CN103703269A

CN103703269A - 空气弹簧

Info

Publication number: CN103703269A
Application number: CN201380002194.2A
Authority: CN
Inventors: 浦康彦; 原口浩一; 泽隆之; 吉田淳
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: US9759282B2; JP6149732B2; US20150219177A1; WO2014020942A1; JPWO2014020942A1; CN103703269B

Abstract

本发明公开一种空气弹簧（1），包括：顶板（10）；底板（20），其设置成在主承载方向上与顶板（10）隔开；以及隔膜（50），其由可弹性变形的橡胶制成并且将顶板（10）和底板（20）连接起来，以在顶板（10）和底板（20）之间形成封闭的空间。设置在顶板（10）和底板（20）中并与隔膜（50）相连的连接部的构成材料的弹性模量大于构成隔膜（50）的橡胶的弹性模量并且小于铝的弹性模量。

Description

空气弹簧

技术领域

本发明涉及空气弹簧，更具体地，涉及能够防止空气从隔膜泄漏的空气弹簧。

背景技术

在有轨车辆中，在车体与台车之间设置空气弹簧，以减少移动过程中施加在车体上的冲击和振动。空气弹簧通常包括：顶板，其与车体相连；底板，其设置在台车上；以及橡胶隔膜，其设置成将顶板和底板彼此连接起来。隔膜能够通过弹性变形来减少车辆移动过程中的冲击和振动。作为例如顶板和底板等部件的构成材料，从确保部件的耐磨性和强度的角度来看，一般采用例如铝或铁等金属（例如，参见日本专利公报No.2009-138905（PTD1））。

<引用文献列表>

专利文献

PTD1：日本专利公报No.2009-138905

发明内容

<技术问题>

在采用例如铝或铁等金属作为顶板和底板的构成材料的情况下，该构成材料的弹性模量与构成隔膜的橡胶的弹性模量之间的差异极大（铝：大约70GPa，铁：大约200GPa，橡胶：大约0.1GPa）。因此，例如，在隔膜变形极大的情况下，由于弹性模量的差异，顶板与隔膜之间的接触部或者底板与隔膜之间的接触部中容易形成间隙，并因此产生空气从隔膜泄漏的问题。

鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的目的是提供一种能够防止空气从隔膜泄漏的空气弹簧。

<技术方案>

根据本发明的空气弹簧包括：第一支撑部件；第二支撑部件，其设置成在主承载方向上与所述第一支撑部件隔开；以及隔膜，其由可弹性变形的橡胶制成并且将所述第一支撑部件和所述第二支撑部件连接起来，以在所述第一支撑部件和所述第二支撑部件之间形成封闭的空间。在所述第一支撑部件和所述第二支撑部件中的至少一个部件中，构成与所述隔膜相连的连接部的材料的弹性模量大于构成所述隔膜的所述橡胶的弹性模量并且小于铝的弹性模量。

根据本发明的空气弹簧，在所述第一支撑部件和/或第二支撑部件中，构成与所述隔膜相连的所述连接部的材料具有上述弹性模量。因此，与连接部由铁或铝构成的情况相比，构成连接部的材料与构成隔膜的橡胶之间的弹性模量的差异更小。因此，能够防止由于弹性模量的差异而在所述第一支撑部件与所述隔膜之间的连接部和/或在所述第二支撑部件与所述隔膜之间的连接部中形成间隙。因此，根据本发明的空气弹簧，能够防止空气从隔膜泄漏。

在所述空气弹簧中，在所述至少一个部件中，可接受的是，构成所述连接部的材料的弹性模量不小于1GPa且不大于40GPa。

因此，能够更有效地防止在所述第一支撑部件与所述隔膜之间的连接部和/或在所述第二支撑部件与所述隔膜之间的连接部中形成间隙，因而能够更有效地防止空气从隔膜泄漏。

在所述空气弹簧中，可接受的是，所述连接部由FRP制成。因此，能使空气弹簧更轻。

在所述空气弹簧中，可接受的是，构成所述连接部的FRP通过压制成型法形成。因此，能够进一步提高第一支撑部件和/或第二支撑部件（其中包括所述连接部）的可加工性。

在所述空气弹簧中，可接受的是，所述至少一个部件包括轻量化部和所述连接部，所述轻量化部的每单位体积质量小于所述连接部的每单位体积质量。因此，能使空气弹簧更轻。

在所述空气弹簧中，可接受的是，所述轻量化部由蜂窝状结构制成。此外，可接受的是，所述轻量化部由泡沫材料制成。另外，可接受的是，所述轻量化部由除FRP之外的工程塑料制成。因此，容易使空气弹簧更轻。

在所述空气弹簧中，可接受的是，所述连接部由除CFRP之外的FRP制成，并且所述轻量化部由CFRP制成。因此，能使空气弹簧更轻。

在所述空气弹簧中，可接受的是，所述至少一个部件包括增强部和所述连接部，所述增强部由弹性模量比所述连接部的弹性模量大的材料制成。因此，能够进一步提高空气弹簧的强度，同时防止空气从隔膜泄漏。

在所述空气弹簧中，在所述第一支撑部件的面向所述第二支撑部件的表面和所述第二支撑部件的面向所述第一支撑部件的表面之中的至少一个表面上，可以设置有由金属制成的部件。因此，当空气弹簧塌缩时或快速移动的过程中，在第一支撑部件和第二支撑部件彼此接触的情况下，能够进一步提高第一支撑部件和/或第二支撑部件的耐磨性。此外，能够提高第一支撑部件和/或第二支撑部件的强度。“塌缩”的意思是：空气从空气弹簧的隔膜中排出，同时空气弹簧处于爆裂状态。

在所述空气弹簧中，在所述第一支撑部件的面向所述第二支撑部件的表面和所述第二支撑部件的面向所述第一支撑部件的表面之中的至少一个表面上，可以设置有由树脂制成的部件。因此，当空气弹簧塌缩时，在第一支撑部件和第二支撑部件彼此接触的情况下，能够进一步改善第一支撑部件与第二支撑部件之间的滑动特性。

<本发明的有益效果>

根据以上描述，显而易见的是，本发明可以提供一种能够防止空气从隔膜泄漏的空气弹簧。

附图说明

图1是示出空气弹簧的结构的示意图；

图2是示出底板的结构的示意性俯视图；

图3是示出底板的结构的示意性剖视图；

图4是示出另一种底板的结构的示意性剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。应该注意的是，在以下附图中，将用相同的附图标记表示相同或相应的部分，并且不进行重复的描述。

首先，将描述根据本发明实施例的空气弹簧的结构。参考图1，本实施例的空气弹簧1主要包括：用作第一支撑部件的顶板10、用作第二支撑部件的底板20、下橡胶板30、层合橡胶层40以及隔膜50。

在包含顶板10的中心轴线并朝底板20的相反侧突出的区域中，形成有车体侧接口（spigot）11。在车体侧接口11的外周周围固定有O形环12。顶板10以车体侧接口11为媒介与车体（未示出）相连。

当从顶板10看去时，底板20在主承载方向上隔开地设置。底板20的面向顶板10的表面20a设置有滑动部件21，滑动部件21由例如金属或树脂制成。滑动部件21可以设置在顶板10的面向底板20的表面10a和底板20的面向顶板20的表面20a中的至少一个表面上，或者可以设置在表面10a上，或者可以分别设置在表面10a和表面20a两者上。

隔膜50由可弹性变形的橡胶制成并且将顶板10和底板20连接起来，以在顶板10和底板20之间形成封闭的空间。更具体地说，隔膜50的两端分别被支撑在顶板10和底板20上。因此，隔膜50、顶板10和底板20形成封闭的空间。

在顶板10和底板20中的至少一个部件中，构成与隔膜50相连的连接部的材料的弹性模量大于构成隔膜50的橡胶的弹性模量并且小于铝的弹性模量。更具体地说，构成连接部的材料的弹性模量不小于1GPa且不大于40GPa，并且连接部由弹性模量大约为10GPa的FRP（纤维增强塑料，Fiber Reinforced Plastics）制成。根据例如SMC（片状模塑料，Sheet Molding Compound）法或BMC（团状模塑料，Bulk Molding Compound）法形成构成连接部的FRP。在本实施例中，设置在顶板10和底板20上并与隔膜50相连的连接部由FRP制成。更具体地说，关于顶板10，包括连接部在内的顶板10的所有部分均由FRP制成；关于底板20，用作连接部的主体22由FRP制成。应该注意的是，设置在顶板10和底板20中并与隔膜50相连的连接部不限于本实施例中所述的FRP；在顶板10和底板20中的至少一个部件中，与隔膜50相连的连接部可以由FRP制成。另外，在顶板10和底板20中，除了与隔膜50相连的连接部由FRP制成的那个部件之外的另一个部件可以由例如铁或铝等金属。作为设置在顶板10和底板20中并与隔膜相连的连接部的构成材料，从使得部件更轻的角度来看，优选地采用FRP；从提高部件的强度的角度来看，优选地采用例如铁或铝等金属。

下面参考图2和图3来详细描述底板20的结构。在图3中，图3中由虚线表示的中心线右边的示意图部分地示出沿着图2中的线段III-III截取的底板20的剖面，中心线左边的示意图部分地示出沿着图2中的线III’-III’截取的底板20的剖面。底板20包括由FRP制成的主体22以及轻量化部23。为了使底板20更轻，主体22是局部空心的；出于加强的目的，用与FRP不同的材料填充空心部分，从而形成轻量化部23，因此轻量化部的每单位体积质量小于主体22的每单位体积质量。轻量化部23由例如以下材料制成：蜂窝材料，例如芳香族聚酰胺蜂窝材料或纸质蜂窝材料；泡沫材料，例如塑料泡沫或碳泡沫；或者工程塑料。在底板20中，主体22可以由除CFRP（碳纤维增强塑料，Carbon Fiber Reinforced Plastics）之外的FRP制成，轻量化部23可以由CFRP制成。此外，顶板10和底板20中的至少一个部件可以包括主体22和轻量化部23，例如，顶板10可以包括主体22和轻量化部23，或者顶板10和底板20可以都包括主体22和轻量化部23。此外，底板20可以不包括轻量化部23，但具有将主体22局部地去除（空心化）的结构以使底板20更轻。

参考图1，当从底板20看去时，在与顶板10相反的一侧设置有层合橡胶层40。层合橡胶层40包括：多个硬质层41，其由金属等制成；以及弹性层42，其在主承载方向上交替地层叠。由于层合橡胶层40包括多个弹性层42，所以是可弹性变形的。层合橡胶层40的中心部分形成空心部。

当从底板20看去时，在与顶板10相反的一侧，下橡胶板30设置成与层合橡胶层40接触。在包含下橡胶板30的中心轴线并朝与层合橡胶层40相反的一侧突出的区域中形成有台车侧接口31。换句话说，用作突出的小直径部件（其中包含下橡胶板30的中心轴线）的台车侧接口31固定在下橡胶板30上。在台车侧接口31的外周周围固定有O形环32。下橡胶板30以台车侧接口31为媒介与台车（未示出）相连。空气弹簧1利用下橡胶板30的支撑面30a将车体（未示出）支撑在台车（未示出）上。从提高部件的强度的角度来看，优选的是利用例如铁或铝等金属来制成下橡胶板30；从使得部件更轻的角度来看，优选的是利用例如FRP等来制成下橡胶板30。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，设置在顶板10和底板20中并与隔膜50相连的连接部的构成材料的弹性模量大于构成隔膜50的橡胶的弹性模量并且小于铝的弹性模量。因此，与连接部由铁或铝制成的情况相比，构成连接部的材料的弹性模量与构成隔膜50的橡胶的弹性模量之间的差异更小。因此，能够防止顶板10与隔膜50之间的连接部以及底板20与隔膜50之间的连接部中由于弹性模量的差异而形成间隙。因此，根据本实施例的空气弹簧1能够防止空气从隔膜50泄漏。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，可接受的是，设置在顶板10和底板20中并与隔膜50相连的连接部的构成材料的弹性模量不小于1GPa且不大于40GPa。因此，能够更有效地防止顶板10与隔膜50之间的连接部以及底板20与隔膜50之间的连接部中形成间隙。因此，能够更有效地防止空气从隔膜50泄漏。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，可接受的是，设置在顶板10和底板20中并与隔膜50相连的连接部由FRP制成。为了加快车辆的速度并节约能源，需要使空气弹簧中的部件更轻，因此需要采用轻量化材料作为顶板10和底板20的构成材料。作为构成材料，例如，可以采用比重比铝或铁的比重小的镁；然而，由于镁的可加工性较差，所以产生使部件的制造成本增加的问题。相反地，在本实施例的空气弹簧1中，采用FRP作为用于形成与隔膜50相连的连接部的材料，FRP的比重与镁的比重相等，但可加工性更为优良；因此，能够在不使部件的可加工性劣化的情况下使空气弹簧更轻。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，构成设置在顶板10和底板20中并与隔膜50相连的连接部的FRP可以根据SMC法或BMC法形成，但不限于这些方法。换句话说，在本实施例的空气弹簧1中，构成设置在顶板10和底板20中以与隔膜50相连的连接部的FRP可以根据压制成型法形成。因此，能够进一步提高顶板10和底板20（其中包括连接部）的可加工性。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，底板20可以包括：主体22，其由FRP制成并用作与隔膜50相连的连接部；轻量化部23，其每单位体积质量小于主体22的每单位体积质量。因此，能使空气弹簧更轻。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，底板20的轻量化部23可以由芳香族聚酰胺蜂窝材料或纸质蜂窝材料制成，但不限于这些材料，换句话说，在本实施例的空气弹簧1中，只需要底板20的轻量化部23由蜂窝状结构制成。轻量化部23还可以由塑料泡沫或碳泡沫制成，但不限于这些材料，换句话说，在本实施例的空气弹簧1中，只需要轻量化部23由泡沫材料制成。此外，轻量化部23可以由工程塑料制成。通过采用这种材料作为轻量化部23的构成材料，容易使空气弹簧更轻。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，底板20的主体22可以由除CFRP之外的FRP制成，而轻量化部23可以由CFRP制成。因此，能使空气弹簧更轻。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，可以在底板20的面向顶板10的表面20a上设置由金属制成的滑动部件21。因此，当空气弹簧塌缩时，在顶板10和底板20彼此接触的情况下，能够进一步提高底板20的耐磨性。此外，能够进一步提高底板20的强度。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，可以在底板20的面向顶板10的表面20a上设置由树脂制成的滑动部件21。因此，当空气弹簧塌缩时，在顶板10和底板20彼此接触的情况下，能够进一步提高顶板10与底板20之间的滑动特性。

如上所述，在本实施例的空气弹簧1中，底板20可以具有包括主体22和轻量化部23的结构（参见图3），但不限于该结构。参考图4，底板20A（第二支撑部件）可以包括：主体24，其用作连接部；以及增强部25，其由弹性模量比主体24的弹性模量大的材料制成。与底板20的情况类似，主体24由FRP制成并且增强部25由例如铁或铝等金属材料制成。主体24和增强部25都构造成具有盘状形状（增强部25的直径较大），主体24设置在增强部25上从而共享同一中心轴线。因此，用作与隔膜相连的连接部的主体24可以由FRP制成，以防止空气从隔膜泄漏；此外，通过用例如铁或铝等金属材料形成增强部25，能够进一步提高底板20A的强度。

增强部25可以由例如铁或铝等单种金属制成，但不限于此。例如，可以通过将例如铁或铝等金属嵌入FRP中而形成增强部25。此外，例如，可以通过将由铁或铝制成的薄金属板（未示出）设置在FRP的表面（顶面或底面，或者顶面和底面两者）上而形成增强部25。在这种情况下，金属板用于将增强部25的FRP部分与主体24连接起来。

底板20A不限于将主体24设置在增强部25上的结构，并且可以具有例如以下结构：由FRP制成的主体具有包含空心部分的圆盘状形状，由金属材料制成的增强部设置在空心部分中。

应该理解的是，这里所公开的实施例是出于示例和描述的目的而呈现的，但就所有方面而言不是限制性的。本发明的范围不应由以上描述来限定，而应由权利要求书来限定，并且涵盖与权利要求书的含义及范围等同的所有变型例。

<工业实用性>

本发明的空气弹簧有利地应用于特别需要防止空气从隔膜泄漏的空气弹簧。

<附图标记列表>

1：空气弹簧；10：顶板；10a、20a：表面；

11：车体侧接口；12、32：O形环；20、20A：底板；

21：滑动部件；22、24：主体；23：轻量化部；

25：增强部；30：下橡胶板；30a：支撑面；

31：台车侧接口；40：层合橡胶层；41：硬质层；

42：弹性层；50：隔膜。

Claims

1.一种空气弹簧，包括：

第一支撑部件；

第二支撑部件，其设置成在主承载方向上与所述第一支撑部件隔开；以及

隔膜，其由可弹性变形的橡胶制成并且将所述第一支撑部件和所述第二支撑部件连接起来，以在所述第一支撑部件和所述第二支撑部件之间形成封闭的空间，

在所述第一支撑部件和所述第二支撑部件中的至少一个部件中，构成与所述隔膜相连的连接部的材料的弹性模量大于构成所述隔膜的所述橡胶的弹性模量并且小于铝的弹性模量。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧，其中，

在所述至少一个部件中，构成所述连接部的材料的弹性模量不小于1GPa且不大于40GPa。

3.根据权利要求2所述的空气弹簧，其中，

所述连接部由FRP制成。

4.根据权利要求3所述的空气弹簧，其中，

构成所述连接部的FRP通过压制成型法形成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的空气弹簧，其中，

所述至少一个部件包括轻量化部和所述连接部，所述轻量化部的每单位体积质量小于所述连接部的每单位体积质量。

6.根据权利要求5所述的空气弹簧，其中，

所述轻量化部由蜂窝状结构制成。

7.根据权利要求5所述的空气弹簧，其中，

所述轻量化部由泡沫材料制成。

8.根据权利要求5所述的空气弹簧，其中，

所述轻量化部由工程塑料制成。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的空气弹簧，其中，

所述连接部由除CFRP之外的FRP制成，并且

所述轻量化部由CFRP制成。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的空气弹簧，其中，

所述至少一个部件包括增强部和所述连接部，所述增强部由弹性模量比所述连接部的弹性模量大的材料制成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的空气弹簧，其中，

在所述第一支撑部件的而向所述第二支撑部件的表面和所述第二支撑部件的面向所述第一支撑部件的表面之中的至少一个表面上，设置有由金属制成的部件。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的空气弹簧，其中，

在所述第一支撑部件的面向所述第二支撑部件的表面和所述第二支撑部件的面向所述第一支撑部件的表面之中的至少一个表面上，设置有由树脂制成的部件。