CN106032831B - 一种锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法及产品 - Google Patents
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Abstract
一种锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法及产品，锥形弹簧包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥形布置的橡胶金属弹簧；其特征在于，锥形弹簧的橡胶体上部橡胶型面和橡胶体下部橡胶型面采用多段结构形式；其中，橡胶体上部橡胶型面为多段下坡结构，橡胶体下部橡胶型面为多段上坡结构；锥形弹簧通过改变橡胶体上部橡胶型面多段下坡结构和橡胶体下部橡胶型面多段上坡结构中每一段的形状、斜率、长度和段数，来调整锥形弹簧的刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
Description
技术领域
本发明涉及机车上的锥形弹簧的改进，具体涉及调节锥形弹簧的刚度变化的方法及锥形弹簧结构，该种方法及锥形弹簧结构可以实现锥形弹簧多次变刚度，并防止锥形弹簧橡胶因使用压缩时产生褶皱而开裂。属于弹性减震技术领域。
背景技术
锥形弹簧又称为轴箱弹簧，主要指在机车上金属与橡胶结合的具有减振作用的弹簧。锥形弹簧是安装在轨道机车轴箱和构架之间起支撑、减震降噪的作用，是常用的一种橡胶金属复合的减振降噪元件，安装在机车一系悬挂和二系悬挂的车体上，主要作用为承受车体和构架的载荷。采用锥形金属件与橡胶通过胶黏剂在一定的温度和压力下硫化成一个整体，其作用是利用硫化橡胶起减振、降噪作用，金属件起支承和安装接口。
随着机车技术的发展，特别是高铁动车组、城轨、地铁和低地板车技术的发展，锥形弹簧为了更好地满足保证机车的动力学要求和安全性，要求锥形弹簧垂向刚度有变刚度，且不能出现垂向刚度出现反S曲线现象。垂向刚度出现反S曲线是由于现有锥形弹簧结构的橡胶体没有强烈的相互挤压，也没有外凸的凸台与橡胶接触挤压，空载时锥形弹簧垂向变刚度太小，而机车加载时，尤其是在最大垂向载荷下，需要锥形弹簧的橡胶部分能提供足够大的垂直刚度时，现有的锥形弹簧又无法提供大变刚度，因此无法实现理想的变刚度，刚度曲线呈现反“S”现象；具有反“S”曲线的锥形弹簧,在空载下刚度比较大,有造成车辆脱轨的风险。另外，机车在加速、减速或转弯时会需要锥形弹簧有合适的横向变刚度和纵向变刚度，使机车更符合动力学要求，有良好的横向和纵向减振、降噪能力。因此适当增加机车横向变刚度和纵向变刚度的个数，实现多次刚度变化，能让机车行驶更为平稳、顺畅。又由于锥形弹簧是金属与橡胶硫化而成的整体，不能拆开也不方便进行局部修复，因而锥形弹簧是终身免维修的产品。随着机车技术的发展，其疲劳载荷也越来越苛刻，对疲劳性能的要求越来越严，目前的锥形弹簧的结构在使用时，由于现有结构橡胶的型面都是采用单一结构的形面，产品在垂向载荷下，上下部的橡胶型面容易出现“褶皱”变形，形成应力集中，且产品的垂向载荷完全由橡胶承担，应力和应变都较大,最终由于橡胶疲劳导致橡胶开裂。这就需要一种既可调节变刚度，同时又能防止使用时出现褶皱的锥形弹簧来满足上述要求。
通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：
申请号为201010285627.8，名称为“城市轨道列车转向架的轴箱弹簧”的发明，此发明是一种城市轨道列车转向架的轴箱弹簧。芯轴外圈上从内向外依次设置有隔套I、隔套II和外套。芯轴、隔套I、隔套II和外套均由全属材料制成，相邻两金属材料之间分别设置有橡胶层III、橡胶层II和橡胶层I。所述的芯轴、隔套I、隔套II、外套外露金属表面均涂有底漆面漆。此发明的优点是提供了一种列车车轮运行时在垂向、横向、纵向静态刚性很小，能提高车辆运行时的柔性和品质的城市轨道列车转向架的轴箱弹簧。
由于申请号为201010285627.8的发明没有在最大垂向载荷下大幅度增加轴箱弹簧的橡胶部分的垂向刚度的结构，因此在大的垂向载荷下主要靠金属部件来增大刚度，这样会影响到轴箱弹簧的减振效果。
申请号为201420467799.0，名称为“一种铁道重载货车转向架用轴箱”的实用新型，此实用新型公开了一种铁道重载货车转向架用轴箱弹簧。此实用新型的目的是提供一种铁道重载货车转向架用轴箱弹簧，以克服现有轴箱弹簧径向刚度过大、重量重等缺点。本实用新型包括外套、内套、内芯、第一橡胶层和第二橡胶层，其特征在于：所述第一橡胶层、第二橡胶层与外套、内套及内芯硫化成一整体，外套通过内置于第一橡胶层、第二橡胶层表面的铜导线与内芯连接，第一橡胶层、第二橡胶层的侧面延长线与轴箱弹簧顶部平面之间的夹角为100-160°。此实用新型主要用作铁道重载货车转向架上的轴箱弹簧。但是该实用新型专利没有让轴箱弹簧实现多个变刚度的结构，难以满足机车在不同状态所需的多次刚度变化。
因此，到目前为止尚未有能有效防止锥形弹簧在变刚度时防止橡胶体褶皱开裂，并能满足机车在不同状态所需的多次刚度变化的方法及装置，因此很有必要对此进一步加以改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：
1. 整体垂向变刚度出现反S曲线，机车空载时，锥形弹簧垂向刚度过大，有造成机车脱轨的风险，起不到应有的减振效果；
2.实现机车在最大垂向载荷下，锥形弹簧仍能仅通过橡胶来支撑载荷，避免由金属和橡胶共同支撑载荷时，锥形弹簧的减震、降噪效果变差；
3.机车从空载到最大垂向载荷的过程中，锥形弹簧的橡胶的形状都能是平滑没有褶皱的，以防止锥形弹簧的橡胶部分开裂；
4.机车在加速、减速或转弯时，锥形弹簧能进行多次刚度变化，让机车运行更平稳、顺畅。
针以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法，锥形弹簧包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥形布置的橡胶金属弹簧；其特点在于，锥形弹簧的橡胶体上部橡胶型面和橡胶体下部橡胶型面采用多段结构形式；其中，橡胶体上部橡胶型面为多段下坡结构，橡胶体下部橡胶型面为多段上坡结构；锥形弹簧通过改变橡胶体上部橡胶型面多段下坡结构和橡胶体下部橡胶型面多段上坡结构中每一段的形状、斜率、长度和段数，来调整锥形弹簧的刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
进一步地，所述橡胶体上部橡胶型面的多段下坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，并将每两段之间通过圆弧段过渡连接起来，以保证橡胶体的上端下移过程中，橡胶体上端的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
进一步地，所述橡胶体下部橡胶型面的多段上坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，并将每两段之间通过圆弧段过渡连接起来，以保证在橡胶体下移过程中，橡胶体下端面的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
进一步地，所述内锥体底部向外伸出有凸台，在橡胶体下移到橡胶体下端面抵触到凸台后，通过内锥体底部向外伸出的凸台与外椎体内侧的双重约束配合产生大幅度变刚度；在垂向载荷作用下，橡胶体下端面同时与外椎体内侧和内椎体下部外凸的凸台通过滚动方式逐渐贴紧，实现大幅度变刚度。
进一步地，所述凸台的上表面为多段式结构，每一段之间用圆弧过渡，通过调整凸台每一段的形状、斜率、长度和外椎体内侧的张开角度，调整刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
一种实现上述锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法的锥形弹簧，包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥形布置的橡胶金属弹簧；其特点在于，锥形弹簧的橡胶体上部橡胶型面和胶体下部橡胶型面采用多段结构形式；其中，橡胶体上部橡胶型面为多段下坡结构，橡胶体下部橡胶型面为多段上坡结构。
进一步地，所述橡胶体上部橡胶型面的多段下坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，每两段之间采用圆弧段过渡，以保证橡胶体的上端下移过程中，橡胶体上端的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
进一步地，所述橡胶体下部橡胶型面的多段上坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，每两段之间采用圆弧段过渡，以保证在橡胶体下移过程中，橡胶体下端面的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
进一步地，所述内锥体底部向外伸出有凸台，在橡胶体下移到橡胶体下端面抵触到凸台后，通过内锥体底部向外伸出的凸台与外椎体内侧的双重约束配合产生大幅度变刚度；在垂向载荷作用下，橡胶体下端面同时与外椎体内侧和内椎体下部外凸的凸台通过滚动方式逐渐贴紧，实现大幅度变刚度。
进一步地，所述凸台的上表面为多段式结构，每一段之间用圆弧过渡，通过调整凸台每一段的形状、斜率、长度和外椎体内侧的张开角度，调整刚度变化的大小和刚度变化的位置；通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
本发明的优点是：
1.橡胶体的上端面为多段组合形面，且每两段之间采用环形圆角段过渡，能实现多次垂向刚度的平缓变化，不会出现锥形弹簧的垂向刚度突然增大的现象，能避免垂向刚度出现反S曲线，从而有效的防止机车脱轨，同时也能让锥形弹簧有很好的减震、降噪效果。
2.内锥体下端向外侧延伸形成环形的内锥体凸台，橡胶体在大的垂向载荷下会下移，此时橡胶体下端与内锥体凸台贴合，橡胶体在内锥体凸台与外锥体内侧的双重约束下，橡胶体的垂向刚度会大幅增加。使得大的垂向载荷下还是用橡胶体进行支撑，而不是大的垂向载荷下就改为用金属和橡胶体共同支撑，从而实现在大的垂向载荷下锥形弹簧仍能有很好的减震、降噪效果。
3.橡胶体的上端采用大于两段以上的变形形面结构，且每两段之间采用环形圆角段过渡，且通过合理调整各段的斜率、长度，能有效防止橡胶体承受载荷，橡胶体的上端下移的过程中，橡胶体上端形状始终保持平滑，从而防止橡胶体上端开裂。
4.橡胶体在大的垂向载荷下会下移，此时橡胶体下端与内锥体凸台贴合，由于内锥体凸台处采用了平缓的过渡，因此橡胶体下端的形状能始终保持平滑，从而防止橡胶体下端开裂。
5.橡胶体的上端和下端采用多段的组合形面，每两段之间采用环形圆角段过渡，因此橡胶体能实现多次横向刚度和纵向刚度的变化，且能让横向刚度和纵向刚度的变化比较平缓，不会出现横向刚度和纵向刚度的突然增大，从而使得机车在加速、减速或转弯时，更为平稳、顺畅，能增加车内旅客的舒适感。
6.锥形弹簧能通过改变每一段的长度、斜率和段数调节锥形弹簧的垂向、横向和纵向变刚度使锥形弹簧能满足不同型号的机车在不同状态下对刚度的需要，使机车能更好的符合动力学要求，从而让机车更好地运行。同时，也让锥形弹簧的通用性更强，应用范围更广，能应用到各种机车上。
7.锥形弹簧能防开裂，使用寿命长；结构简单，成本低，适用于批量生产。
附图说明
图1为本发明的剖视示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为图1中B处的放大图；
图4为本发明的立体示意图；
图5为本发明的另一立体示意图；
图6为本发明在最大垂向载荷下的剖视示意图；
图7为图6中C处的放大图；
图8为图6中D处的放大图；
图9为本发明的垂向刚度曲线；
图10为本发明改进前的剖视示意图；
图11为本发明改进前最大垂向载荷下的剖视示意图；
图12为本发明改进前的垂向刚度曲线；
图中：1内锥体、11内锥体凸台、111凸台过渡边、2橡胶体、21环形平直段、211第一环形平直段、212第二环形平直段、213第三环形平直段、214第四环形平直段、215第五环形平直段、22环形圆角段、3外锥体。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：
实施例一
如图1至图5所示，一种锥形弹簧，包括内锥体1、橡胶体2和外锥体3，内锥体1下端向外侧延伸形成环形的内锥体凸台11。如图1和图2所示，橡胶体2的上端面21为三段的多段下坡结构，分别为第一环形平直段211、第二环形平直段212和第三环形平直段213，每两段环形平直段之间采用环形圆角段22过渡；所谓多段下坡结构是橡胶体2从与外锥体3连接处到与橡胶体2内锥体1是逐步下降趋势走向。如图1和图3所示，橡胶体2的下端面为二段的多段上坡结构，分别为第四环形平直段214和第五环形平直段215，第四环形平直段214和第五环形平直段215之间也是采用环形圆角段22过渡；所谓多段上坡结构是橡胶体2从与内锥体1连接处到与橡胶体2外锥体3是逐步上升趋势走向。在本实施例中，橡胶体2的下端面的环形圆角段22的圆角半径为15-25mm，橡胶体2的上端的两段环形圆角段22的圆角半径都是4-8mm。橡胶体2环绕在内锥体1的外围，外锥体3环绕在橡胶体2的外围。内锥体1和外锥体3为金属部件，内锥体1和外锥体3与橡胶体2通过胶黏剂在一定的温度和压力下硫化成一个整体，其作用是：利用橡胶体2起减振降噪作用，内锥体1和外锥体3起支撑和安装接口的作用。
如图10的E处和F处所示，目前的锥形弹簧中，橡胶体2的上端和下端都是采用的是一段平直段与一段圆弧段相结合的形状。这种结构在橡胶体2承受最大垂向载荷时，橡胶体2的上端面和下端面会出现图11中对应的E处和F处的褶皱，时间长了就会导致橡胶体2开裂，由于锥形弹簧是金属与橡胶硫化而成的整体，不能拆开也不方便进行局部修复，因而锥形弹簧是终身免维修的产品，出现橡胶体2开裂只能更换锥形弹簧。
为了避免橡胶体2上端出现褶皱，本实施例采用的结构如图1和图2所示。橡胶体2的上端由第一环形平直段211、第二环形平直段212、第三环形平直段213以及两段环形圆角段22形成一个整体。第一环形平直段211和第二环形平直段212之间采用环形圆角段22过渡，第二环形平直段212和第三环形平直段213之间也采用环形圆角段22过渡。橡胶体2受到垂向载荷向下移动的过程中，由于橡胶体2外侧与外锥体3内侧相连，橡胶体2上端与外侧的移动会受到外锥体3的约束。可见，橡胶体2受到垂向载荷向下移动的过程中，橡胶体2上端的形状变化会受到各段环形平直段21的斜率，长度以及外锥体3内侧斜率等多个因素的影响。
例如，第一环形平直段211或第二环形平直段212中的任意一段不是像图1中那样向外侧倾斜，而向内侧倾斜。或者，第一环形平直段211、第二环形平直段212、第三环形平直段213中的任意一段的长度过大，都会使得橡胶体2上端下移过程中，橡胶体2上端的形状出现类似图11中E处的褶皱。如下方的表格所示，表格中给出了本实施例中橡胶体2的各段环形平直段与垂向方向的夹角以及各段环形平直段的长度。
| 环形平直段与垂向方向的夹角(度) | 环形平直段的长度（毫米） | |
| 第一环形平直段 | 14-17 | 18-22 |
| 第二环形平直段 | 44-47 | 20-23 |
| 第三环形平直段 | 14-16 | 11-15 |
| 第四环形平直段 | 9-11 | 49-52 |
| 第五环形平直段 | 86-88 | 5-8 |
如图1和图2所示，当锥形弹簧受到垂向载荷向下的压力时，橡胶体2向下移动，橡胶体2上端的形状会发生变化。由于第一环形平直段211、第二环形平直段212、第三环形平直段213中的斜率和长度以及环形圆角段22的圆角半径设计得合理，因此橡胶体2向下移动的过程中，橡胶体2上端的形状会始终保持平滑。能避免橡胶体2上端产生褶皱，因此能防止橡胶体2上端开裂。当锥形弹簧受到最大的垂向载荷向下的压力时，橡胶体2上端的形状会呈现出如图6中C处的平滑形状，也可参见图7中所示。
如图1、图3和图5所示，内锥体1下端向外侧延伸形成环形的内锥体凸台11，橡胶体2下端位于内锥体凸台11的上方，橡胶体2的下端设有第四环形平直段214和第五环形平直段215，且第四环形平直段214和第五环形平直段215之间采用环形圆角段22过渡。当锥形弹簧受到垂向载荷向下的压力时，橡胶体2下端向下移动并产生形状变化，但橡胶体2下端的形状变化受到外锥体3内侧和内锥体凸台11的双重约束。因此，橡胶体2下端的会贴合内锥体凸台11和外锥体3内侧，而内锥体凸台11与凸台过渡边111采用的是平缓的直线边过渡，因此橡胶体2下端贴合内锥体凸台11和外锥体3内侧时会形成平滑的形状。能避免橡胶体2下端产生褶皱，因此能防止橡胶体2下端开裂。当锥形弹簧受到最大的垂向载荷向下的压力时，橡胶体2下端的形状会呈现出如图6中D处的平滑形状，也可参见图8中所示。
如图1和图2所示，由于橡胶体2的第一环形平直段211与第二环形平直段212之间是采用环形圆角段22过渡，第二环形平直段212与第三环形平直段213之间也是采用环形圆角段22过渡，而锥形弹簧受到垂向载荷向下的压力使橡胶体2上端下移时，橡胶体2上端面21形状的改变总先从环形圆角段22处开始的，因此改变环形平直段21的的长度就能调节锥形弹簧垂向、横向和纵向变刚度的位置；增加环形平直段21的段数就能增加锥形弹簧垂向、横向和纵向变刚度的次数；改变环形平直段21的斜率就能调节锥形弹簧垂向、横向和纵向的变刚度。
由于机车在不同的情况下对锥形弹簧的刚度要求是不一样的。当机车在空载时，要求锥形弹簧的刚度不能太大，且弹性要好，所述弹性好就是要当机车的载荷对锥形弹簧的压力突然增大时，锥形弹簧的刚度却不会突然增大，能起到很好的减震效果。但在机车加载后，尤其是在最大载荷下，又要求锥形弹簧的刚度要很大，且要有较好的弹性。这就需要锥形弹簧能有很好的变刚度来满足机车在各种情况下的刚度要求。
如图10所示，目前锥形弹簧由于没有环形平直段和环形圆角段22的结构，所以不能实现多次变刚度。目前锥形弹簧的垂向刚度曲线如图12所示，图中有两条垂向刚度曲线，其中位于上方的是机车在加载时的垂向刚度曲线，位于下方的是机车在卸载时的垂向刚度曲线。而目前空载时根据机车的不同型号，每个锥形弹簧约承受14KN-18KN的垂向载荷，从图12中可看到14KN-18KN是处于锥形弹簧垂向刚度的反S曲线部分。所述反S曲线的特点是，橡胶体2向下移动的距离不大，但其刚度却增加得很快，这样的刚度增加方式不利于机车的减震，有造成机车脱轨的风险。
如图1、图2和图4所示，本实施例中橡胶体2上端的三段环形平直段21和两段环形圆角段22，能使锥形弹簧有两次垂向、横向和纵向变刚度。本实施例的锥形弹簧的垂向刚度曲线如图9所示，图中有两条垂向刚度曲线，其中位于上方的是机车在加载时的垂向刚度曲线，位于下方的是机车在卸载时的垂向刚度曲线。由于本实施例中有两次垂向变刚度的结构，因此当锥形弹簧受到突然增大的垂向载荷向下的压力时，橡胶体2向下移动的距离也较大，能起到很好的缓冲、减震效果。从图9中可以看到，本实施例中已消除了锥形弹簧垂向刚度的反S曲线。同样的，当机车在加速、减速或转弯时由于橡胶体2上端的三段环形平直段21和两段环形圆角段22的结构，使得锥形弹簧在横向和纵向也有两次变刚度，能起到很好的横向和纵向的缓冲和减震效果，从而使得机车在加速、减速或转弯时，更为平稳、顺畅，能增加车内旅客的舒适感。
如图6、图7和图8所示，当锥形弹簧承受最大垂向载荷时时，橡胶体2的下端下移时的形状变化由于受到外锥体3内侧和内锥体凸台11的双重约束，因此橡胶体2的下端能使锥形弹簧的刚度有大幅度的增加。而当锥形弹簧承受最大垂向载荷时，橡胶体2上端的形状变化也会受到外锥体3内侧和橡胶体2的下端的形状的约束，使得橡胶体2上端能承受最大垂向载荷，并在最大垂向载荷下形成平滑的形状。正因为在最大垂向载荷下，锥形弹簧仍能用橡胶体2承受载荷，因此使得在最大垂向载荷下，锥形弹簧仍能有较好的缓冲、减震和减噪效果。
可见本实施例中，锥形弹簧的橡胶体2上端面和橡胶体2下端面的共五段环形平直段21和三段环形圆角段22形成的三次变刚度。而且将五段环形平直段21中的任意一段的长度或斜率在制造时进行改变，都会改变锥形弹簧的变刚度，也就是说，能通过调节环形平直段的长度或斜率来改变锥形弹簧的变刚度。当垂向载荷不大时，锥形弹簧由于有上述的三次变刚度，能使得锥形弹簧能有很好的缓冲和减震效果；当垂向载荷很大，甚至达到最大垂向载荷时，如图6所示，锥形弹簧的橡胶体2上端和橡胶体2下端都处于没有变刚度的平滑形状，因此从图9中可看出其刚度变化没有载荷较小时那样平缓了，但由于最大垂向载荷时，锥形弹簧仍能用橡胶体2承受载荷，因此使得此时锥形弹簧仍能有较好的缓冲、减震和减噪效果。而本实施例的五段环形平直段21和三段环形圆角段22设计，能让锥形弹簧从空载到最大垂向载荷过程中，橡胶体2的上端和下端形状都不出现褶皱，因此能防止橡胶体2开裂。
实施例二
与实施例一的结构大致相同，但橡胶体2上端面和橡胶体2下端面，以及凸台过渡边111采用的不是平缓的直线边过渡，而平缓的曲线边进行过渡，橡胶体2的上端为四段环形平直段21和三段环形圆角段22，而橡胶体2的下端为三段环形平直段21和两段环形圆角段22。这样改变环形平直段21的段数能改变锥形弹簧变刚度的次数，也就是说，能通过调节环形平直段21的段数来改变锥形弹簧的变刚度的次数。增加或减少环形平直段21的段数仍能使得锥形弹簧从空载到最大垂向载荷过程中，橡胶体2的上端和下端形状都不出现褶皱，能始终保持平滑的形状。
通过上述实施例还可以看出，本发明涉及一种锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法，锥形弹簧包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥形布置的橡胶金属弹簧；其特点在于，锥形弹簧的橡胶体上部橡胶型面和橡胶体下部橡胶型面采用多段结构形式；其中，橡胶体上部橡胶型面为多段下坡结构，橡胶体下部橡胶型面为多段上坡结构；锥形弹簧通过改变橡胶体上部橡胶型面多段下坡结构和橡胶体下部橡胶型面多段上坡结构中每一段的形状、斜率、长度和段数，来调整锥形弹簧的刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
进一步地，所述橡胶体上部橡胶型面的多段下坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，并将每两段之间通过圆弧段过渡连接起来，以保证橡胶体的上端下移过程中，橡胶体上端的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
进一步地，所述橡胶体下部橡胶型面的多段上坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，并将每两段之间通过圆弧段过渡连接起来，以保证在橡胶体下移过程中，橡胶体下端面的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
进一步地，所述内锥体底部向外伸出有凸台，在橡胶体下移到橡胶体下端面抵触到凸台后，通过内锥体底部向外伸出的凸台与外椎体内侧的双重约束配合产生大幅度变刚度；在垂向载荷作用下，橡胶体下端面同时与外椎体内侧和内椎体下部外凸的凸台通过滚动方式逐渐贴紧，实现大幅度变刚度。
进一步地，所述凸台的上表面为多段式结构，每一段之间用圆弧过渡，通过调整凸台每一段的形状、斜率、长度和外椎体内侧的张开角度，调整刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法，锥形弹簧包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥形布置的橡胶金属弹簧；其特征在于，锥形弹簧的橡胶体上部橡胶型面和橡胶体下部橡胶型面采用多段结构形式；其中，橡胶体上部橡胶型面为多段下坡结构，橡胶体下部橡胶型面为多段上坡结构；锥形弹簧通过改变橡胶体上部橡胶型面多段下坡结构和橡胶体下部橡胶型面多段上坡结构中每一段的形状、斜率、长度和段数，来调整锥形弹簧的刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整；所述橡胶体上部橡胶型面的多段下坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，并将每两段之间通过圆弧段过渡连接起来，以保证橡胶体的上端下移过程中，橡胶体上端的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂；所述橡胶体下部橡胶型面的多段上坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，并将每两段之间通过圆弧段过渡连接起来，以保证在橡胶体下移过程中，橡胶体下端面的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
2.根据权利要求1所述的锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法，其特征在于，所述内锥体底部向外伸出有凸台，在橡胶体下移到橡胶体下端面抵触到凸台后，通过内锥体底部向外伸出的凸台与外椎体内侧的双重约束配合产生大幅度变刚度；在垂向载荷作用下，橡胶体下端面同时与外椎体内侧和内椎体下部外凸的凸台通过滚动方式逐渐贴紧，实现大幅度变刚度。
3.根据权利要求2所述的锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂的方法，其特征在于，所述凸台的上表面为多段式结构，每一段之间用圆弧过渡，通过调整凸台每一段的形状、斜率、长度和外椎体内侧的张开角度，调整刚度变化的大小和刚度变化的位置，并通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
4.一种实现权利要求1所述锥形弹簧变刚度及防止褶皱和开裂方法的锥形弹簧，包括内锥体、橡胶体和外锥体，橡胶体环绕在内锥体的外围，外锥体环绕在橡胶体的外围，橡胶体与内锥体和外锥体一起形成一个锥形布置的橡胶金属弹簧；其特征在于，锥形弹簧的橡胶体上部橡胶型面和胶体下部橡胶型面采用多段结构形式；其中，橡胶体上部橡胶型面为多段下坡结构，橡胶体下部橡胶型面为多段上坡结构；所述橡胶体上部橡胶型面的多段下坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，每两段之间采用圆弧段过渡，以保证橡胶体的上端下移过程中，橡胶体上端的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂；所述橡胶体下部橡胶型面的多段上坡结构中，每段的形状是直线或弧线形状，每两段之间采用圆弧段过渡，以保证在橡胶体下移过程中，橡胶体下端面的形状始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂。
5.根据权利要求4所述的锥形弹簧，其特征在于，所述内锥体底部向外伸出有凸台，在橡胶体下移到橡胶体下端面抵触到凸台后，通过内锥体底部向外伸出的凸台与外椎体内侧的双重约束配合产生大幅度变刚度；在垂向载荷作用下，橡胶体下端面同时与外椎体内侧和内椎体下部外凸的凸台通过滚动方式逐渐贴紧，实现大幅度变刚度。
6.根据权利要求5所述的锥形弹簧，其特征在于，所述凸台的上表面为多段式结构，每一段之间用圆弧过渡，通过调整凸台每一段的形状、斜率、长度和外椎体内侧的张开角度，调整刚度变化的大小和刚度变化的位置；通过控制多段的数量实现多次变刚度的调整。
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