CN103244589A - 控制止挡刚度拐点位置及刚度上升趋势的方法及其止挡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了控制止挡刚度拐点位置及刚度上升趋势的方法，采用内、外止挡组合结构，将每层被金属隔板隔开的弹性体橡胶的纵截面侧部均设置为凹槽结构，所述凹槽结构包括圆弧型凹槽底边，与所述圆弧型凹槽底边相连的对称的两个凹槽斜侧边，与所述凹槽斜侧边相连的对称的两个圆弧过渡段，与所述圆弧过渡段相连的对称的两个凹槽斜顶边；通过设置所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数和所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径来控制刚度拐点位置，通过设置所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数和所述凹槽斜侧边长度来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。采用本发明能在实现止挡变刚度特性及硬止挡功能的同时，精确控制刚度拐点位置及刚度上升趋势。
Description
技术领域
本发明涉及一种减振部件的工作方法及其产品，尤其涉及一种控制止挡刚度拐点位置及刚度上升趋势的方法及其止挡。
背景技术
橡胶止挡是常用的一种橡胶金属复合的减振限位元件，可广泛应用于各种减振限位场所，尤其是在城轨地铁的转向架中应用十分普遍。在实际运用中通常要求橡胶止挡必须实现变刚度特性及同时具备硬止挡功能。现有的橡胶止挡中应用最为普遍的是组合式结构，即内外止挡组合而成。普通组合式结构中，通过内外止挡相互接触作用实现变刚度特性及硬止挡功能，在内外橡胶止挡接触前为线性刚度，开始接触时为刚度出现变化的起始位置，也称刚度拐点（即指在刚度曲线上出现刚度变化的起始点，通常为两种不同倾角线段的交点）接触后为刚度上升阶段。普通组合式结构中，通过内外止挡相互接触作用实现变刚度特性及硬止挡功能。但由于橡胶尺寸的公差较大，刚度拐点受其高度公差影响，很难精确控制拐点位置，同时拐点之后的刚度由内外止挡刚度叠加组成，并且内止挡自身刚度一般为非线性刚度，因此给拐点之后的刚度上升趋势控制带来很大的难度。
公开号为CN 102278401 A,公开日期为2011年12月14日的中国发明专利公开了一种并联式带硬止挡橡胶止挡组装方法，采用内外止挡并联结构组装止挡，将弹性橡胶体一，尼龙板和金属底板通过整体硫化制作成外止挡，将弹性橡胶体二和金属硬止挡通过整体硫化制作成内止挡；再将外止挡和内止挡用紧固胶粘结装配；
公开号为CN 102588482 A，公开日期为2012年7月18日的中国发明专利公开了一种复合橡胶止挡作业方法，采用上橡胶止挡和尼龙板组合成复合止挡结构，将一个弹性橡胶体和金属硬止挡通过硫化制作成上橡胶止挡，弹性橡胶体位于金属硬止挡的中间空心内，且上橡胶止挡和尼龙板用粘结装配在一起后，会在上橡胶止挡和尼龙板之间形成一个主内空腔和一个副内空腔，且主内空腔体积为变刚度拐点时橡胶变形的体积，当复合橡胶止挡变刚度拐点时将通过副内空腔容纳部分弹性橡胶体实现变刚度过渡的缓和过渡。
上述专利文献中均没有公开解决以上技术问题的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足之处，提供一种控制止挡刚度拐点位置及刚度上升趋势的方法，其既能够实现变刚度特性及硬止挡功能，同时也能精确控制刚度拐点位置及控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：控制止挡刚度拐点位置及刚度上升趋势的方法，采用内、外止挡组合结构，将金属顶板、弹性体橡胶、用于将所述弹性体橡胶隔开的两层或两层以上的金属隔板和金属底板依次通过硫化制作成外止挡，将内止挡放入外止挡的中间空腔内且其与外止挡通过粘结、过盈压入和螺纹销等任意方式装配到一起，将每层被金属隔板隔开的弹性体橡胶的纵截面侧部均设置为凹槽结构，所述凹槽结构包括圆弧型凹槽底边，与所述圆弧型凹槽底边相连的对称的两个凹槽斜侧边，与所述凹槽斜侧边相连的对称的两个圆弧过渡段，与所述圆弧过渡段相连的对称的两个凹槽斜顶边；通过设置所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数和所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径来控制刚度拐点位置，通过设置所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数和所述凹槽斜侧边长度来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
优选的，通过设置所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数与所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径的乘积数值来控制刚度拐点位置。
优选的，通过设置所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数的大小和所述凹槽斜侧边的长度来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势，设置的所述夹角度数越大，所述凹槽斜侧边长度越长时，所述刚度上升趋势越缓和；设置的所述夹角度数越小，所述凹槽斜侧边长度越短时，所述刚度上升趋势越急剧。
优选的，将所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数设置为2层或2层以上，将所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径设置为0.8mm至2mm。
优选的，将所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数设置为2至5度,将所述凹槽斜边长度设置为18mm至30mm。
优选的，所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的厚度是一致的,所述弹性体橡胶为回转体结构。
优选的，所述内止挡为纯金属件，只提供硬止挡功能，不对刚度起任何作用。
优选的，所述外止挡的中间空腔内部橡胶型面包括用于防止内止挡的运动不被橡胶变形干涉的喇叭状通孔和用于放置内止挡的垂直通孔，所述喇叭状通孔包括直侧边通孔和连接所述直侧边通孔的圆弧侧边通孔。
优选的，所述直侧边通孔的直径大于1.5倍所述圆弧侧边通孔中圆弧的半径，内止挡顶部距离所述金属顶板底边的距离大于所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数乘以所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径的数值,且内止挡顶部距离所述金属顶板底边的距离小于每层的所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的厚度。
本发明还提供一种实现如上所述的方法的止挡，采用内、外止挡组合结构，所述外止挡由金属顶板、弹性体橡胶、用于将所述弹性体橡胶隔开的两层或两层以上的金属隔板和金属底板依次通过硫化制作成，所述内止挡放入外止挡的中间空腔内且其与外止挡通过粘结、过盈压入和螺纹销等任意方式装配到一起，所述每层被金属隔板隔开的弹性体橡胶的纵截面侧部均设置为凹槽结构，所述凹槽结构包括圆弧型凹槽底边，与所述圆弧型凹槽底边相连的对称的两个凹槽斜侧边，与所述凹槽斜侧边相连的对称的两个圆弧过渡段，与所述圆弧过渡段相连的对称的两个凹槽斜顶边；通过设置所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数和所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径来控制刚度拐点位置，通过设置所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数和所述凹槽斜侧边长度来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
本发明的有益效果在于：采用本发明能在实现止挡变刚度特性及硬止挡功能的同时，精确控制刚度拐点位置及控制刚度拐点之后的刚度上升趋势；本发明可根据实际的需求，通过控制止挡刚度拐点位置及控制刚度拐点之后的刚度上升趋势使止挡更好的限制与之相接触物体的位移运动和调整止挡限制与之相接触物体位移运动的能力。
附图说明
图1为实施例1中止挡结构示意图；
图2为实施例1中外止挡结构示意图；
图3为图1中D部分放大结构示意图；
图4为图1中D部分放大结构尺寸示意图；
图5为图1中E部分放大结构示意图；
图6为实施例1中止挡经止挡刚度试验测得的刚度曲线图；
图7为实施例2中止挡经止挡刚度试验测得的刚度曲线图；
图8为实施例3中止挡经止挡刚度试验测得的刚度曲线图；
图9为图6、图7和图8的刚度曲线图总图；
图中：1. 金属顶板，2. 弹性体橡胶，3. 金属隔板，4. 金属底板，5. 内止挡，6. 中间空腔，7. 圆弧型凹槽底边，8. 凹槽斜侧边，9. 圆弧过渡段，10. 凹槽斜顶边，11. 喇叭状通孔，12. 垂直通孔，13. 直侧边通孔，14. 圆弧侧边通孔，15. 圆弧空间。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例1：如图1至图5所示，控制止挡刚度拐点位置及刚度上升趋势的方法，采用内、外止挡组合结构，将金属顶板1、弹性体橡胶2、用于将所述弹性体橡胶2隔开成三层的金属隔板3和金属底板4依次通过硫化制作成外止挡，将内止挡5放入外止挡的中间空腔6内且其与外止挡粘接装配一起，将每层被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的纵截面侧部均设置为凹槽结构，所述凹槽结构包括圆弧型凹槽底边7，与所述圆弧型凹槽底边7相连的对称的两个凹槽斜侧边8，与所述凹槽斜侧边8相连的对称的两个圆弧过渡段9，与所述圆弧过渡段9相连的对称的两个凹槽斜顶边10；通过设置所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的层数N和所述圆弧型凹槽底边7的圆弧直径R来控制刚度拐点位置，通过设置所述凹槽斜侧边8与水平线的夹角度数α和所述凹槽斜侧边8长度L来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
当外止挡变形量等于所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的层数N乘以所述圆弧型凹槽底边7的圆弧直径R的数值时，
即：外止挡变形量=NR时，
所述圆弧型凹槽底边7的圆弧空间15全部填满橡胶，对称的所述两个凹槽斜侧边8的靠近所述圆弧空间15处的橡胶面开始接触，出现所述刚度拐点位置, 因此可通过设置所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的层数N与所述圆弧型凹槽底边7的圆弧直径R的乘积数值控制出现刚度拐点的位置。
当外止挡变形量超过所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的层数N乘以所述圆弧型凹槽底边7的圆弧直径R的数值时，
即：外止挡变形量＞NR时，
对称的所述两个凹槽斜侧边8的橡胶面逐渐贴合，随之，止挡刚度上升，因此可通过设置所述凹槽斜侧边8与水平线的夹角度数α的大小和所述凹槽斜侧边8的长度L来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势，设置的所述夹角度数α越大，所述凹槽斜侧边8长度L越长时，对称的所述两个凹槽斜侧边8的橡胶面贴合的趋势越缓和，随之所述刚度上升趋势越缓和；反之，设置的所述夹角度数α越小，所述凹槽斜侧边8长度L越短时，对称的所述两个凹槽斜侧边8的橡胶面贴合的趋势越急剧，随之所述刚度上升趋势越急剧。
橡胶止挡刚度拐点位置，通常为刚度变大的起始点。在实际设计中，为了通过控制刚度拐点位置使橡胶止挡变刚度（变硬）从而更好的限制与之相接触物体的位移运动，可根据实际需求，来设置不同的N和R快速调节刚度拐点从而获得不同的刚度拐点位置。刚度上升曲线趋势反映了橡胶止挡限制与之相接触物体位移运动的能力，上升趋势越大，刚度急剧增加，与之相接触物体位移运动越难。为了通过控制刚度上升曲线趋势来调整橡胶止挡限制与之相接触物体位移运动的能力，可根据实际需要，来设置不同的α和L从而获得不同的刚度上升趋势。
所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的厚度S是一致的，保证每层橡胶的应力分布是均匀的，不会位移某层橡胶应力过大而提前破坏，影响寿命，所述弹性体橡胶2为回转体结构，可保证圆周方向各处应力是相同的，保证橡胶的寿命。所述内止挡5为纯金属件，只提供硬止挡功能，不对刚度起任何作用，止挡的刚度仅通过外止挡实现，较内外止挡均为橡胶止挡结构而言，减小了一种橡胶高度公差刚度的影响，保证拐点位置更加精确。
所述外止挡的中间空腔6内部橡胶型面包括用于防止内止挡5的运动不被橡胶变形干涉的喇叭状通孔11和用于放置内止挡5的垂直通孔12，所述喇叭状通孔11包括直侧边通孔13和连接所述直侧边通孔13的圆弧侧边通孔14。所述直侧边通孔13的直径D大于1.5倍所述圆弧侧边通孔14中圆弧的半径r，即D＞1.5r，所述D设置为38mm，r设置为12mm,内止挡5顶部距离所述金属顶板1底边的距离H大于所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的层数N乘以所述圆弧型凹槽底边7的圆弧直径R的数值,且内止挡5顶部距离所述金属顶板1底边的距离H小于每层的所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的厚度S,即H＞NR且H＜S，所述H设置为15mm，S设置为19mm。这样设置D、r 、H和S，主要是保证了内止挡5的运动不被橡胶变形干涉，确保其硬止挡功能及止挡的最大变形为H，同时避免了内止挡对刚度的影响，从而降低刚度上升趋势控制的难度。本实施例中，所述N为3层，R为1.5mm，α为2度，L为18mm.。
本发明还提供一种实现如上所述的方法的止挡，采用内、外止挡组合结构，所述外止挡由金属顶板1、弹性体橡胶2、用于将所述弹性体橡胶2隔开成两层的金属隔板3和金属底板4依次通过硫化制作成，所述内止挡5放入外止挡的中间空腔6内且其与外止挡粘接装配一起，所述每层被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的纵截面侧部均设置为凹槽结构，所述凹槽结构包括圆弧型凹槽底边7，与所述圆弧型凹槽底边7相连的对称的两个凹槽斜侧边8，与所述凹槽斜侧边8相连的对称的两个圆弧过渡段9，与所述圆弧过渡段9相连的对称的两个凹槽斜顶边10；通过设置所述被金属隔板3隔开的弹性体橡胶2的层数N和所述圆弧型凹槽底边7的圆弧直径R来控制刚度拐点位置，通过设置所述凹槽斜侧边8与水平线的夹角度数α和所述凹槽斜侧边8长度L来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
图6为本实施例中的止挡经止挡刚度试验测得的刚度曲线2。
实施例2：与实施1相比，不同之处仅在于：本实施例中，所述N为2层，R为2mm，α为3.8度，L为19mm；所述D设置为40mm，r设置为15mm, 所述H设置为15mm，S设置为30mm。
图7为本实施例中的止挡经止挡刚度试验测得的刚度曲线1。
实施例3: 与实施1相比，不同之处仅在于：本实施例中，所述N为4层，R为0.8mm，α为5度，L为30mm.；所述D设置为28mm，r设置为6mm, 所述H设置为12mm，S设置为14mm。
图8为本实施例中的止挡经止挡刚度试验测得的刚度曲线3。
通过图6可看出，在该曲线中刚度拐点位置B出现在4.5mm处，即外止挡变形量=NR=3×1.5=4.5mm时，出现刚度拐点的位置。本实施例通过设置N为3层，R为1.5mm时的止挡，将出现刚度拐点的位置控制在4.5mm处。
通过图7可看出，在该曲线中刚度拐点位置A出现在4mm处，即外止挡变形量=NR=2×2=4mm时，出现刚度拐点的位置。本实施例通过设置N为2层，R为2mm时的止挡，将出现刚度拐点的位置控制在4mm处。
通过图8可看出，在该曲线中刚度拐点位置C出现在3.2mm处，即外止挡变形量=NR=4×0.8=3.2mm时，出现刚度拐点的位置。本实施例通过设置N为4层，R为0.8mm时的止挡，将出现刚度拐点的位置控制在3.2mm处。
通过图9可看出，其中3条曲线的上升趋势为：曲线2＞曲线1＞曲线3，3条曲线对应的止挡的α夹角度数和L长度如下表所示：
| 曲线 | L(mm) | α(度) |
| 曲线2 | 18 | 2 |
| 曲线1 | 19 | 3.8 |
| 曲线3 | 30 | 5 |
从以上数据，可知当设置的所述夹角度数α越大，所述凹槽斜侧边8长度L越长时，对称的所述两个凹槽斜侧边8的橡胶面贴合的趋势越缓和，随之所述刚度上升趋势越缓和；反之，设置的所述夹角度数α越小，所述凹槽斜侧边8长度L越短时，对称的所述两个凹槽斜侧边8的橡胶面贴合的趋势越急剧，随之所述刚度上升趋势越急剧。因此可通过设置所述凹槽斜侧边8与水平线的夹角度数α的大小和所述凹槽斜侧边8的长度L来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
综上所述，采用本发明能在实现止挡变刚度特性及硬止挡功能的同时，精确控制刚度拐点位置及控制刚度拐点之后的刚度上升趋势；本发明可根据实际的需求，通过控制止挡刚度拐点位置及控制刚度拐点之后的刚度上升趋势使止挡更好的限制与之相接触物体的位移运动和调整止挡限制与之相接触物体位移运动的能力。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。
Claims (10)
1.控制止挡刚度拐点位置及刚度上升趋势的方法，采用内、外止挡组合结构，将金属顶板、弹性体橡胶、用于将所述弹性体橡胶隔开的两层或两层以上的金属隔板和金属底板依次通过硫化制作成外止挡，将内止挡放入外止挡的中间空腔内且其与外止挡通过粘结、过盈压入或螺纹销方式装配到一起，其特征在于：将每层被金属隔板隔开的弹性体橡胶的纵截面侧部均设置为凹槽结构，所述凹槽结构包括圆弧型凹槽底边，与所述圆弧型凹槽底边相连的对称的两个凹槽斜侧边，与所述凹槽斜侧边相连的对称的两个圆弧过渡段，与所述圆弧过渡段相连的对称的两个凹槽斜顶边；通过设置所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数和所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径来控制刚度拐点位置，通过设置所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数和所述凹槽斜侧边长度来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过设置所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数与所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径的乘积数值来控制刚度拐点位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过设置所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数的大小和所述凹槽斜侧边的长度来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势，设置的所述夹角度数越大，所述凹槽斜侧边长度越长时，所述刚度上升趋势越缓和；设置的所述夹角度数越小，所述凹槽斜侧边长度越短时，所述刚度上升趋势越急剧。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：将所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数设置为2层或2层以上，将所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径设置为0.8mm至2mm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数设置为2至5度,将所述凹槽斜边长度设置为18mm至30mm。
6.根据权利要求1﹑2﹑3﹑4或5所述的方法，其特征在于：所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的厚度是一致的,所述弹性体橡胶为回转体结构。
7. 根据权利要求1﹑2﹑3﹑4或5所述的方法，其特征在于：所述内止挡为纯金属件，只提供硬止挡功能，不对刚度起任何作用。
8.根据权利要求1﹑2﹑3﹑4或5所述的方法，其特征在于：所述外止挡的中间空腔内部橡胶型面包括用于防止内止挡的运动不被橡胶变形干涉的喇叭状通孔和用于放置内止挡的垂直通孔，所述喇叭状通孔包括直侧边通孔和连接所述直侧边通孔的圆弧侧边通孔。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述直侧边通孔的直径大于1.5倍所述圆弧侧边通孔中圆弧的半径，内止挡顶部距离所述金属顶板底边的距离大于所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数乘以所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径的数值,且内止挡顶部距离所述金属顶板底边的距离小于每层的所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的厚度。
10.一种实现根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的方法的止挡，采用内、外止挡组合结构，所述外止挡由金属顶板、弹性体橡胶、用于将所述弹性体橡胶隔开的两层或两层以上的金属隔板和金属底板依次通过硫化制作成，所述内止挡放入外止挡的中间空腔内且其与外止挡通过粘结、过盈压入或螺纹销方式装配到一起，所述每层被金属隔板隔开的弹性体橡胶的纵截面侧部均设置为凹槽结构，所述凹槽结构包括圆弧型凹槽底边，与所述圆弧型凹槽底边相连的对称的两个凹槽斜侧边，与所述凹槽斜侧边相连的对称的两个圆弧过渡段，与所述圆弧过渡段相连的对称的两个凹槽斜顶边；通过设置所述被金属隔板隔开的弹性体橡胶的层数和所述圆弧型凹槽底边的圆弧直径来控制刚度拐点位置，通过设置所述凹槽斜侧边与水平线的夹角度数和所述凹槽斜侧边长度来控制刚度拐点之后的刚度上升趋势。
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