CN102943835B - 一种弹性缓冲器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能弹性缓冲器，包括金属底座和橡胶体，所述橡胶体为圆台状结构，其底部硫化在所述金属底座顶面，橡胶体顶部直径与底部直径的比值范围为1.3-1.5，其高度和顶部直径的比值范围为1.0-1.6，所述金属底座底部连接于一系悬挂钢弹簧机构中。本发明结构简单合理，缓冲器弹性性能和刚度性能良好，既能与钢弹簧一起实现一系刚度，又具有硬止挡功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种弹性缓冲器，特别是一种用于弹性限位、止挡的橡胶缓冲器，主要用于各种机车车辆转向架的一系悬挂钢弹簧机构中，同时也可以适用于其它工程机械上任何弹性限位区域。
背景技术
在现代轨道车辆转向架的一系悬挂钢弹簧机构中，往往采用钢弹簧加内置弹性止挡的形式，其中弹性止挡主要在钢弹簧有较大变形的时候起缓冲限位的保护作用，功能较为单一，同时为了完全限制垂向位移，还需要单独设置一个硬止挡限制位移。这种弹簧机构结构较为复杂，为了实现功能要求需要多个部件，体积较大。同时，由于钢弹簧的刚度设计受安装空间影响很大，在某些特定情况下很难达到系统刚度要求。因此，随着机车车辆技术的发展，特别是城市轨道车辆的快速发展，对于转向架一系悬挂钢弹簧内的缓冲器要求越来越高，要求缓冲器既要能有大变形的限位保护作用，又要能辅助钢弹簧起到一系减振作用，同时还要能适应钢弹簧内的空间限制。
因此有必要对现有技术进行改进。
发明内容
针对现有一系悬挂钢弹簧机构的弹性缓冲器结构复杂、功能单一、止挡弹性性能差、安装不便等缺点，本发明提供一种结构简单可靠的多功能弹性缓冲器，该弹性缓冲器具有三个功能：1）弹性缓冲器具有一段大行程的线性小刚度特性，能辅助钢弹簧实现一系刚度，起一系减振作用；2）弹性缓冲器具有大变形时的刚度陡增特性，使得车辆一系悬挂钢弹簧位移较大时，能很好的保护钢弹簧；3）弹性缓冲器具有硬止挡功能，使得车辆在特殊情况下，能限制车辆的一系悬挂钢弹簧最大位移，起到保护车辆的作用。
本发明解决技术问题采用的技术方案是：一种多功能弹性缓冲器，包括金属底座和橡胶体，所述橡胶体为圆台状结构，其底部硫化在所述金属底座顶面，橡胶体底部直径与顶部直径的比值范围为1.3-1.5，其高度和顶部直径的比值范围为1.0-1.6，所述金属底座底部连接于一系悬挂弹簧机构中。
进一步地，所述金属底座顶面开有沉孔，所述沉孔深度小于所述橡胶体的高度，所述橡胶体底部硫化在所述沉孔底部，所述沉孔与所述橡胶体之间留有间隙，所述间隙的体积大于所述橡胶体高出所述金属底座的部分的体积，使得所述橡胶体受压收缩时，能全部进入所述金属底座上的沉孔内，此时由所述金属底座起到硬止挡的作用。
进一步地，所述沉孔为倒圆台状沉孔，所述沉孔与所述橡胶体之间形成一个轴向截面呈V字形的空间间隙。
进一步地，V字形的空间间隙分为底部空间间隙V1和上部开口空间间隙V2，V1与V2体积比按照车辆转向架对缓冲器的刚度要求设计为2：1或3:1，V1内由金属底座形成的那一面设计成锥面与圆柱面连接的形状，该锥面倾斜角度为145°-160°，圆柱面空间深度尺寸为5-8mm，底面橡胶体外圈与金属面的间距为3mm以上，该设计可以保证橡胶成型工艺的质量要求，锥面倾斜角度可以调整缓冲器初始刚度值，V2内内由金属底座形成的那一面为圆柱面设计，用以限制橡胶变形，使缓冲器刚度出现陡增趋势；当缓冲器受到压力时，橡胶体首先填充入底部空间间隙，此过程整个缓冲器的刚度变化不大，当下层部分被填满，橡胶体开始填充上部开口空间间隙，此时缓冲器的刚度开始陡增，通过调节底部空间间隙的大小，可以控制缓冲器刚度陡增时钢弹簧的位移量。
进一步地，所述金属底座外形为圆柱形，通过改变金属底座的高度调节车辆的一系最大垂向位移量。
进一步地，金属底座底部设计有圆形凸台和螺纹孔，该圆形凸台通过过盈配合压入一系钢弹簧系统的缓冲器安装座中，并通过螺栓连接缓冲器和安装座。
进一步地，在所述金属底座上，与所述橡胶体相接触的地方设有凸台，改变该凸台大小以调节缓冲器线性刚度的大小。
进一步地，所述金属底座上的沉孔沿径向设有通至金属底座侧面的通孔，起到排水的作用。
进一步地，该弹性缓冲器用于轨道客运车辆包括城际轨道车辆和地铁车辆的一系悬挂钢弹簧机构中。
本发明的优点在于：
（1）通过瘦高状的宝塔结构实现一段大行程的线性小刚度特性，该段大行程的小刚度能与钢弹簧结合一起实现特定的一系刚度；
（2）橡胶体和金属底座之间设计成类V型空间间隙，并进行分层处理，可以控制缓冲器刚度陡增时钢弹簧的位移量，同时空间间隙体积大于金属底座顶面上方橡胶体积，使得橡胶能完全填入该空间间隙，解决使用过程中弹性缓冲器与钢弹簧产生较大横纵向位移时导致的橡胶与钢弹簧之间的干涉问题；
（3）金属底座上部为环形外套，该环形外套可以实现一系悬挂钢弹簧的硬止挡功能，代替现有一系悬挂钢弹簧结构的单独硬止挡部件，优化了一系悬挂钢弹簧的结构，并通过调节环形外套高度可以调节车辆的一系最大垂向位移量；
（4）本发明结构简单合理，成本低廉，缓冲效果好，适于推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
其中，1-橡胶体，2-金属底座，3-沉孔，4-通孔，P-凸台，V1-底部空间间隙，V2-上部开口空间间隙。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式来进一步阐述本发明的技术方案。
一种多功能弹性缓冲器，包括金属底座和橡胶体，所述橡胶体为圆台状结构，其底部硫化在所述金属底座顶面，橡胶体底部直径与顶部直径的比值范围为1.3-1.5，其高度和顶部直径的比值范围为1.0-1.6，所述金属底座底部连接于一系悬挂钢弹簧机构中。经反复试验得知在该尺寸比值范围内的橡胶体结构能实现初始一段大行程的线性刚度特性，小于该比值范围时，结构不能实现大行程的小刚度，大于该比值范围时，结构会出现失稳，初始阶段大行程的小刚度能与钢弹簧结合一起实现特定的一系刚度。
作为本发明的进一步实施方式，所述金属底座顶面开有沉孔，所述沉孔深度小于所述橡胶体的高度，所述橡胶体底部硫化在所述沉孔底部，所述沉孔与所述橡胶体之间留有间隙，所述间隙的体积大于所述橡胶体高出所述金属底座的部分的体积，使得所述橡胶体受压收缩时，能全部进入所述金属底座上的沉孔内，此时由所述金属底座起到硬止挡的作用。
作为本发明的进一步实施方式，所述沉孔为倒圆台状沉孔，所述沉孔与所述橡胶体之间形成一个轴向截面呈V字形的空间间隙。
作为本发明的进一步实施方式，V字形的空间间隙分为底部空间间隙V1和上部开口空间间隙V2，VI与V2体积比按照车辆转向架对缓冲器的刚度要求设计为2：1或3:1，V1内由金属底座形成的那一面设计成锥面与圆柱面连接的形状，该锥面倾斜角度为145°-160°，圆柱面空间深度尺寸为5-10mm，底面橡胶体外圈与金属面的间距为3mm以上，该设计可以保证橡胶成型工艺的质量要求，锥面倾斜角度可以调整缓冲器初始刚度值，V2内内由金属底座形成的那一面为圆柱面设计，用以限制橡胶变形，使缓冲器刚度出现陡增趋势；当缓冲器受到压力时，橡胶体首先填充入底部空间间隙，此过程整个缓冲器的刚度变化不大，当下层部分被填满，橡胶体开始填充上部开口空间间隙，此时缓冲器的刚度开始陡增，通过调节底部空间间隙的大小，可以控制缓冲器刚度陡增时钢弹簧的位移量。
作为本发明的进一步实施方式，所述金属底座外形为圆柱形，通过改变金属底座的高度调节车辆的一系最大垂向位移量。
作为本发明的进一步实施方式，所述金属底座底部设计有圆形凸台和螺纹孔，该圆形凸台通过过盈配合压入一系钢弹簧系统的缓冲器安装座中，并通过螺栓连接缓冲器和安装座。
作为本发明的进一步实施方式，在所述金属底座上，与所述橡胶体相接触的地方设有凸台，改变该凸台大小以调节缓冲器线性刚度的大小。
作为本发明的进一步实施方式，所述金属底座上的沉孔沿径向设有通至金属底座侧面的通孔，起到排水的作用。
作为本发明的进一步实施方式，该弹性缓冲器用于轨道客运车辆包括城际轨道车辆和地铁车辆的一系悬挂钢弹簧机构中。
实施例1
如图1所示，一种多功能弹性缓冲器，包括橡胶体1和金属底座2，所述橡胶体1为圆台状结构，其高度A和顶端直径B的比值为1.0，底部直径C与顶部直径B的比值范围为1.3，所述金属底座3顶面设有倒圆台状沉孔3， 所述橡胶体1的底面硫化在所述沉孔3的底部，所述沉孔3与所述橡胶体1之间形成一个轴向截面呈V字形的空间间隙，所述金属底座3底端连接钢弹簧系统；该V形空间间隙由两部分组织，一是V形底部空间间隙V1，VI与V2体积比按照车辆转向架对缓冲器的刚度要求设计为2：1，V1内由金属底座形成的那一面设计成锥面与圆柱面连接的形状，该锥面倾斜角度为145°，圆柱面空间深度尺寸为5mm，底面橡胶体外圈与金属面的间距为3mm以上，该设计可以保证橡胶成型工艺的质量要求，锥面倾斜角度可以调整缓冲器初始刚度值，V2内内由金属底座形成的那一面为圆柱面设计，用以限制橡胶变形，使缓冲器刚度出现陡增趋势，当橡胶填满空间间隙V1后，产品刚度开始陡增，通过设计V1空间的大小可以控制缓冲器刚度陡增时钢弹簧的位移量；空间间隙V1和V2之和大于底座顶面上方橡胶体积，使得橡胶1能完全填入该空间间隙，解决使用过程中弹性缓冲器与钢弹簧产生较大横纵向位移时导致的橡胶与钢弹簧之间的干涉问题；金属底座2为圆柱形结构，其高度为25cm，即硬止挡高度为25cm，也即意味着应用该缓冲器的车辆的一系最短垂向高度为25cm；金属底座2上设计有通孔4，该通孔4起排水排气作用；金属底座2底部设计有圆形凸台和螺纹孔，该圆形凸台通过过盈配合压入安装座中，并通过螺栓连接缓冲器和安装座，进一步保障连接可靠性。
实施例2
一种多功能弹性缓冲器，包括橡胶体1和金属底座2，所述橡胶体1为圆台状结构，其高度A和顶端直径B的比值为1.6，顶部直径B与底部直径的比值范围为1.5，所述金属底座3顶面设有倒圆台状沉孔3，所述橡胶体1的底面硫化在所述沉孔3的底部，所述沉孔3与所述橡胶体1之间形成一个轴向截面呈V字形的空间间隙，所述金属底座3底端连接钢弹簧系统；该V形空间间隙由两部分组织，一是V形底部空间间隙V1，另是V形上部开口空间间隙V2，VI与V2体积比按照车辆转向架对缓冲器的刚度要求设计为3：1，V1内由金属底座形成的那一面设计成锥面与圆柱面连接的形状，该锥面倾斜角度为160°，圆柱面空间深度尺寸为8mm，底面橡胶体外圈与金属面的间距为3mm以上，该设计可以保证橡胶成型工艺的质量要求，锥面倾斜角度可以调整缓冲器初始刚度值，V2内内由金属底座形成的那一面为圆柱面设计，用以限制橡胶变形，使缓冲器刚度出现陡增趋势，当橡胶填满空间间隙V1后，产品刚度开始陡增，通过设计V1空间的大小可以精确控制缓冲器刚度陡增时钢弹簧的位移量；空间间隙V1和V2之和大于底座顶面上方橡胶体积，使得橡胶1能完全填入该空间间隙，解决使用过程中弹性缓冲器与钢弹簧产生较大横纵向位移时导致的橡胶与钢弹簧之间的干涉问题；金属底座2内部与橡胶体1接触区域设计有一凸台P，该凸台P大小可以用于调节缓冲器线性刚度的大小；金属底座2为圆柱形结构，其高度为30cm，即硬止挡高度为30cm，也即意味着应用该缓冲器的车辆的一系最短垂向高度为30cm；金属底座2的环形外套上设计有通孔4，该通孔4起排水作用；金属底座2底部设计有圆形凸台和螺纹孔，该圆形凸台通过过盈配合压入安装座中，并通过螺栓连接缓冲器和安装座，进一步保障连接可靠性。
上述实施例仅是本发明的优选实施例，并不对本发明作任何限制，本领域普通技术人员在不脱离本发明实质及技术其实下所作的变形和润饰，均应视为在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围视其权利要求书而定。
Claims (2)
1.一种多功能弹性缓冲器，包括金属底座和橡胶体，所述橡胶体为圆台状结构，其底部硫化在所述金属底座顶面，橡胶体底部直径与顶部直径的比值范围为1.3-1.5，其高度和顶部直径的比值范围为1.0-1.6，所述金属底座底部连接于一系悬挂弹簧机构中；所述金属底座顶面开有倒圆台状沉孔，所述橡胶体底部硫化在所述沉孔底部，所述沉孔与所述橡胶体之间留有一个轴向截面呈V字形的空间间隙；其特征在于，所述V字形的空间间隙分为底部空间间隙V1和上部开口空间间隙V2，V1与V2体积比按照车辆转向架对缓冲器的刚度要求设计为2：1或3:1。
2.根据权利要求1所述一种多功能弹性缓冲器，其特征在于，V1内由金属底座形成的那一面设计成锥面与圆柱面连接的形状，该锥面倾斜角度为145°-160°，圆柱面空间深度尺寸为5-8mm，底面橡胶体外圈与金属面的间距为3mm以上，V2内由金属底座形成的那一面为圆柱面设计，用以限制橡胶变形，使缓冲器刚度出现陡增趋势。
3. 根据权利要求1或2所述一种多功能弹性缓冲器，其特征在于，所述金属底座外形为圆柱形，通过改变金属底座的高度调节车辆的一系最大垂向位移量。
4. 根据权利要求1或2所述一种多功能弹性缓冲器，其特征在于，所述金属底座底部设计有圆形凸台和螺纹孔，该圆形凸台通过过盈配合压入一系钢弹簧系统的缓冲器安装座中，并通过螺栓连接缓冲器和安装座。
5. 根据权利要求4所述一种多功能弹性缓冲器，其特征在于，在所述金属底座上，与所述橡胶体相接触的地方设有凸台，改变该凸台大小以调节缓冲器线性刚度的大小。
6. 根据权利要求5所述一种多功能弹性缓冲器，其特征在于，所述金属底座上的沉孔沿径向设有通至金属底座侧面的通孔，起到排水排气的作用。
7. 根据权利要求1所述一种多功能弹性缓冲器，其特征在于，该弹性缓冲器用于轨道客运车辆包括城际轨道车辆和地铁车辆的一系悬挂钢弹簧机构中。
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