CN106032832A - 一种球铰类橡胶弹性元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，所述外套的长度大于所述橡胶的长度，且所述橡胶自与所述外套相接的一侧至与所述芯轴相接的一侧长度逐增。本发明通过橡胶侧面型面的设计达到不开孔即可实现变刚度，可以有效避免橡胶产生弯折变形，有利于产品预压缩量的增加，防止橡胶裂纹的产生。

Description

一种球铰类橡胶弹性元件

技术领域

本发明涉及球铰产品技术领域，尤其涉及一种球铰类橡胶弹性元件。

背景技术

球铰产品在装车运行过程中，根据安装位置和设计功能的不同，可以实现减振、牵引和柔性连接等作用。为了保证车辆运行的舒适性，要求产品在小载荷(正常运行)时的刚度较小；但是为了保证车辆运行的可靠性，要求产品在大载荷时(启动和制动)的刚度明显增加从而及时限位，因此球铰特别是牵引球铰需要具备一定程度的变刚度。

由于橡胶在拉伸载荷作用下容易撕裂，球铰的径向变形必须控制在一定的范围内，否则很容易产生橡胶拉伸破坏。为了防止该现象的发生，产品在硫化后，需要对其进行预压缩处理，使橡胶处于压缩状态。根据产品在使用过程中的最大变形量设计产品的预压缩量，这样可有效避免橡胶拉伸破坏的发生。

为了实现球铰产品的变刚度要求，现有的球铰产品的橡胶都设置有开孔结构，如图1所示，开孔处橡胶通过圆角过渡，端面橡胶设计为常见的上、下对称结构，根据产品刚度要求设计开孔的大小和开孔间隙。

现有结构橡胶的型面设计不理想，且橡胶自由面积小，产品在预压缩以及径向受载的情况下，端面和开孔处的橡胶型面容易出现弯折变形，从而导致产品开孔处橡胶本体打折，如图2、3中Ⅰ所示；端面橡胶出现褶皱并鼓出，如图2、3中Ⅱ所示，最终由于应力集中导致橡胶开裂。由于橡胶型面易弯折变形，而给球铰产品带来了一系列连锁问题。由于现有结构橡胶型面易弯折变形，且随着预压缩量的增加，弯折变形将更加严重，从而极大的限制了预压缩量的设计，为了减小弯折变形的影响，不得不减小产品的预压缩量，现有技术的单边预压缩量一般不超过橡胶厚度的10％。由于产品的预压缩量设计受限，使实际产品的预压缩量小于产品使用过程中的最大变形量，当产品在受载情况下产生大变形时，一端橡胶处于受拉伸状态，如图3中Ⅰ-1、Ⅱ-1所示，从而导致橡胶受拉伸破坏。由于橡胶面是在某一特定的变形量下同时大面积接触，会导致刚度的突然增加，刚度突变不利于产品在这一变形量附近区域的减振效果。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种球铰类橡胶弹性元件，本申请提供的球铰类橡胶弹性元件避免了橡胶弯折变形。

本申请提供了一种球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，所述外套的长度大于所述橡胶的长度，且所述橡胶自与外套相接的一侧至与芯轴相接的一侧长度逐增。

优选的，所述橡胶的侧面与所述外套的表面的角度为≤45°。

优选的，所述橡胶的侧面与所述芯轴的表面的角度为30°～70°。

优选的，所述橡胶与外套相接触的表面的长度为所述外套长度的50％～80％。

优选的，所述橡胶与芯轴相接触的表面的长度为所述芯轴长度的90％以上。

优选的，所述橡胶与所述外套接触处设置有倒角，所述倒角的尺寸为R0.5～R4。

优选的，所述橡胶上还设置有孔结构。

与现有技术相比，本申请提供了一种球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，所述外套的长度大于所述橡胶的长度，且所述橡胶自与外套相接的一侧至与芯轴相接的一侧长度逐增。本申请通过对橡胶的侧面进行上述设计，使产品在预压缩后，侧面橡胶向外套平行贴近，外套与橡胶之间的间隙逐减缩小；在径向受载的情况下，侧面处橡胶继续向外套平行贴近并逐减贴紧，间隙逐减消除，橡胶与外套的接触面积逐渐增加，从而实现变刚度，此种型面设计极大地增加了橡胶的自由面积，在预压缩与径向受载的情况下，端面处的橡胶的变形方式是平行贴近和平行贴紧，有效避免了橡胶的弯折变形，从而消除型面弯折对增加预压缩量的限制。

附图说明

图1为本发明现有技术球铰类产品的结构示意图；

图2为本发明现有技术球铰类产品预压缩后的结构示意图；

图3为本发明现有技术球铰类产品受载情况下的结构示意图；

图4为本发明提供的球铰类产品的结构示意图；

图5为本发明提供的球铰产品预压缩后的结构示意图；

图6为本发明提供的球铰产品受载情况下的结构示意图；

图7为本发明实施例1提供的球铰类产品的结构示意图；

图8为本发明实施例2提供的球铰类产品的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，所述外套的长度大于所述橡胶的长度，且所述橡胶自与外套相接的一侧至与芯轴相接的一侧长度逐增。

本申请所述球铰类橡胶弹性元件的结构示意图，如图4所示，图4中1为芯轴，2为橡胶，其套设在芯轴1外；3为外套，其套设在橡胶2外。根据图4可知，外套3的长度大于橡胶2的长度，且橡胶2自与外套3相接的一侧至与芯轴相接的一侧长度逐增。

为了消除橡胶拉应力以及避免产品在使用过程中受拉，需要提前对球铰类橡胶弹性元件进行压缩，使橡胶处于压缩状态，以利于后期橡胶在受载情况下的变形，可避免橡胶拉伸破坏的发生。所述球铰类橡胶弹性元件由于对橡胶的侧面进行了如上改进，使球铰类弹性元件在预压缩后，侧面橡胶向外套平行贴近，使橡胶与外套之间的间隙逐步缩小。如图5所示，根据图5中Ⅰ可以看出，所述球铰类橡胶弹性元件经过预压缩后，橡胶平行贴近外套，并不会使外套发生弯折变形。

本发明球铰类橡胶弹性元件橡胶的侧面进行了改进，所述外套的长度大于所述橡胶的长度，且所述橡胶自与外套相接的一侧至与芯轴相接的一侧长度逐增；即本申请中所述橡胶的侧面并非是与所述外套齐平的，且橡胶侧面是与所述外套的表面具有一定角度的。本申请所述橡胶的端面按照上述方式设置，同样也是为了使橡胶在预压缩过程中，其向外套平行贴近，以避免橡胶发生褶皱与鼓出。所述橡胶侧面斜边可以由一条或多条斜线组成，其中与所述外套表面的角度优选为≤45°，与所述芯轴表面的角度优选为30°～70°，斜边也可以优化为平缓圆弧线。本申请优选在所述外套与橡胶相接触处设置有倒角，即在所述橡胶端设置有倒角，所述倒角的尺寸优选为R0.5～R4。本申请所述橡胶与外套相接触的表面的长度优选为所述外套长度的50％～80％，本申请所述橡胶与芯轴相接触的表面的长度优选为所述芯轴长度的90％以上。本申请所述橡胶为轴对称设置。本申请所述橡胶上也可以设置孔结构，所述孔结构的具体形状本申请没有特别的限制。

本申请所述球铰类橡胶弹性元件在径向受载的情况下，侧面橡胶继续向外套平行贴近并平行贴紧，如图6所示，橡胶与外套径向与轴向上的间隙逐渐消除，橡胶的接触面积逐渐增加，从而实现球铰类橡胶弹性元件的变刚度。在所述球铰类橡胶弹性元件受载的过程中，橡胶的侧面逐渐贴近外套，而避免了橡胶的打折、褶皱与鼓出现象。

由于本申请避免了橡胶弯折变形产生的打折、褶皱与鼓出现象，所述球铰类橡胶弹性元件的预压缩量的设计不必再受限制，本申请所述球铰类橡胶弹性元件的单边预压缩量最高可达到所述橡胶厚度的25％。

本申请提供了一种不开孔的型面进行改进的球铰类橡胶弹性元件，本申请提供的铰类橡胶弹性元件可在预压缩后，端面处橡胶向外套平行贴近，间隙逐减减小；在径向受载的情况下，端面处橡胶继续向外套平行贴近并逐减贴紧，间隙逐减消除，橡胶的接触面积逐渐增加，从而实现变刚度。

本申请提供的球铰类橡胶弹性元件能够消除橡胶应力集中，大幅度提升预压缩量，避免橡胶拉伸破坏，刚度呈渐进式增加，具体的：

本发明技术方案极大地增加了橡胶的自由面积；在预压缩后(如图5所示)以及径向受载的情况下(如图6所示)，端面处的橡胶型面的变形方式是平行贴近至平行贴紧。这种型面设计和变形方式有效避免了橡胶的弯折变形，消除了橡胶的应力集中现象。由于本发明技术方案避免了橡胶弯折变形产生的打折、褶皱和鼓出现象，产品的预压缩量设计不再受橡胶型面的限制，可以根据实际需要将预压缩量大幅提升。由于产品预压缩量的大幅提升，可以轻易实现产品的预压缩量设计大于或等于实际使用过程中的最大变形量，这样避免了橡胶在使用过程中出现受拉伸的状态，如图6中Ⅰ-1所示，真正解决了球铰产品橡胶不抗拉伸的缺陷。由于橡胶的接触面积是随着载荷逐渐增加的，产品刚度呈渐进式逐步增加，刚度增长均匀，有利于提高产品的减振效果，同时还可以根据需要满足多个载荷下的多个刚度要求。

本申请的橡胶可以在不开孔的情况下实现变刚度，由于通过端面橡胶型面向外套的平行贴紧(如图4、5、6中Ⅰ所示)即可以实现一定程度的变刚度，因此，当变刚度的程度不是特别大的时候，在不开孔的情况下即可以满足要求，极大降低了开孔所带来的生产制造难度，降低了开孔结构可能存在的使用风险。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的球铰类橡胶弹性元件进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

球铰类弹性橡胶元件包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，在轴向上，所述外套的宽度大于所述橡胶的宽度，且所述橡胶自与所述外套相接的一侧至与所述芯轴相接的一侧宽度逐增。如图7所示，图7为本实施例球铰类橡胶弹性元件的剖视图与局部放大图。根据图7可知，本实施例轴向方向上，所述橡胶与外套的夹角为35°，所述橡胶与芯轴的夹角为40°，通过R60倒圆角实现两个不同角度的斜线的平缓过渡，且在橡胶与外套接触处设置有倒角，倒角的尺寸为R2.5mm。单边橡胶的预压缩量为3.5mm，占橡胶厚度的16.3％。

本实施例通过对橡胶侧面的上述设计，产品的单边预压缩量由现有技术的2mm提升至3.5mm,保证产品在最大变形3.5mm时橡胶不受拉伸影响。同时，由于消除了端面橡胶的弯折变形，端面橡胶的应力由现有结构的13.22MPa下降至8.1MPa，降幅38.7％，应力降幅明显。另外，本实施例在满足相同程度变刚度的情况下，取消了现有技术的开孔结构，降低了橡胶开孔带来的开裂风险，并且通过疲劳试验对比，现有结构在150万次时出现明显的橡胶裂纹，本实施例通过250万次疲劳后，橡胶表面无裂纹，说明本实施例产品的使用寿命相对现有结构大幅提升。

实施例2

实施例2与实施例1的端面橡胶型面设计相似，如图8所示，只是为了实现比例更大的变刚度而在橡胶上设置了开孔结构，本发明同样适用于开孔式球铰类橡胶弹性元件的端面橡胶型面设计。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，其特征在于，所述外套的长度大于所述橡胶的长度，且所述橡胶自与外套相接的一侧至与芯轴相接的一侧长度逐增。

2.根据权利要求1所述的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述橡胶的侧面与所述外套的表面的角度为≤45°。

3.根据权利要求2所述的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述橡胶的侧面与所述芯轴的表面的角度为30°～70°。

4.根据权利要求1所述的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述橡胶与外套相接触的表面的长度为所述外套长度的50％～80％。

5.根据权利要求1所述的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述橡胶与芯轴相接触的表面的长度为所述芯轴长度的90％以上。

6.根据权利要求1所述的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述橡胶与所述外套接触处设置有倒角，所述倒角的尺寸为R0.5～R4。

7.根据权利要求1～6任一项所述的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于，所述橡胶上还设置有孔结构。