CN105156530A - 中凹形叠层橡胶弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中凹形叠层橡胶弹簧，包括硫化为一体的上衬板、下衬板、橡胶层和隔板，橡胶层和隔板位于上衬板和下衬板之间，橡胶弹簧至少包括2层隔板和3层橡胶层，且橡胶层与隔板相间分布，橡胶层与隔板共同组成橡胶弹簧的主体结构，主体结构整体为轴对称且上下对称的中凹形叠层结构，在中部对称面分别至上衬板和下衬板方向，橡胶层的厚度和半径逐层增大，隔板与橡胶层有效接触面的半径随橡胶层半径逐层增大；每层橡胶层采用自上而下半径均匀过渡的内陷类截锥形状；每层橡胶层的侧面采用向橡胶层内部凹陷的内陷弧曲面结构。该主体结构保证各橡胶层在压剪复合变形时最大应力分布小且分布均匀，避免局域应力集中，提高橡胶弹簧产品的抗疲劳寿命。

Description

中凹形叠层橡胶弹簧

技术领域

本发明涉及一种车辆用减振部件，具体的说，涉及一种中凹形叠层橡胶弹簧。

背景技术

叠层橡胶弹簧是一种广泛应用在轨道车辆二系悬挂及减振支座等领域的减振部件，在机车车辆、快速货车等转向架二系悬挂上应用尤为常见，具有可靠性高、检修成本低、承载能力大且剪切刚度小的优点。轨道车辆提速后，其转向架二系悬挂要求叠层橡胶弹簧应具备更小的水平剪切刚度和较小且均匀的橡胶应力，并要求橡胶弹簧具备更大的压缩剪切变形能力。

现有叠层橡胶弹簧通常是由上衬板、下衬板、中间隔板和橡胶层硫化而成。中间隔板和橡胶层即弹簧的主体结构为轴对称等半径的圆形、球形或圆环形平板叠层结构，或为非轴对称的矩形和椭圆形平板叠层结构。(1)主体为轴对称等半径的平板叠层结构，可保证水平方向相同的剪切刚度，金属件和模具的加工相对简单，但橡胶弹簧在承受较大的压缩复合剪切变形工况时，主体为轴对称等半径的平板叠层结构的剪切大变形能力较差，导致橡胶层局部应力不均匀，影响产品寿命；

(2)主体为非轴对称的平板叠层结构，其结构组成较为灵活，可满足特定空间内安装问题，但其金属件和模具的加工相对复杂，而且不能保证水平方向相同的剪切刚度。

中国专利号CN201020241544公开一种球面叠层橡胶弹簧，包括上端板、下端板，在上端板与下端板之间设有由隔板和橡胶层组合形成的橡胶金属弹性体，橡胶层采用上下对称结构，隔片以对称轴为中心上下相向呈球面布置，上端板与下端板与橡胶接触面也为球面，在端板处与橡胶接合面的球面曲率最大；在对称面处的曲率最小。该橡胶弹簧可在同样的垂向刚度下，降低剪切刚度，提高产品的疲劳性能。

上述球面叠层橡胶弹簧的隔片以对称轴为中心上下相向呈球面布置，上下隔片均向中部隔片凹陷，当该橡胶弹簧在承受较大垂向力时，易导致隔片凹陷部位局部应力集中，无法在较大压缩剪切复合变形时，得到均匀的橡胶应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种中凹形叠层橡胶弹簧，具备较小的水平剪切刚度、较小且均匀的橡胶应力，且具备更优异的压缩剪切大变形能力。

本发明的技术方案是：中凹形叠层橡胶弹簧，包括硫化为一体的上衬板、下衬板、橡胶层和隔板，橡胶层和隔板位于上衬板和下衬板之间，隔板采用金属圆平板结构，橡胶弹簧至少包括2层隔板和3层橡胶层，且橡胶层与隔板相间分布，橡胶层与隔板共同组成橡胶弹簧的主体结构，所述主体结构整体为轴对称且上下对称的中凹形叠层结构，在中部对称面分别至上衬板和下衬板方向，橡胶层的厚度和半径逐层增大，隔板与橡胶层有效接触面的半径随橡胶层半径逐层增大；每层橡胶层采用自上而下半径均匀过渡的内陷类截锥形状；每层橡胶层的侧面采用向橡胶层内部凹陷的内陷弧曲面结构。该主体结构可保证各橡胶层在压剪复合变形时最大应力分布小且分布均匀，避免局域应力集中，提高橡胶弹簧产品的抗疲劳寿命。

优选的是，所述隔板的层数为奇数层，橡胶层的层数为偶数层；橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间隔板，与中间隔板上下表面直接接触的两层橡胶层侧面采用等半径的内陷圆柱状结构；等半径的内陷圆柱状结构的橡胶层的上表面半径等于下表面半径，橡胶层侧面向橡胶层内部平滑凹陷，且橡胶层中部的半径小于橡胶层的上表面半径和下表面半径。

优选的是，所述隔板的层数为奇数层，橡胶层的层数为偶数层；橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间隔板，与中间隔板上下表面直接接触的两层橡胶层侧面采用非等半径的内陷弧曲面结构；非等半径的内陷弧曲面结构的橡胶层的上表面半径大于或小于下表面半径，每层橡胶层侧面向橡胶层内部平滑凹陷，且橡胶层中部的半径介于胶层的上表面半径和下表面半径之间。

优选的是，所述隔板的层数为7层，橡胶层的层数为8层。

优选的是，所述橡胶层的层数为奇数层，隔板的层数为偶数层，橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间橡胶层，中间橡胶层采用等半径的内陷圆柱状结构，等半径的内陷圆柱状结构的橡胶层的上表面半径等于下表面半径，橡胶层侧面向橡胶层内部平滑凹陷，且橡胶层中部的半径小于橡胶层的上表面半径和下表面半径。

优选的是，所述橡胶层的层数为7层，隔板的层数为6层。

优选的是，所述上衬板采用方形或圆形金属平板，上衬板上设有上定位柱，上定位柱共有两只，均布于上衬板的两端，上定位柱用于从该橡胶弹簧的上端对橡胶弹簧进行定位。

优选的是，所述下衬板采用方形或圆形金属平板，下衬板上设有下定位柱和安装孔，下定位柱位于下衬板的几何中心，安装孔位于下衬板的四周，下定位柱和安装孔分别用于从该橡胶弹簧的下端以及下端四周对橡胶弹簧进行定位。

优选的是，所述橡胶弹簧主体结构的整体中凹程度、橡胶层的层数为可调，可根据橡胶弹簧所需的垂向刚度值和剪切刚度值进行确定。

优选的是，所述橡胶弹簧主体结构的每层橡胶层的厚度、半径和内陷弧曲面结构为可调，可根据橡胶弹簧所需的垂向刚度值和剪切刚度值进行确定。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)与现有轴对称式叠层橡胶弹簧相比，本发明橡胶弹簧采用主体结构整体为轴对称且上下对称的中凹形叠层结构，每层橡胶层外部曲面平滑过渡，在中部对称面分别至上衬板和下衬板方向，橡胶层的厚度和半径逐层增大，使得主体结构具有更小的水平剪切刚度、较小且均匀的橡胶应力，并具备更优异的压缩剪切大变形能力，在较为恶劣的压缩和剪切复合工况时，可保证各橡胶层的最大应力值仍然小且均匀；

(2)本发明的橡胶弹簧结构针对提速后的轨道车辆，满足高速列车转向架二系悬挂要求叠层橡胶弹簧应具备更小的水平剪切刚度和较小且均匀的橡胶应力，且具备更大的压缩剪切变形能力的要求；

(3)橡胶弹簧主体结构的整体中凹程度、橡胶层的层数均可调；且每层橡胶层的厚度、半径和内陷弧曲面结构均为可调，可根据橡胶弹簧需要的垂向刚度值和剪切刚度值进行确定，以满足不同安装部位和安装要求；

(4)本发明的橡胶弹簧的结构简单，各金属件和模具加工成本低，橡胶型面相对简单，生产工艺性更稳定。

附图说明

图1为本发明橡胶弹簧结构示意图(一)；

图2为本发明橡胶弹簧结构示意图(二)；

图3为等半径的内陷圆柱状结构橡胶层的结构示意图；

图4为非等半径的内陷弧曲面结构橡胶层的结构示意图；

图5为本发明橡胶弹簧结构示意图(三)。

图中，1上衬板；2下衬板；3橡胶层；4隔板；5上定位柱；6下定位柱；7安装孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

参见图1，本发明公开一种中凹形叠层橡胶弹簧，主要用于提速轨道车辆转向架二系悬挂，是一种橡胶与金属板复合形成的叠层橡胶弹簧。本发明的橡胶弹簧包括硫化为一整体的上衬板1、下衬板2、橡胶层3和隔板4。该橡胶弹簧至少包括2层隔板4和3层橡胶层3。橡胶层3和隔板4位于上衬板1和下衬板2之间，且橡胶层3与隔板4相间分布，橡胶层3与隔板4共同组成橡胶弹簧的主体结构，主体结构整体为轴对称且上下对称的中凹形叠层结构。

上衬板1采用方形或圆形金属平板，上衬板1上设有上定位柱5，上定位柱5共有两只，均布于上衬板1的两端，上定位柱5用于从该橡胶弹簧的上端对橡胶弹簧进行定位。

下衬板2采用方形或圆形金属平板，下衬板2上设有下定位柱6和安装孔7，下定位柱6位于下衬板2的几何中心，安装孔7位于下衬板2的四周，下定位柱6和安装孔7分别用于从该橡胶弹簧的下端以及下端四周对橡胶弹簧进行定位。

上衬板1和下衬板2上的安装接口不局限于上述结构，可根据橡胶弹簧具体安装结构，在上衬板1和下衬板2上配置相应的安装孔、上定位柱和下定位柱，即在上衬板1和下衬板2上增加相应的安装孔和定位柱，以增加橡胶弹簧的稳固性。

隔板4采用金属圆平板结构，具备较大的承载能力和较小的剪切刚度。以橡胶弹簧的主体结构的中部对称面为界，在中部对称面上部分别至上衬板1和下衬板2方向，隔板4与橡胶层有效接触面的半径逐层增大。即中部对称面上部的隔板4与橡胶层有效接触面的半径自上而下均匀递减，中部对称面下部的隔板4与橡胶层接触面的半径自下而上均匀递减，在靠近中部对称面处隔板4与橡胶层有效接触面的半径最小。

其中，隔板4与橡胶层3有效接触面即为隔板4与橡胶层3直接相接触的部位，隔板4与橡胶层3有效接触面的半径逐层增大时，隔板4包括以下两种结构：

(1)隔板4半径逐层增大，具体为隔板4半径配合橡胶层半径逐层增大；

(2)隔板4半径不逐层增大，仅橡胶层3与隔板4的有效接触面的半径增大。

橡胶层3每层的形状均为内陷类截锥形状，即每层橡胶层3的上表面半径与下表面半径不相等，每层橡胶层3半径自上而下均匀过渡。以橡胶弹簧的主体结构的中部对称面为界，中部对称面上部的橡胶层3的上表面半径大于下表面半径，且中部对称面上部的橡胶层3的厚度和半径自上而下均匀递减，在靠近中部对称面处的橡胶层3的厚度和半径最小；中部对称面下部的橡胶层3的上表面半径小于下表面半径，且中部对称面下部的橡胶层3的厚度和半径自下而上均匀递减，在靠近中部对称面处的橡胶层3的厚度和半径最小。橡胶层3的侧面或外部曲面采用内陷弧曲面结构，即每层橡胶层3的侧面均向橡胶层内部凹陷。相邻橡胶层3的大小和形状均匀过渡，隔板4半径随橡胶层3半径的变化而适当变化，该橡胶弹簧整体呈现主体为轴对称的中凹形叠层结构。

图2和图5中，橡胶层3的最大半径值和最小半径值分别为D1和D2，△d为D1和D2的差值，即代表橡胶弹簧的整体中凹程度。在橡胶层3的橡胶材料参数相同的情况下，整体中凹程度△d、橡胶层的层数c和橡胶层的厚度d，以上参数决定橡胶弹簧的垂向刚度值和剪切刚度值。

在相同条件下，整体中凹程度△d越大，剪切刚度值越小。通过各橡胶层3合理的形状和参数设计，可得到较小剪切刚度值，并可在较大压缩剪切复合变形时，通过中凹叠层橡胶结构得到小且均匀的等橡胶应力结构，提高橡胶弹簧的抗疲劳性和可靠性。

实施例二

实施例二的橡胶弹簧的结构组成与实施例一的橡胶弹簧的结构组成基本相同，区别特征在于：

参见图2，隔板4的层数为奇数层，橡胶层3的层数为偶数层。具体为隔板4的层数为7层，橡胶层3的层数为8层。橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间隔板，与中间隔板上下表面直接接触的两层橡胶层3侧面采用等半径的内陷圆柱状结构，或采用非等半径的内陷弧曲面结构。参见图3，等半径的内陷圆柱状结构的橡胶层的上表面半径等于下表面半径，橡胶层3侧面向橡胶层3内部平滑凹陷，且橡胶层3中部的半径小于橡胶层的上表面半径和下表面半径。参见图4，非等半径的内陷弧曲面结构的橡胶层的上表面半径与下表面半径不等，即非等半径的内陷弧曲面结构的橡胶层的上表面半径大于或小于下表面半径，每层橡胶层3侧面向橡胶层内部平滑凹陷，且橡胶层3中部的半径介于胶层的上表面半径和下表面半径之间。

以中间隔板为界，中间隔板上部的隔板与橡胶层有效接触面的半径自上而下均匀递减，中间隔板下部的隔板与橡胶层有效接触面的半径自下而上均匀递减，中间隔板与橡胶层有效接触面的半径最小。

以中间隔板为界，中间隔板上部的橡胶层3的上表面半径大于下表面半径，且中间隔板上部的橡胶层3的厚度和半径自上而下均匀递减，在靠近中间隔板处的橡胶层3的厚度和半径最小；中间隔板下部的橡胶层3的上表面半径小于下表面半径，且中间隔板下部的橡胶层3的厚度和半径自下而上均匀递减，在靠近中间隔板处的橡胶层3的厚度和半径最小。

实施例三

实施例三的橡胶弹簧的结构组成与实施例一的橡胶弹簧的结构组成基本相同，区别特征在于：

参见图5，橡胶层3的层数为奇数层，隔板4的层数为偶数层。具体为，橡胶层3的层数为7层，隔板4的层数为6层，且橡胶层3与隔板4相间分布。

橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间橡胶层，中间橡胶层采用实施例二中所示的等半径的内陷圆柱状结构。换言之，实施例三的中间橡胶层3的上表面半径等于下表面半径，中间橡胶层侧面向橡胶层3内部平滑凹陷。

位于中间橡胶层上部和下部的橡胶层3的大小和形状均匀过渡，隔板4半径随橡胶层3半径的变化而适当变化。且中间橡胶层上部的橡胶层3的上表面半径大于下表面半径，且中间橡胶层上部的橡胶层3的厚度和半径自上而下均匀递减；中间橡胶层下部的橡胶层3的上表面半径小于下表面半径，且中间橡胶层下部的橡胶层3的厚度和半径自下而上均匀递减，中间橡胶层的厚度和半径最小。

以中间橡胶层为界，中间橡胶层上部的隔板4与橡胶层有效接触面的半径自上而下均匀递减，中间橡胶层下部的隔板4与橡胶层有效接触面的半径自下而上均匀递减，靠近中间橡胶层处的隔板4与橡胶层有效接触面的半径最小。

本领域技术人员可以理解，橡胶层3的层数可采用奇数层或偶数层，相应的隔板4的层数可采用偶数层或奇数层，橡胶层3的层数应大于隔板4层数一层，两者共同组成橡胶弹簧的主体结构。每层橡胶层3呈中凹形结构，主体结构整体呈中凹叠层橡胶结构。主体结构的整体中凹程度△d、橡胶层的层数c和橡胶层的厚度d均为可调，可根据橡胶弹簧的垂向刚度值和剪切刚度值进行调整。

在上述实施例1-3中，每层橡胶层3的半径自上而下均匀均匀过渡，各橡胶层3的厚度、半径以及侧面的内陷弧曲面结构均匀过渡，并可根据橡胶弹簧的垂向刚度值和剪切刚度值进行调整，确保橡胶弹簧在较为恶劣的压缩和剪切复合工况时，各橡胶层的最大应力值仍然小且均匀。

Claims (10)

1.中凹形叠层橡胶弹簧，包括硫化为一体的上衬板、下衬板、橡胶层和隔板，橡胶层和隔板位于上衬板和下衬板之间，隔板采用金属圆平板结构，橡胶弹簧至少包括2层隔板和3层橡胶层，且橡胶层与隔板相间分布，橡胶层与隔板共同组成橡胶弹簧的主体结构，其特征在于：所述主体结构整体为轴对称且上下对称的中凹形叠层结构，在中部对称面分别至上衬板和下衬板方向，橡胶层的厚度和半径逐层增大，隔板与橡胶层有效接触面的半径随橡胶层半径逐层增大；每层橡胶层采用自上而下半径均匀过渡的内陷类截锥形状；每层橡胶层的侧面采用向橡胶层内部凹陷的内陷弧曲面结构。

2.根据权利要求1所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述隔板的层数为奇数层，橡胶层的层数为偶数层；橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间隔板，与中间隔板上下表面直接接触的两层橡胶层侧面采用等半径的内陷圆柱状结构；等半径的内陷圆柱状结构的橡胶层的上表面半径等于下表面半径，橡胶层侧面向橡胶层内部平滑凹陷，且橡胶层中部的半径小于橡胶层的上表面半径和下表面半径。

3.根据权利要求1所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述隔板的层数为奇数层，橡胶层的层数为偶数层；橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间隔板，与中间隔板上下表面直接接触的两层橡胶层侧面采用非等半径的内陷弧曲面结构；非等半径的内陷弧曲面结构的橡胶层的上表面半径大于或小于下表面半径，每层橡胶层侧面向橡胶层内部平滑凹陷，且橡胶层中部的半径介于胶层的上表面半径和下表面半径之间。

4.根据权利要求2或3所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述隔板的层数为7层，橡胶层的层数为8层。

5.根据权利要求1所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述橡胶层的层数为奇数层，隔板的层数为偶数层，橡胶弹簧主体结构的中部对称面处为中间橡胶层，中间橡胶层采用等半径的内陷圆柱状结构，等半径的内陷圆柱状结构的橡胶层的上表面半径等于下表面半径，橡胶层侧面向橡胶层内部平滑凹陷，且橡胶层中部的半径小于橡胶层的上表面半径和下表面半径。

6.根据权利要求5所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述橡胶层的层数为7层，隔板的层数为6层。

7.根据权利要求1所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述上衬板采用金属平板，上衬板上设有上定位柱，上定位柱共有两只，均布于上衬板的两端，上定位柱用于从该橡胶弹簧的上端对橡胶弹簧进行定位。

8.根据权利要求1所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述下衬板采用金属平板，下衬板上设有下定位柱和安装孔，下定位柱位于下衬板的几何中心，安装孔位于下衬板的四周，下定位柱和安装孔分别用于从该橡胶弹簧的下端以及下端四周对橡胶弹簧进行定位。

9.根据权利要求1所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述主体结构的整体中凹程度、橡胶层的层数为可调。

10.根据权利要求1或9所述的中凹形叠层橡胶弹簧，其特征在于：所述主体结构的每层橡胶层的厚度、半径和内陷弧曲面结构为可调。