CN107387628B - 一种动车转向架用电机节点及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动车转向架用电机节点及其制造方法，其中电机节点包括金属芯轴、第一层金属外套、第二层金属外套、多层金属隔套、多层弹性橡胶体，多层弹性橡胶体与金属芯轴、多层金属隔套、第一层金属外套通过硫化成为弹性体，弹性体是被压入第二层金属外套内的；金属隔套、弹性橡胶体和第一层金属外套均为两瓣式结构；弹性体压入第二层金属外套中，并对弹性橡胶体产生预压缩应力，两瓣式的金属隔套及弹性橡胶体之间形成了空气隔离段一和空气隔离段二，沿金属芯轴径向，空气隔离段一和空气隔离段二的截面均设置为扇形，且每个空气隔离段的扇形截面均是沿从金属芯轴朝第二层金属外套的方向逐渐扩大张开的。本发明提高了产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机节点及其制造方法，尤其涉及一种动车转向架用电机节点及其制造方法。
背景技术
为了能够适应中国的高速铁路运营环境和条件，满足更为多样化、长距离、长时间、连续高速运营等需求，打造适合中国国情、路情的高速动车组的设计、制造平台，实现高速动车组技术全面自主化，铁路总公司启动标准动车组车型研制工作。现有运行的CRH动车组均为在引进进口动车组基础上改进提高，混合了欧标和日标，又在中国环境产生一些中国特征，而新研制的标准动车组增加了兼容性及不脱轨功能，统一标准，在充分总结现有动车组经验基础上，结合中国实际运用的一些需求，形成鲜明而全面的中国特征，冠名中国标准，比现有动车组技术上的欧标和日标更高级，代表目前世界动车组技术的最高标准。
电机节点是安装在动车转向架构架与电机之间的一个部件，其起到了电机的弹性吊挂及柔性定位等作用，在车辆过曲线时，实现电机的横向自由摆动保护内部部件，在直线运行时对电机的纵向运动起缓冲限制左右。
因此，电机节点需要具有合适的轴向刚度和径向刚度。若产品轴向刚度过大，车辆过曲线时电机无法自由摆动，附加力矩过大易损坏电机内部电气部件。若产品径向刚度过小，则车辆启动及制动过程中电机无法有效定位，电机超出限界与其他部件干涉形成撞击，损坏电机及干涉部件。
为保证电机节点具有合适的轴向刚度和径向刚度，申请人在先申请的一篇实用新型专利（授权公告号为CN202118165U,授权公告日为2012年1月18日）公开了一种球铰类橡胶弹性元件，包括金属芯轴、第一层金属外套、第二层金属外套、金属隔套、弹性橡胶体，弹性橡胶体与金属芯轴、金属隔套、第一层金属外套通过硫化成为弹性体，弹性体是被压入第二层金属外套内的；金属隔套为二层以上；每层金属隔套长度依次递减；弹性体通过工装将两瓣的第一层金属外套合拢后压入第二层金属外套，并对弹性橡胶体产生预压缩应力。
但是，在上述专利文献中，弹性橡胶体与金属芯轴、金属隔套、第一层金属外套是硫化在一起的，由于存在空气隔离段，弹性橡胶体和金属隔套都是分瓣结构，因此，在最内层的弹性橡胶体与金属芯轴之间的有效粘接面积就减少了，从而对产品的质量造成影响。
综上，如何设计一种动车转向架用电机节点及其制造方法，使得动车转向架用电机节点既能具有合适的轴向刚度和径向刚度，又能增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴之间的有效粘接面积，提高产品质量是急需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种动车转向架用电机节点及其制造方法，其既具有合适的轴向刚度和径向刚度，又能增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴之间的有效粘接面积，提高了产品质量。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种动车转向架用电机节点，包括金属芯轴、第一层金属外套、第二层金属外套、多层金属隔套、多层弹性橡胶体，多层弹性橡胶体与金属芯轴、多层金属隔套、第一层金属外套通过硫化成为弹性体，弹性体是被压入第二层金属外套内的；金属隔套、弹性橡胶体和第一层金属外套均为两瓣式结构；弹性体压入第二层金属外套中，并对弹性橡胶体产生预压缩应力，两瓣式的金属隔套及弹性橡胶体之间形成了空气隔离段一和空气隔离段二，沿金属芯轴径向，空气隔离段一和空气隔离段二的截面均设置为扇形，且每个空气隔离段的扇形截面均是沿从金属芯轴朝第二层金属外套的方向逐渐扩大张开的。
优选的，空气隔离段一的圆心角和空气隔离段二的圆心角均设置为10度至90度。
优选的，两瓣结构的第一层金属外套的弧长之和大于第二层金属外套的内直径。
优选的，每层金属隔套的长度沿从金属芯轴朝第二层金属外套的方向逐依次递减，相邻两层金属隔套的长度之差大于设置在所述相邻两层金属隔套之间的弹性橡胶体的厚度。
优选的，空气隔离段一和空气隔离段二之间的连线与水平面之间的夹角为90度。
本发明还公开一种动车转向架用电机节点的制造方法，所述动车转向架用电机节点包括金属芯轴、第一层金属外套、第二层金属外套、多层金属隔套、多层弹性橡胶体，制造时，先将多层弹性橡胶体与金属芯轴、多层金属隔套、第一层金属外套通过硫化成为弹性体，再将弹性体压装到第二层金属外套内的；金属隔套、弹性橡胶体和第一层金属外套均为两瓣式结构；弹性体压入第二层金属外套中，并对弹性橡胶体产生预压缩应力，两瓣式的金属隔套及弹性橡胶体之间形成了空气隔离段一和空气隔离段二，弹性体硫化后，弹性体中空气隔离段一和空气隔离段二沿金属芯轴径向的截面均为扇形，且每个空气隔离段的扇形截面均是沿从金属芯轴朝第二层金属外套的方向逐渐扩大张开的。
优选的，弹性体硫化后，多层弹性橡胶体、多层金属隔套和第一层金属外套均设置为偏心圆状，当弹性体压装到第二层金属外套中后，多层弹性橡胶体、多层金属隔套、第一层金属外套和第二层金属外套之间形成同心圆。
优选的，根据不同工况，通过调整空气隔离段一的圆心角和空气隔离段二的圆心角来调整动车转向架用电机节点的空向刚度和实向刚度。
优选的，两瓣结构的第一层金属外套的弧长之和大于第二层金属外套的内直径。
优选的，通过调整每层弹性橡胶体的内径、外径和长度对各层弹性橡胶体的应力进行调整，使得每层弹性橡胶体的应力相等。
本发明的有益效果在于：本发明将空气隔离段一和空气隔离段二的截面均设置为扇形，这样在增加了最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处的有效粘接面积的同时也增加了最外层弹性橡胶体处的空气隔离段的间隙，利用此增加的间隙弥补了为增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处的有效粘接面积时减小的间隙，从而使得本发明既具有合适的轴向刚度和径向刚度，又能增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴之间的有效粘接面积，提高了产品质量。通过调整空气隔离段一的圆心角α1和空气隔离段二的圆心角α2来调整动车转向架用电机节点的空向（Y-Y）刚度和实向(X-X)刚度,从而使得本发明能够在各种不同工况下，都具有合适的空向刚度和实向刚度。通过设置两瓣结构的第一层金属外套的弧长与第二层金属外套的内直径之间的结构关系，将弹性体和第二层金属外套之间的配合方式从橡胶过盈更改为金属过盈，从而避免了在工作过程中因橡胶蠕变、老化，弹性体从第二层金属外套中窜出的问题发生，进一步提高了产品的质量和使用寿命。通过设置相邻两层金属隔套的长度之差与所述相邻两层金属隔套之间的弹性橡胶体的厚度之间的结构关系，能避免产品轴向大位移时出现轴向失稳的问题。通过调整每层弹性橡胶体的内径、外径和沿金属芯轴轴向的长度对各层弹性橡胶体的应力进行调整，能实现各层薄壁橡胶层件的等应力设计，使得每层弹性橡胶体的应力相等或相近，有效的提高了产品的使用寿命即可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中动车转向架用电机节点的主视结构示意图；
图2为本发明实施例中动车转向架用电机节点沿轴向的剖视结构示意图；
图3为本发明实施例中弹性体的主视结构示意图；
图4为本发明实施例中第二金属外套的主视结构示意图；
图中：1. 金属芯轴，2. 第一层金属外套，3. 第二层金属外套，4. 金属隔套，5.弹性橡胶体，6. 弹性体，7. 空气隔离段一，8. 空气隔离段二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。
实施例：如图1至图3所示，一种动车转向架用电机节点，包括金属芯轴1、第一层金属外套2、第二层金属外套3、多层金属隔套4、多层弹性橡胶体5，多层弹性橡胶体5与金属芯轴1、多层金属隔套4、第一层金属外套2通过硫化成为弹性体6，弹性体6是被压入第二层金属外套3内的；金属隔套4、弹性橡胶体5和第一层金属外套2均为两瓣式结构；弹性体6通过工装将两瓣的第一层金属外套2合拢后压入第二层金属外套3中，并对弹性橡胶体5产生预压缩应力，两瓣式的金属隔套4及弹性橡胶体5之间形成了空气隔离段一7和空气隔离段二8，沿金属芯轴1径向，空气隔离段一7和空气隔离段二8的截面均设置为扇形，且每个空气隔离段的扇形截面均是沿从金属芯轴1朝第二层金属外套3的方向逐渐扩大张开的，即扇形截面的小头端位于靠近金属芯轴1一侧，扇形截面的大头端位于靠近第二金属外套3一侧。为了增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处（即图中A处）的有效粘接面积，就不可避免的也会减小最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处（即图中A处）的空气隔离段间隙，这样虽然增加了有效粘接面积，但是无法保证产品具有合适的轴向刚度和径向刚度，因此，本实施例将空气隔离段一和空气隔离段二的截面均设置为扇形，利用扇形的两侧斜面形状，在增加了最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处（即图中A处）的有效粘接面积的同时也增加了最外层弹性橡胶体处（即图中B处）的空气隔离段的间隙，利用此处（即图中B处）增加的空气隔离段间隙弥补了为增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处（即图中A处）的有效粘接面积时减少的空气隔离段间隙，从而使得本实施例既具有合适的轴向刚度和径向刚度，又能增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴之间的有效粘接面积，提高了产品质量。
当空气隔离段一7和空气隔离段二8设置成扇形后，扇形的空气隔离段一7会形成一个圆心角α1，扇形的空气隔离段二8会形成一个圆心角α2，本实施例根据不同的工况，如不同的安装形式，能够通过调整空气隔离段一的圆心角α1和空气隔离段二的圆心角α2来调整动车转向架用电机节点的空向（Y-Y）刚度和实向(X-X)刚度,从而使得本实施例能够在各种不同工况下，都具有合适的空向刚度和实向刚度。在本实施例中，空气隔离段一的圆心角α1和空气隔离段二的圆心角α2均设置为10度、40度或90度。
如图3和图4所示，两瓣结构的第一层金属外套2包括半套一211和半套二212，半套一211和半套二212的弧长均为L，第二层金属外套3的内直径为D,在本实施例中，两瓣结构的第一层金属外套2的弧长之和大于第二层金属外套3的内直径，即2L＞D。这是因为在现有技术中，当将弹性体压装到第二层金属外套中时，是通过橡胶过盈完成的，但是橡胶具有蠕变、老化等特性，这样在使用一段时间后，橡胶过盈力就会减小，从而在使用过程中，弹性体有可能从第二层金属外套中窜出。弹性体6在压装前，半套一211和半套二212之间是具有间隙H的，压装时，两瓣结构的第一层金属外套合拢，即H=0，本实施例通过设置两瓣结构的第一层金属外套的弧长之和大于第二层金属外套的内直径，这样在压装时，即H=0时，半套一和半套二组成的第一层金属外套与第二层金属外套之间就能实现合适的金属过盈配合，这样，弹性体与第二层金属外套之间就是通过金属过盈来进行装配的。本实施例通过设计，将弹性体和第二层金属外套之间的配合方式从橡胶过盈更改为金属过盈，从而避免了在工作过程中因橡胶蠕变、老化，弹性体从第二层金属外套中窜出的问题发生，进一步提高了产品的质量和使用寿命。
如图1和图2所示，每层金属隔套4的长度沿从金属芯轴1朝第二层金属外套3的方向逐依次递减，相邻两层金属隔套4的长度之差大于设置在所述相邻两层金属隔套4之间的弹性橡胶体5的厚度，即相邻两层金属隔套4中靠近第二层金属外套3一侧的一层金属隔套4长度为L2，相邻两层金属隔套4中靠近金属芯轴1一侧的一层金属隔套4长度为L1，上述相邻两层金属隔套4之间的弹性橡胶体5的厚度为H，则L1-L2＞H，这样设置能避免产品轴向大位移时出现轴向失稳的问题。
空气隔离段一7和空气隔离段二8之间的连线与水平面之间的夹角α3为90度。在现有技术中，空气隔离段一和空气隔离段二之间的连线与水平面之间的夹角为45 度，这样就无法根据工况对产品的Y-Y向刚度和X-X向刚度进行调整，而本实施例通过上述设置，就能灵活的对产品的Y-Y向刚度和X-X向刚度进行调整，提高了实用性。
如图1至图3所示，本实施例还公开一种动车转向架用电机节点的制造方法，所述动车转向架用电机节点包括金属芯轴1、第一层金属外套2、第二层金属外套3、多层金属隔套4、多层弹性橡胶体5，制造时，先将多层弹性橡胶体5与金属芯轴1、多层金属隔套4、第一层金属外套2通过硫化成为弹性体6，再将弹性体6压装到第二层金属外套3内的；金属隔套4、弹性橡胶体5和第一层金属外套2均为两瓣式结构；弹性体6通过工装将两瓣的第一层金属外套2合拢后压入第二层金属外套3中，并对弹性橡胶体5产生预压缩应力，两瓣式的金属隔套4及弹性橡胶体5之间形成了空气隔离段一7和空气隔离段二8，弹性体硫化后，弹性体中空气隔离段一7和空气隔离段二8沿金属芯轴径向的截面均为扇形，且每个空气隔离段的扇形截面均是沿从金属芯轴1朝第二层金属外套3的方向逐渐扩大张开的。
弹性体硫化后，多层弹性橡胶体5、多层金属隔套4和第一层金属外套2均设置为偏心圆状，当弹性体6压装到第二层金属外套3中后，多层弹性橡胶体5、多层金属隔套4、第一层金属外套2和第二层金属外套3之间形成同心圆。如果在压装前，多层弹性橡胶体、多层金属隔套和第一层金属外套之间设置为同心圆状，那么压装后就无法保证产品的同心圆度，本实施例通过在压装前将多层弹性橡胶体、多层金属隔套和第一层金属外套均设置为偏心圆状，这样就能确保弹性体压装到第二层金属外套中后，多层弹性橡胶体、多层金属隔套、第一层金属外套和第二层金属外套之间形成同心圆，消除橡胶层圆周方向的应力集中现象，改善了产品疲劳状态。
如图3所示，通过调整每层弹性橡胶体5的内径（R1）、外径(R2)和沿金属芯轴1轴向的长度对各层弹性橡胶体5的应力进行调整，使得每层弹性橡胶体的应力相等。这样设置能实现各层薄壁橡胶层件的等应力设计，使得每层弹性橡胶体的应力相等或相近，有效的提高了产品的使用寿命即可靠性。
综上，本发明将空气隔离段一和空气隔离段二的截面均设置为扇形，这样在增加了最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处的有效粘接面积的同时也增加了最外层弹性橡胶体处的空气隔离段的间隙，利用此增加的间隙弥补了为增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴相接触处的有效粘接面积时减小的间隙，从而使得本发明既具有合适的轴向刚度和径向刚度，又能增加最内层弹性橡胶体与金属芯轴之间的有效粘接面积，提高了产品质量。通过调整空气隔离段一的圆心角α1和空气隔离段二的圆心角α2来调整动车转向架用电机节点的空向（Y-Y）刚度和实向(X-X)刚度,从而使得本发明能够在各种不同工况下，都具有合适的空向刚度和实向刚度。通过设置两瓣结构的第一层金属外套的弧长与第二层金属外套的内直径之间的结构关系，将弹性体和第二层金属外套之间的配合方式从橡胶过盈更改为金属过盈，从而避免了在工作过程中因橡胶蠕变、老化，弹性体从第二层金属外套中窜出的问题发生，进一步提高了产品的质量和使用寿命。通过设置相邻两层金属隔套的长度之差与所述相邻两层金属隔套之间的弹性橡胶体的厚度之间的结构关系，能避免产品轴向大位移时出现轴向失稳的问题。通过调整每层弹性橡胶体的内径、外径和沿金属芯轴轴向的长度对各层弹性橡胶体的应力进行调整，能实现各层薄壁橡胶层件的等应力设计，使得每层弹性橡胶体的应力相等或相近，有效的提高了产品的使用寿命即可靠性。
本实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。
Claims (6)
1.一种动车转向架用电机节点，包括金属芯轴、第一层金属外套、第二层金属外套、多层金属隔套、多层弹性橡胶体，多层弹性橡胶体与金属芯轴、多层金属隔套、第一层金属外套通过硫化成为弹性体，弹性体是被压入第二层金属外套内的；金属隔套、弹性橡胶体和第一层金属外套均为两瓣式结构；弹性体压入第二层金属外套中，并对弹性橡胶体产生预压缩应力，两瓣式的金属隔套及弹性橡胶体之间形成了空气隔离段一和空气隔离段二，其特征在于：沿金属芯轴径向，空气隔离段一和空气隔离段二的截面均设置为扇形，且每个空气隔离段的扇形截面均是沿从金属芯轴朝第二层金属外套的方向逐渐扩大张开的；空气隔离段一的圆心角和空气隔离段二的圆心角均设置为10度至90度；两瓣结构的第一层金属外套的弧长之和大于第二层金属外套的内直径；每层金属隔套的长度沿从金属芯轴朝第二层金属外套的方向逐依次递减，相邻两层金属隔套的长度之差大于设置在所述相邻两层金属隔套之间的弹性橡胶体的厚度。
2.根据权利要求1所述的动车转向架用电机节点，其特征在于：空气隔离段一和空气隔离段二之间的连线与水平面之间的夹角为90度。
3.一种动车转向架用电机节点的制造方法，所述动车转向架用电机节点包括金属芯轴、第一层金属外套、第二层金属外套、多层金属隔套、多层弹性橡胶体，制造时，先将多层弹性橡胶体与金属芯轴、多层金属隔套、第一层金属外套通过硫化成为弹性体，再将弹性体压装到第二层金属外套内的；金属隔套、弹性橡胶体和第一层金属外套均为两瓣式结构；弹性体压入第二层金属外套中，并对弹性橡胶体产生预压缩应力，两瓣式的金属隔套及弹性橡胶体之间形成了空气隔离段一和空气隔离段二，其特征在于：弹性体硫化后，弹性体中空气隔离段一和空气隔离段二沿金属芯轴径向的截面均为扇形，且每个空气隔离段的扇形截面均是沿从金属芯轴朝第二层金属外套的方向逐渐扩大张开的；弹性体硫化后，多层弹性橡胶体、多层金属隔套和第一层金属外套均设置为偏心圆状，当弹性体压装到第二层金属外套中后，多层弹性橡胶体、多层金属隔套、第一层金属外套和第二层金属外套之间形成同心圆。
4.根据权利要求3所述的动车转向架用电机节点的制造方法，其特征在于：根据不同工况，通过调整空气隔离段一的圆心角和空气隔离段二的圆心角来调整动车转向架用电机节点的空向刚度和实向刚度。
5.根据权利要求3所述的动车转向架用电机节点的制造方法，其特征在于：两瓣结构的第一层金属外套的弧长之和大于第二层金属外套的内直径。
6.根据权利要求3至5中任意一项权利要求所述的动车转向架用电机节点的制造方法，其特征在于：通过调整每层弹性橡胶体的内径、外径和长度对各层弹性橡胶体的应力进行调整，使得每层弹性橡胶体的应力相等。
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