，从而可以使得在放气时而第一缓冲层与第二缓冲层碰撞时的两个缓冲层的形变率相同。

根据上述结构，通过调整第一缓冲层和第二缓冲层的硬度、层厚、或者硬度和层厚这两者，能够取得两个缓冲层的形变率相同地平衡，更长地维持缓冲效果，可以提供一种在放气状态下仍旧维持乘坐舒适性的同时确保车辆能够在更长时间下行驶的空气弹簧。

发明的效果

在本发明中，在下面板上朝向上方凸出设置放气制动器部，在上面板的下表面中央部处，形成在放气时就座于放气制动器部上的凹部，放气制动器部形成下述高度，即，即使放气时上面板与下面板之间相对水平位移，挠性部件的上端部与下端部也不接触，因此，能够提供一种空气弹簧，其能够增大放气时的上面板与下面板之间的相对水平位移量，并且即使在放气状态下也能够长时间行驶。

附图说明

图1为本发明的第一实施方式涉及的空气弹簧(空气填充状态)的纵剖面图。

图2为表示图1的空气弹簧的放气状态的半部纵剖面图。

图3为第二实施方式涉及的空气弹簧(空气填充状态)的半部剖面图。

图4为表示图3的空气弹簧的放气状态的半部剖面图。

图5为表示实施例的空气弹簧的评价结果的表格。

具体实施方式

[第一实施方式]

下面，根据附图说明本发明。图1和图2为表示本发明涉及的车辆用空气弹簧的第一实施方式的图。图1为空气弹簧的纵剖面图，表示填充有空气的状态。图2为表示图1中空气漏出后的状态(放气状态)下的空气弹簧的纵剖面图，表示以空气弹簧的中心线CL1、CL2为中心的半部。另外，在图2中，表示上面板与下面板之间的相对水平位移量为最大的状态。

空气弹簧具备：上面板1，其安装在车辆的车身上；下面板2，其位于上面板下方，配置在车轮侧；筒状的挠性部件3，其安装在上面板1与下面板2之间；以及制动器4，其安装在下面板2与车轮侧的支撑框架之间。

在本发明中，作为挠性部件3，使用橡胶制的人型波纹管。挠性部件3由层叠橡胶构成，该层叠橡胶将埋设有钢线等加强线的加强橡胶层作为中间层，在挠性部件3的上端部3a和下端部3b上，形成有在加强筋型芯上卷绕加强橡胶层而成的加强筋部。

如图1所示，上面板1和下面板2用金属材料形成为圆盘状。在下面板2的中央部，朝向上面板1而在上方形成圆筒形状的放气制动器部5。另一方面，在上面板1的下表面的中央部形成有凹部7(深度为A)。放气时，上面板1的凹部7就座于放气制动器部5的上表面上。

在放气制动器部5的上表面固定有滑动片6。滑动片6由可成型为薄且强韧的片的热塑性或热固性合成树脂形成，使用摩擦系数小的材料。具体而言，可以列举氟类树脂、聚乙烯、聚丙烯等。在本实施方式中使用氟类树脂片。

空气弹簧如图1所示，形成为在填充空气后的静止状态下，上面板1的中心线CL1与下面板2的中心线CL2一致。凹部7的直径(内径)与放气制动器部5的外径相比大径地形成。放气时，使得上面板1与下面板2可以在放气制动器部5能够在凹部7内移动的范围中进行相对水平位移。

换言之，通过使放气制动器部5的侧面与凹部7的内周面接触，从而限制上面板1与下面板2之间的相对水平位移。在放气制动器部5的侧面与凹部7的内周面接触的状态下，上面板1的中心线CL1与下面板2的中心线CL2的错开宽度D，成为上面板1与下面板2之间的最大相对水平位移量。

在下面板2中，在放气制动器部5的半径方向外侧形成有加强筋收容部2a，该加强筋收容部2a与挠性部件3的下端部3b嵌合。另外，在上面板1的凹部7的半径方向外侧(以凸缘状向外凸出的部分)，用夹具11固定挠性部件3的上端部3a。

如图2所示，放气制动器部5形成下述高度，即，在通过放气时的上面板1与下面板2之间的相对水平位移，使放气制动器部5与凹部7的内周面接触时，挠性部件3的上端部3a与下端部3b不接触。

即，在本实施方式中，为了在放气时，一边利用放气制动器部5稳定支撑上面板1，一边增加相对水平位移量，从而将凹部7的直径较大地形成至接近挠性部件3的上端部3a的位置为止，此外，将放气制动器部5的直径较大地形成至接近挠性部件的下端部3b的位置为止。

由此，在放气时放气制动器部5与凹部7的内周面接触的状态下，通过将放气制动器部5形成为具有使得挠性部件3的上端部3a与下端部3b不接触的高度，从而能够防止挠性部件3的变形及破损。

此外，因为在本发明中，作为挠性部件3使用橡胶制的人型波纹管，所以能够与挠性部件3对应地形成上面板1的直径与下面板2的直径相比非常大的直径。因此，能够将凹部7的直径更大径地形成，能够使得上面板1与下面板2的相对水平位移量更大。

在凹部7的内周面以及放气时与凹部7的内周面相对的放气制动器部5的侧面上，分别形成有第一缓冲层8和第二缓冲层9。作为各缓冲层的构成材料，只要是能够缓解放气制动器部5与凹部7的内周面碰撞时的冲击的材料即可，例如，可以使用橡胶或弹性材料等弹性体。

在本实施方式中，对于第一缓冲层8及第二缓冲层9，将缓冲层8、9的硬度调整为，在使各层的层厚固定的基础上，在第一缓冲层和第二缓冲层的形变率的值中形变率较小的一方的值设为1时，使得形变率大的一方的值为1.05以下。

另外，作为使第一缓冲层8和第二缓冲层9的形变率以相同程度取得平衡的其它方式，也可以如下所示调整缓冲层8、9的层厚，即，在使各层的硬度固定的基础上，在第一缓冲层和第二缓冲层的形变率的值中形变率较小的一方的数值设为1时，使得形变率大的一方的值为1.05以下。

另外，作为其它方式，也可以分别对第一缓冲层8和第二缓冲层9的层厚及硬度进行调整，以使得在第一缓冲层和第二缓冲层的形变率的值中形变率较小的一方的值设为1时，使得形变率大的一方的值为1.05以下。

[第二实施方式]

本实施方式的空气弹簧，在填充有空气的状态下，放气制动器部5在凹部7内形成局部重叠L，这一点与第一实施方式不同，其它结构与第一实施方式相同。

图3和图4是表示空气弹簧的第二实施方式的图。图3为填充有空气的状态下的空气弹簧的纵剖面图，图4是表示图3中处于放气状态下的空气弹簧的半部纵剖面图。另外，图3和图4均以空气弹簧的上面板1的中心线CL1为中心而示出半部。另外，在图4中，示出上面板与下面板的相对水平位移量为最大的状态。

如图3所示，在本实施方式中，因为在空气弹簧中填充有空气的状态下，放气制动器部5在凹部7内形成局部重叠L，所以在空气弹簧的通常使用状态下，可以限制上面板1与下面板2之间的相对水平位移量。

如本实施方式所示，在使放气制动器部5在凹部7内局部重叠的情况下，如图4所示，通过使凹部7的深度B大于第一实施方式的凹部深度A，从而能够充分确保放气制动器部5与凹部7之间的间隙。另外，通过充分确保凹部7的深度和放气制动器部5的高度，能够增大二者的碰撞面积，可以缓解在每单位面积上施加的冲击力。

【实施例】

关于上述实施方式1中制作的空气弹簧，针对实际在放气状态下使用后的第一缓冲层8和第二缓冲层9的恶化进行评价试验。作为试验品，首先形成下述试验品1及2，即，在使第一缓冲层8及第二缓冲层9的层厚相同的基础上，对第一缓冲层8的硬度(根据JIS K6253所规定的A型硬度计硬度试验中测定的硬度，以下相同)和第二缓冲层9的硬度进行调整。

具体而言，试验品1形成为，使第一缓冲层8的硬度为A68，使其在内径572mm的凹部7的内周面上成为层厚为10.00mm，使第二缓冲层9的硬度为A72，使其在外径262mm的放气制动器部5的侧面成为层厚为10.00mm，并将第一缓冲层8及第二缓冲层9的形变率调整为相同的10.0％。

另外，在实施例中，所谓形变率是指，在内径572mm的凹部7的内周面形成第一缓冲层8、在外径262mm的放气制动器部5的侧面形成第二缓冲层9的状态下，在评价试验前以10kN的力将凹部7的内周面和放气制动器部5的侧面挤压以使它们贴合时，各缓冲层的形变率。

并且，对于试验品1，将第一缓冲层8的硬度和第二缓冲层9的硬度变更为A68和A73，将第一缓冲层8与第二缓冲层9的形变率比例(在将形变率较小的一方的值设为1时，形变率较大的一方的值)调整为1.05而得到的样品，作为试验品2。

接着，将使第一缓冲层8和第二缓冲层9的硬度固定的基础上，对第一缓冲层8的层厚和第二缓冲层9的层厚进行调整而得到的样品作为试验品3和4。具体而言，在使第一缓冲层8和第二缓冲层9的硬度设为相同的A68的基础上，进行调整以使第一缓冲层8的层厚形成为10.65mm，使第二缓冲层9的层厚形成为10.00mm，使得第一缓冲层8和第二缓冲层9的形变率比例成为1.00，从而作为试验品3。

然后，对于试验品3，将第一缓冲层8的层厚和第二缓冲层9的层厚变更为10.95mm和10.00mm，将第一缓冲层8和第二缓冲层9的形变率比例调整为1.05，作为试验品4。

另外，将对第一缓冲层8和第二缓冲层9的层厚及硬度进行调整而得到试验品5和试验品6。具体而言，进行调整以使得硬度A70的第一缓冲层8成为层厚11.00mm，使硬度A68的第二缓冲层9成为层厚10.00mm，使第一缓冲层8和第二缓冲层9的形变率比例成为1.00，从而作为试验品5。

另外，进行调整以使得第一缓冲层8形成为硬度A68且层厚10.50mm，使第二缓冲层9形成为硬度A71且层厚10.00mm，将第一缓冲层8和第二缓冲层9的形变率比例成为1.05，从而作为试验品6。

另外，对于第一缓冲层8和第二缓冲层9，形成为硬度和层厚相同而作为试验品7。具体而言，使硬度A68的第一缓冲层8形成层厚10.00mm，使硬度A68的第二缓冲层9形成层厚10.00mm，从而作为试验品7。

对于上述七种空气弹簧，以如下所示的条件进行评价试验。即，对于上述各空气弹簧，在上面板的凹部7就座于放气制动器部5上的放气状态下，将下面板2安装在可动臂上。另外，在将下面板2安装在可动臂上时，将上面板1固定为无法向左右方向移动，以使得上面板1的中心线与下面板2的中心线一致。

在该状态下，使可动臂沿左右方向反复位移(在频率1Hz下进行5万循环)。由此，使凹部7的内周面与放气制动器部5的侧面在左右方向上反复碰撞。另外，将可动臂的位移调节为，使得凹部7的内周面与放气制动器部5的侧面碰撞时的冲击力达到10kN。在试验结束后，测定第一缓冲层8及第二缓冲层9相互碰撞的部分的层厚，根据试验前的层厚，求出层厚变化量(层厚减少量)和相对于试验前层厚的层厚变化量的比例(层厚变化率)。

即，如果对缓冲层反复施加外力而使缓冲层恶化，则层厚减少，产生所谓的疲劳，缓冲效果降低。层厚变化量与缓冲层的恶化程度对应地变大。因此，通过比较第一缓冲层的层厚变化率和第二缓冲层的层厚变化率，能够判断第一缓冲层和第二缓冲层之间以什么方式进行恶化。

具体而言，层厚变化率比例(第一缓冲层及第二缓冲层的层厚变化率中，较大一侧的值除以较小一侧的值的比值)越接近于1，就越表示两层均等地逐渐恶化，层厚变化率比例越大于1，就越表示恶化集中在一侧层进行。

将评价结果在图5中示出。根据图5，确认形变率比例(第一缓冲层及第二缓冲层的形变率中，较大一侧的值除以较小一侧的值的比值)为1.05以下的试验品1～6，均成为层厚变化率比例接近1的值，第一缓冲层和第二缓冲层均等地逐渐恶化。

与此相对，由于试验品7未进行硬度调整和层厚调整的任一种，所以第一缓冲层和第二缓冲层的形变率的数值产生差距，形变率比例变大为1.11。其结果，层厚变化率比例变大为1.16，确认了与试验品1～6相比集中在一侧缓冲层进行恶化的情况。

根据以上说明，通过对缓冲层的层厚及域硬度进行调整，以使得第一缓冲层的形变率和第二缓冲层的形变率相同，从而与没有调整缓冲层的层厚及硬度的空气弹簧相比，可以更长时间地维持良好的缓冲效果。

Claims

1.一种空气弹簧，其特征在于，

具有：上面板；下面板；筒状的挠性部件，其安装在所述上面板及下面板之间；放气制动器部，其从所述下面板向上方凸出设置，在放气时支撑所述上面板；以及凹部，其形成于所述上面板的下表面中央部处，在放气时就座于所述放气制动器部上，所述凹部的直径与所述放气制动器部的外径相比大径地形成，从而将所述上面板和所述下面板设置为能够在放气时在水平方向上相对位移，所述挠性部件的上端部安装在所述上面板中的所述凹部的半径方向外侧，所述挠性部件的下端部安装于所述下面板的所述放气制动器部的半径方向外侧，所述放气制动器部形成下述高度，即，即使在放气时所述上面板和下面板之间进行相对水平方向位移，所述挠性部件的上端部和下端部也不接触，通过使所述放气制动器部的侧面与所述凹部的内周面接触，从而限制所述上面板和所述下面板之间的相对水平方向位移，

在所述凹部的内周面、以及在放气时与所述凹部的内周面相对的所述放气制动器部的侧面中，至少其中一个面上配置有缓冲层。

2.如权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，

在所述凹部的内周面配置第一缓冲层，在放气时与所述凹部的内周面相对的所述放气制动器部的侧面配置第二缓冲层，其层厚与所述第一缓冲层相同，使第二缓冲层的硬度大于所述第一缓冲层的硬度，由此，使得在放气时第一缓冲层和第二缓冲层碰撞时，两个缓冲层的形变率相同。

3.如权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，

在所述凹部的内周面配置第一缓冲层，在放气时与所述凹部的内周面相对的所述放气制动器部的侧面配置第二缓冲层，其硬度与所述第一缓冲层相同，使第一缓冲层的厚度大于所述第二缓冲层的厚度，由此，使得在放气时第一缓冲层和第二缓冲层碰撞时，两个缓冲层的形变率相同。

4.如权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，

在所述凹部的内周面配置第一缓冲层，在放气时与所述凹部的内周面相对的所述放气制动器部的侧面配置第二缓冲层，对所述第一缓冲层以及第二缓冲层的硬度及层厚进行调整，由此，使得在放气时第一缓冲层和第二缓冲层碰撞时，两个缓冲层的形变率相同。