CN107697089A - 一种提高扭杆衬套耐磨性的方法及扭杆衬套 - Google Patents
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Abstract
一种提高扭杆衬套耐磨性的方法及扭杆衬套，将扭杆衬套设计成外部为定位套、内部为摩擦套、一端有密封圈的结构，使用摩擦套实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，使用定位套实现垂向、纵向及偏转方向柔性定位，使用密封圈保护摩擦套与扭杆轴之间的配合面。本发明的扭杆衬套通过摩擦套与扭杆轴接触来实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，降低磨耗，提高产品寿命；通过定位套实现垂向、纵向及偏转方向柔性定位，并确保一定的定位刚度；通过密封圈保护摩擦套与扭杆轴之间的配合面，改善摩擦工况，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高扭杆衬套耐磨性的方法及扭杆衬套，属于轨道车辆技术领域。
背景技术
抗侧滚扭杆系统是保证高速列车平稳运行的装置之一，能够使高速列车获得良好的抗侧滚性能，使乘客享有较高的舒适度。在抗侧滚扭杆系统中，扭杆通过耐磨衬套与球铰配合，即在扭杆轴与转向架构架之间安装扭杆衬套，对扭杆轴实现弹性支撑和柔性定位功能，当车辆通过曲线时，扭杆轴发生周向扭转，与衬套耐磨套相互滚动摩擦。因此，扭杆衬套需承受径向、轴向等多方向载荷，对衬套的耐磨强度要求较高，同时压入球铰对增强层的力学性能要求较高。当扭杆衬套产品设计不合理时，将导致耐磨套寿命过短，耐磨套窜出，扭杆轴磨损等问题，进而影响列车的抗侧滚性能。
如专利号CN201010285540.0，名称为“列车转向架抗侧滚扭杆的弹性衬套”的发明专利公开了一种列车转向架抗侧滚扭杆的弹性衬套。它包括两对称的、不相连的半圆形衬套组件。每个半圆形衬套组件从外向内依次为外套、橡胶层I、内套、橡胶层II。外套外圈上开有壁孔，圆柱销嵌装在壁孔中后再与外套相焊接。外套和内套由橡胶层I的橡胶硫化固接成一体。内套内圈上由橡胶硫化固接一层橡胶层II。所述的外套、内套和圆柱销均由金属材料制成。本发明的优点是提供了一种能辅助列车转向，结构简单，震动小，噪音低，列车柔性结构好，列车运行品质高的一种列车转向架抗侧滚扭杆的弹性衬套。此衬套由于包括两个对称的、不相连的半圆形衬套组件，而这种非整体圆构成的结构在使用过程中容易变形进而影响使用时的性能。
另外，本申请人公开的名称为“抗侧滚扭杆复合材料衬套的研制及性能”（王虎,黄河, 郑永,等. 抗侧滚扭杆复合材料衬套的研制及性能[J]. 塑料工业, 2017, 45(2):125-128. ）的文献资料结合高速列车抗侧滚扭杆衬套的技术要求，运用缠绕成型方法研制了扭杆复合材料衬套，并对其热稳定性、力学性能以及疲劳性能进行测试。结果表明，复合材料衬套具有优良的热稳定性及力学性能，而且满足衬套工作所需的耐磨性要求及疲劳要求。此文献仅涉及到扭杆衬套的材料与成型工艺，没有涉及到具体结构。
因此，需要改进的方法和结构来提高扭杆衬套的耐磨性。
发明内容
本发明针对当前扭杆衬套使用性能不佳的问题提出了一种提高扭杆衬套耐磨性的方法及扭杆衬套，既保证使用时的定位刚度，同时也改善扭杆衬套与扭杆轴之间的摩擦工况，降低摩擦损耗，提高产品的寿命。
本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种提高扭杆衬套耐磨性的方法，将扭杆衬套设计成外部为定位套、内部为摩擦套、一端有密封圈的结构，使用摩擦套实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，使用定位套实现垂向、纵向及偏转方向柔性定位，使用密封圈保护摩擦套与扭杆轴之间的配合面。
进一步地，定位套为外部为金属外套、中间为橡胶中套、内部为金属内套的结构，通过在金属内套的一端靠近端部的内侧设置环形凹槽，在密封圈外侧的相应位置设置环形凸槽，将密封圈的环形凸槽压入金属内套的环形凹槽后将密封圈固定在扭杆衬套的一端以进行密封。
进一步地，摩擦套为外部为增强层、内部为摩擦层的结构，摩擦层包括整体式摩擦层和分段式摩擦层两种结构，整体式摩擦层整体承载面大，单位面积受力小，使用寿命高；分段式摩擦层中有空隙圈，在恶劣的运行环境中使用，空隙圈用于储存异物，避免异物对扭杆轴及摩擦套的损害。
进一步地，摩擦套的外径大于定位套的内径，当摩擦套压入定位套后摩擦套与定位套之间过盈配合，过盈力大于扭杆轴横向运动施加给摩擦套的横向摩擦力，摩擦套与扭杆轴之间为间隙滑动配合。
进一步地，密封圈与扭杆轴之间为过盈配合以保证密封效果。
进一步地，摩擦层的厚度为0.5-1.5mm。
进一步地，摩擦层材料包括聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、尼龙。
进一步地，增强层材料包括玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、聚芳酰胺纤维。
一种扭杆衬套，包括定位套、摩擦套和密封圈，其中定位套、摩擦套和密封圈均为圆筒状，摩擦套和密封圈均位于定位套的内部，且摩擦套的高度小于定位套的高度，密封圈位于定位套高出摩擦套的位置，密封圈与摩擦套相邻。
进一步地，定位套包括金属外套、橡胶中套和金属内套，橡胶中套位于金属外套内部，金属内套位于橡胶中套内部，且金属内套高出摩擦套的位置靠近端部的内侧设有环形凹槽，密封圈外侧的相应位置设有环形凸槽，环形凹槽与环形凸槽相匹配。
进一步地，摩擦套包括增强层和摩擦层，摩擦层位于增强层的内部，摩擦层厚度为0.5-1.5mm。
进一步地，摩擦层为整体式摩擦层，为一个整体的圆筒。
进一步地，摩擦层为分段式摩擦层，分段式摩擦层的两端为圆筒状，中间位置有用于储存异物的环形空隙圈。
进一步地，定位套的内径小于摩擦套的外径，定位套与摩擦套之间过盈配合。
进一步地，密封圈的内径小于扭杆轴的外径，密封圈与扭杆轴之间过盈配合。
本发明的有益效果是：
1. 本发明的扭杆衬套通过摩擦套与扭杆轴接触来实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，降低磨耗，提高产品寿命；通过定位套实现垂向、纵向及偏转方向柔性定位，并确保一定的定位刚度；通过密封圈保护摩擦套与扭杆轴之间的配合面，改善摩擦工况，提高使用寿命。
2. 本发明的摩擦层包括整体式摩擦层和分段式摩擦层两种方案，整体式摩擦层承载面积大，单位面积承受的压力小，有利于提高产品的使用寿命；分段式摩擦层适用于恶劣的运行环境中，可将飞沙杂质等异物存储在中间的空隙圈中，避免异物对扭杆轴及摩擦套的损害；因此可以根据车辆的实际运行环境灵活选取合适的方案。
3. 本发明摩擦套外径与定位套内径过盈设计，确保过盈力能大于扭杆轴横向运动施加给摩擦套的横向摩擦力，避免在车辆运行过程中摩擦套窜出。
4. 本发明通过在金属内套内侧设计环形凹槽，在密封圈外侧设置环形凸槽，通过环形凹槽尺寸设计使密封圈装配完成后与扭杆轴实现小过盈配合，确保密封效果，防止异物进入摩擦套与扭杆轴之间的对磨面，损坏扭杆轴及摩擦套，同时实现防窜出效果。
附图说明
图1为实施例一扭杆衬套轴向剖视示意图；
图2为本发明金属内套轴向剖视示意图；
图3为本发明密封圈轴向剖视示意图；
图4为实施例一摩擦套轴向局部剖视示意图；
图5为实施例二摩擦套轴向局部剖视示意图；
图中：1.定位套，11.金属外套，12.橡胶中套，13.金属内套，131.环形凹槽，2.摩擦套，21.增强层，22.摩擦层，221.整体式摩擦层，222.分段式摩擦层，223.空隙圈，3.密封圈，31.环形凸槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例一
如图1-4所示，一种扭杆衬套，包括定位套1、摩擦套2和密封圈3，其中定位套1、摩擦套2和密封圈3均为圆筒状，摩擦套2和密封圈3均位于定位套1的内部，且摩擦套2的高度小于定位套1的高度，密封圈3位于定位套1高出摩擦套2的位置，密封圈3与摩擦套2相邻。
将扭杆衬套设计成由定位套1、摩擦套2和密封圈3组合而成的结构，摩擦套2用于与扭杆轴接触以实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，定位套1用于对摩擦套2进行支撑定位以降低车辆运行过程中对摩擦套2的损耗、提高扭杆衬套的使用寿命，密封3对摩擦套2和扭杆轴之间的配合面进行密封保护，避免异物落入摩擦套2和扭杆轴之间的配合面而对扭杆轴和摩擦套2带来损害。
定位套1包括金属外套11、橡胶中套12和金属内套13，橡胶中套12位于金属外套11内部，金属内套13位于橡胶中套12内部，且金属内套13高出摩擦套2的位置靠近端部的内侧设有环形凹槽131，密封圈3外侧的相应位置设有环形凸槽31，环形凹槽131与环形凸槽31相匹配。
通过在金属内套13内侧设置环形凹槽131，在密封圈3外侧设置环形凸槽31，将密封圈3的环形凸槽31嵌入金属内套13的环形凹槽131，避免在车辆运行过程中密封圈3从金属内套13中窜出。
摩擦套2包括增强层21和摩擦层22，摩擦层22位于增强层21的内部，摩擦层22厚度为0.5-1.5mm。控制摩擦套2的厚度以在满足扭杆衬套整体尺寸要求的情况下尽可能加大定位套1的厚度，以提高产品的使用寿命。
摩擦层22为整体式摩擦层221，为一个整体的圆筒。整体式摩擦层221通过整个内部的面与扭杆轴接触，整体承载面积大，单位面积上承受的压力小，因而磨损较慢，使用的寿命较长。
定位套1的内径小于摩擦套2的外径，定位套1与摩擦套2之间过盈配合。当车辆通过曲线时，扭杆轴发生周向扭转，扭杆轴的横向运动会施加给摩擦套横向摩擦力，定位套1与摩擦套2之间过盈配合，合理设计定位套1与摩擦套2之间的过盈装配尺寸，保证定位套1与摩擦套2之间的过盈力大于扭杆轴与摩擦套2之间的横向摩擦力，避免摩擦套2从定位套1中窜出。
密封圈3的内径小于扭杆轴的外径，密封圈3与扭杆轴之间小过盈配合。密封圈3与扭杆轴之间过盈配合能够更好地实现密封的效果，防止异物进入摩擦套2与扭杆轴之间的对磨面，损坏扭杆轴及摩擦套2，同时也进一步实现密封圈3的防窜出效果。
实施例二
本实施例与上述实施例的不同之处在于：如图5所示，摩擦层22为分段式摩擦层222，分段式摩擦层222的两端为圆筒状，中间位置有用于储存异物的环形空隙圈223。当车辆的运行环境恶劣时，飞沙杂质等异物会随着扭杆轴进入扭杆轴与摩擦层22之间的接触面，加大扭杆轴与摩擦层22之间的摩擦损耗，在分段式摩擦层222中，由于中间有空隙圈223，飞沙杂质等异物随着扭杆轴的运动而落入空隙圈223并存储于其中，避免杂质在接触面内四处运动造成对扭杆轴及摩擦套2的损害。
上述实施例还涉及一种提高扭杆衬套耐磨性的方法，将扭杆衬套设计成外部为定位套1、内部为摩擦套2、一端有密封圈3的结构，使用摩擦套2实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，使用定位套1实现垂向、纵向及偏转方向柔性定位，使用密封圈3保护摩擦套2与扭杆轴之间的配合面。将扭杆衬套设计成由定位套1、摩擦套2和密封圈3组合而成的结构，当将扭杆衬套安装到扭杆轴与转向架构架之间以后，摩擦套2与扭杆轴接触，定位套1进行定位支撑，扭杆衬套的一端用螺帽密封，另一端的密封圈进行密封保护，避免异物落入，延长了扭杆衬套的使用寿命。
定位套1为外部为金属外套11、中间为橡胶中套12、内部为金属内套13的结构，通过在金属内套13的一端靠近端部的内侧设置环形凹槽131，在密封圈3外侧的相应位置设置环形凸槽31，将密封圈3的环形凸槽31压入金属内套13的环形凹槽131后将密封圈3固定在扭杆衬套的一端以进行密封。环形凹槽131与环形凸槽31相互匹配，在车辆运行过程中，扭杆轴横向运动时，环形凹槽131为环形凸槽31提供一个横向的反作用力，避免摩擦套2从定位套1中窜出。
摩擦套2为外部为增强层21、内部为摩擦层22的结构，摩擦层22包括整体式摩擦层221和分段式摩擦层222两种结构，整体式摩擦层221整体承载面大，单位面积受力小，使用寿命高；分段式摩擦层222中有空隙圈223，在恶劣的运行环境中使用，空隙圈223用于储存异物，避免异物对扭杆轴及摩擦套2的损害。摩擦套2的摩擦层22可以根据不同的方案进行设计，在实际使用中可以根据列车的运行环境选择合适的类型，以获得最佳的使用性能，当列车运行环境较好时，采用整体式摩擦层221，当列车运行环境恶劣时，采用分段式摩擦层222。
摩擦套2的外径大于定位套1的内径，当摩擦套2压入定位套1后摩擦套2与定位套1之间过盈配合，过盈力大于扭杆轴横向运动施加给摩擦套2的横向摩擦力，摩擦套2与扭杆轴之间小间隙滑动配合。摩擦套2与定位套1之间的过盈力大于扭杆轴横向运动施加给摩擦套2的横向摩擦力时，可以避免摩擦套2从定位套1中窜出。
密封圈3与扭杆轴之间小过盈配合以保证密封效果。密封圈3与扭杆轴之间过盈配合既可以保证密封效果，又同时能实现防窜出效果。
摩擦层22的厚度为0.5-1.5mm。控制摩擦套2的厚度以在满足扭杆衬套整体尺寸要求的情况下尽可能加大定位套1的厚度，以提高产品的使用寿命。
摩擦层22材料包括聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、尼龙。采用低磨耗低摩擦系数的材料作为摩擦层22，避免在使用过程中由于扭杆轴与摩擦层22之间频繁摩擦而损耗过快，提高扭杆衬套的使用寿命。
增强层21材料包括玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、聚芳酰胺纤维。采用高强度材料作为增强层21以实现摩擦套2的高强度及轻质化，有效改善聚摩擦层22强度较低的缺点。
由此可见，本发明具有以下有益效果：
1. 本发明的扭杆衬套通过摩擦套与扭杆轴接触来实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，降低磨耗，提高产品寿命；通过定位套实现垂向、纵向及偏转方向柔性定位，并确保一定的定位刚度；通过密封圈保护摩擦套与扭杆轴之间的配合面，改善摩擦工况，提高使用寿命。
2. 本发明的摩擦层包括整体式摩擦层和分段式摩擦层两种方案，整体式摩擦层承载面积大，单位面积承受的压力小，有利于提高产品的使用寿命；分段式摩擦层适用于恶劣的运行环境中，可将飞沙杂质等异物存储在中间的空隙圈中，避免异物对扭杆轴及摩擦套的损害；因此可以根据车辆的实际运行环境灵活选取合适的方案。
3. 本发明摩擦套外径与定位套内径过盈设计，确保过盈力能大于扭杆轴横向运动施加给摩擦套的横向摩擦力，避免在车辆运行过程中摩擦套窜出。
4. 本发明通过在金属内套内侧设计环形凹槽，在密封圈外侧设置环形凸槽，通过环形凹槽尺寸设计使密封圈装配完成后与扭杆轴实现小过盈配合，确保密封效果，防止异物进入摩擦套与扭杆轴之间的对磨面，损坏扭杆轴及摩擦套，同时实现防窜出效果。
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 (10)
1.一种提高扭杆衬套耐磨性的方法，其特征在于：将扭杆衬套设计成外部为定位套（1）、内部为摩擦套（2）、一端有密封圈（3）的结构，使用摩擦套（2）实现扭转及轴向方向的低阻力自由运动，使用定位套（1）实现垂向、纵向及偏转方向柔性定位，使用密封圈（3）保护摩擦套（2）与扭杆轴之间的配合面。
2.如权利要求1所述的提高扭杆衬套耐磨性的方法，其特征在于：所述定位套（1）为外部为金属外套（11）、橡胶中套（12、）内部为金属内套（13）的结构，通过在金属内套（13）的一端靠近端部的内侧设置环形凹槽（131），在密封圈（3）外侧的相应位置设置环形凸槽（31），将密封圈（3）的环形凸槽（31）压入金属内套（13）的环形凹槽（131）后将密封圈（3）固定在扭杆衬套的一端以进行密封。
3.如权利要求1所述的提高扭杆衬套耐磨性的方法，其特征在于：所述摩擦套（2）为外部为增强层（21）、内部为摩擦层（22）的结构，摩擦层（22）包括整体式摩擦层（221）和分段式摩擦层（222）两种结构，整体式摩擦层（221）整体承载面大，单位面积受力小，使用寿命高；分段式摩擦层（222）中有空隙圈（223），在恶劣的运行环境中使用，空隙圈（223）用于储存异物，避免异物对扭杆轴及摩擦套（2）的损害。
4.如权利要求1所述的提高扭杆衬套耐磨性的方法，其特征在于：所述摩擦套（2）的外径大于定位套（1）的内径，当摩擦套（2）压入定位套（1）后摩擦套（2）与定位套（1）之间过盈配合，过盈力大于扭杆轴横向运动施加给摩擦套（2）的横向摩擦力，摩擦套（2）与扭杆轴之间为间隙滑动配合。
5.一种扭杆衬套，其特征在于：包括定位套（1）、摩擦套（2）和密封圈（3），其中定位套（1）、摩擦套（2）和密封圈（3）均为圆筒状，摩擦套（2）和密封圈（3）均位于定位套（1）的内部，且摩擦套（2）的高度小于定位套（1）的高度，密封圈（3）位于定位套（1）高出摩擦套（2）的位置，密封圈（3）与摩擦套（2）相邻。
6.如权利要求5所述的扭杆衬套，其特征在于：所述定位套（1）包括金属外套（11）、橡胶中套（12）和金属内套（13），金属内套（13）位于橡胶内套（12）内部，且金属内套（13）高出摩擦套（2）的位置靠近端部的内侧设有环形凹槽（131），密封圈（3）外侧的相应位置设有环形凸槽（31），环形凹槽（131）与环形凸槽（31）相匹配。
7.如权利要求5所述的扭杆衬套，其特征在于：所述摩擦套（2）包括增强层（21）和摩擦层（22），摩擦层（22）位于增强层（21）的内部，摩擦层（22）厚度为0.5-1.5mm。
8.如权利要求7所述的扭杆衬套，其特征在于：所述摩擦层（22）为整体式摩擦层（221），为一个整体的圆筒；
或者摩擦层（22）为分段式摩擦层（222），分段式摩擦层（222）的两端为圆筒状，中间位置有用于储存异物的环形空隙圈（223）。
9.如权利要求5所述的扭杆衬套，其特征在于：所述定位套（1）的内径小于摩擦套（2）的外径，定位套（1）与摩擦套（2）之间过盈配合。
10.如权利要求5所述的扭杆衬套，其特征在于：所述密封圈（3）的内径小于扭杆轴的外径，密封圈（3）与扭杆轴之间过盈配合。
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