CN103883612B - 一种大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节 - Google Patents

Abstract

本发明一种大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，是一种橡胶金属复合的柔性连接减噪元件，包括金属外套、金属隔套、弹性橡胶体和金属芯轴，金属外套、金属隔套和金属芯轴通过弹性橡胶体硫化成为大曲率球面整体，弹性橡胶体在硫化过程中被金属隔套分为多层，且被分成多瓣，金属外套、金属隔套和弹性橡胶体的分瓣割缝位置保持一致，该橡胶金属关节耐久性能好，具有较大的径向和轴向刚度，较小的偏转和扭转刚度，可广泛运用于轨道车辆的悬架领域。

Description

一种大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节

技术领域

橡胶金属关节是一种橡胶金属复合的柔性连接减噪元件，运用于轨道车辆的悬架领域。

背景技术

橡胶金属关节是轨道车辆抗侧滚扭杆系统用连杆关节，橡胶金属关节是位于连杆与车体或连杆与扭杆之间的连接部件，主要传递车体与扭杆之间的相互作用力，并使连杆能自由转动以适应车体的各向运动。应用原理为：当车体倾摆时，该橡胶金属关节承受较大的径向载荷，同时又会附加较大的轴向载荷以及偏转和扭转角度。现有抗侧滚扭杆系统用连杆关节虽然采用了多层结构，但是该结构未分瓣同时没有采用大曲率球面。该结构能满足径向承载能力的要求，缺点是偏、扭转刚度较大，轴向刚度较小，当车体倾摆时，因无法适用较大的偏、扭转角度的转动和轴向作用力而使弹性橡胶体破坏，既影响乘车舒适性，又影响乘车安全性。如何解决例如抗侧滚扭杆系统用连杆关节存在的动力学性能和耐久性能差的问题，就需要发明一种耐久性能好的结构，既可以提供较大的径向和轴向刚度，又具有较小的偏转和扭转刚度的橡胶金属关节。这样既具有较好的动力学性能，又有良好的承载特性。提供更好的乘车舒适性，又具有较好的各向承载能力，满足乘车安全性要求。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种耐久性能良好的结构，具有较大的径向和轴向刚度，又具有较小的偏转和扭转刚度的橡胶金属关节，解决目前橡胶金属关节存在的刚度匹配问题。

根据本发明的目的，所采用的技术方案为：

一种大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，包括金属外套、金属隔套、弹性橡胶体和金属芯轴，金属外套、金属隔套和金属芯轴通过弹性橡胶体硫化成为整体，金属外套、金属隔套和金属芯轴与弹性橡胶体的粘合面为大曲率球面，弹性橡胶体在硫化过程中被金属隔套分为多层，且被分成多瓣；金属外套、金属隔套和弹性橡胶体的分瓣割缝位置保持一致。

进一步，金属外套、金属隔套在硫化过程中要相对金属芯轴的圆心有一定的偏心量。

每层弹性橡胶体的厚度采用等应变原理进行设计，橡胶层厚度可以根据等应变的结构进行调整，靠近芯轴的橡胶层较靠近外套的橡胶层厚。

金属外套、金属隔套和金属芯轴与弹性橡胶体的粘合面皆为大曲率球面，曲率程度的大小以实际球面在偏转方向的球面面积所对应弧度的大小来衡量。球面面积弧度越大，曲率越大。本发明的大曲率球面的球面面积弧度在π/3～π的范围内。

弹性橡胶体在硫化过程中被金属隔套分为多层，层数≥2层，根据金属隔套的层数进行确定，且ΦDi 为与橡胶层的内径面粘合的金属的最大外径，ΦDi+1 为与橡胶层的外径面粘合的金属的最小内径，ΦDi＞ΦDi+1。

金属外套、金属隔套和弹性橡胶体被分为多瓣，分瓣数≥3瓣。

本发明的优点在于：

1、金属外套、金属隔套和金属芯轴与弹性橡胶体的粘合面均为大曲率球面，使得该橡胶金属关节的偏转和扭转刚度都比较小。

2、采用多层分瓣式结构，在不影响装模的情况下，能使ΦDi＞ΦDi+1，使轴向刚度主要由橡胶的拉伸和压缩变形提供，在保证径向刚度的前提下，极大地提高了轴向刚度。

3、弹性橡胶体被金属隔套分隔为多层，在保证径向刚度不变的情况下，可以增加橡胶层的总厚度，降低橡胶的各向应变，极大地提高了结构的耐久性能，同时多层结构也进一步降低了偏转和扭转刚度。

4、金属外套、金属隔套、弹性橡胶体为分瓣式，能进一步减小结构的偏转和扭转刚度，提高结构的偏转和扭转的能力。并能在橡胶承载时，消除大部分拉伸应力，极大地提高了耐久性能。

5、金属外套、金属隔套相对于金属芯轴的圆心有一定的偏心量，使该橡胶金属关节在安装过程中实现弹性橡胶体的预压缩，同时可以借此调整结构的径向和轴向刚度的大小，并弥补橡胶蠕变的影响。

6、橡胶层采用等应变设计，保证了每层橡胶的可靠性。

本发明为大曲率球面多层分瓣式结构，由于采用分瓣式结构，在不影响装模的情况下，能使ΦDi＞ΦDi+1，促使轴向刚度主要由橡胶的拉伸和压缩变形提供，在径向刚度一定的情况下，大大地提高了轴向刚度，在轴向刚度一定的情况下，径轴刚度比可以接近10:3。在保证径向承载能力的同时，极大地提高了轴向承载能力。由于采用多层式结构，在满足径向刚度和轴向刚度的前提下，橡胶层得到加厚，这极大地提高了耐久性能，同时偏转刚度和扭转刚度也得到降低。大曲率球面多层分瓣式结构能极大地降低偏转、扭转刚度，在满足以上径向轴刚度比的前提下，径偏刚度比和径扭刚度比都可以接近10：3，其中偏转刚度和扭转刚度以Nm/°为单位。

附图说明

图1为本发明的结构外观示意图。

图2为本发明的结构左视图。

图3、图4为本发明轴心剖面图

图中：1——金属外套，2——金属隔套，3——弹性橡胶体，4——金属芯轴。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例：

附图2和3给出了本发明的一个具体实施例。通过附图可以看出，本发明涉及一种大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，包括金属外套1、金属隔套2、弹性橡胶体3和金属芯轴4；金属外套1、金属隔套2和金属芯轴4与弹性橡胶体的粘合面为大曲率球面，金属外套1球面弧度为π/3，金属隔套2球面弧度为π/2，金属芯轴4的球面弧度为2π/3；金属外套1和金属隔套2在硫化前被分为三瓣；弹性橡胶体3和金属外套1、金属隔套2和金属芯轴4通过整体硫化成为一体，在这个过程中，弹性橡胶体被金属隔套2分隔为2层；金属外套1和金属隔套2相对金属芯轴4的圆心皆具有一定的偏心量，弹性橡胶体3也被分成三瓣；金属外套1、金属隔套2和弹性橡胶体3的割缝位置保持一致；靠近金属外套1和靠近金属芯轴4的橡胶层的厚度采用等应变原理进行设计；

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，包括金属外套（1）、金属隔套（2）、弹性橡胶体（3）和金属芯轴（4），金属外套（1）、金属隔套（2）和金属芯轴（4）通过弹性橡胶体（3）硫化成为整体，其特征在于：金属外套（1）、金属隔套（2）和金属芯轴（4）与弹性橡胶体（3）的粘合面为大曲率球面，弹性橡胶体（3）在硫化过程中被金属隔套（2）分为多层，且被分成多瓣；金属外套（1）、金属隔套（2）和弹性橡胶体（3）的分瓣割缝位置保持一致，所述金属外套（1）、金属隔套（2）相对所述金属芯轴（4）的圆心有偏心量。

2.根据权利要求1所述的大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，其特征在于：靠近金属芯轴的橡胶层较靠近外套的橡胶层厚。

3.根据权利要求1所述的大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，其特征在于：所述金属外套（1）、金属隔套（2）和金属芯轴（4）与弹性橡胶体（3）的粘合面皆为大曲率球面，大曲率球面在偏转方向的实际球面面积弧度在π/3～π的范围内。

4.根据权利要求1所述的大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，其特征在于：弹性橡胶体（3）在硫化过程中被金属隔套分为多层，层数≥2层。

5.根据权利要求1所述的大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，其特征在于：ΦDi 为与弹性橡胶体（3）任一层的内径面粘合金属的最大外径，ΦDi+1 为与弹性橡胶体（3）该层的外径面粘合金属的最小内径，ΦDi＞ΦDi+1。

6.根据权利要求1所述的大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节，其特征在于：金属外套（1）、金属隔套（2）和弹性橡胶体（3）被分为多瓣，分瓣数≥3瓣。