CN108216287A - 轴弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴弹簧，其具有主轴(1)；外筒(2)，其在主轴(1)的轴心(P)方向视角下中以围绕主轴(1)的状态配备；以及弹性部(3)，其在使多个弹性材料层(4a、4b、4c)和一个或者多个硬质材料壁(5a、5b)向相对于轴心(P)的径内外方向交替地层叠的状态下，插装于主轴(1)与所述外筒(2)之间，主轴(1)的外周面(1a)和外筒(2)的内周面(2a)形成为相对于轴心(P)向彼此相同的方向倾斜的圆锥面，并且外周面(1a)的倾斜角度(θ1)与内周面(2a)的倾斜角度(θ2)彼此不同。

Description

轴弹簧

技术领域

本发明涉及一种作为大型建筑机械、大型船舶、尤其是铁路车辆 用优选的轴弹簧，详细来说，涉及一种如下所述的轴弹簧，该轴弹簧 具有主轴、在主轴的轴心方向视角下以围绕主轴的状态配备的外筒、 以及弹性部，所述弹性部在使多个弹性材料层与一个或多个硬质材料 壁向相对于轴心的径内外方向交替地层叠的状态下，插装于主轴与外 筒之间。

背景技术

这种轴弹簧例如在铁路车辆中，为了吸收缓和其曲折行车、上下 活动时的冲击而插装于转向架框架与车轴侧部件之间。即，作为轴箱 支撑装置一例的轴弹簧，较多的结构为，在主轴与配置于其周围的外 筒之间，两个硬质材料壁和三个橡胶层为同心状态且在半径方向上交 替地层叠。

作为铁路车辆用轴弹簧的倾向，如果考虑良好的乘坐舒适度则期 望使弹性层弹簧常数较软，若考虑负载有超载乘车时等的较大重量的 情况下的耐载荷，则期望弹簧常数较硬。为了满足像这样相反的要求， 以往如在日本专利公开2014-073726号公报(参照图3、6)、日本专 利公开2015-169313号公报中所公开的那样，做成使主轴的外周面、 弹性层、以及外筒的内周面彼此向相同方向倾斜的倾斜型的轴弹簧。

通过做成倾斜型，能够实现如下的轴弹簧，其可获得缓冲行程越 增加，弹簧常数也越大的所谓的渐进特性，当缓冲行程较小时产生较 软的弹簧常数带来的良好的乘车感，并且，当缓冲行程较大时，即使 对于较硬的弹簧常数带来的重载荷，也能够保持平稳(日语：踏ん張 りの効く)。

近年来，为了实现重载荷时保持平稳并进一步提高乘坐舒适度， 或者能够应对在热门路线乘客人数始终较多的情况，要求例如想要提 高悬挂冲程前半部分的弹簧常数而不提高耐最大载荷等各种悬挂特 性，并且该要求水准也变得越发高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2014-073726号公报

专利文献2：日本专利公开2015-169313号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，开发提供一种轴弹簧，其是为了能够与上述 的各种悬挂特性对应并且也能够与高水准的要求特性对应而进一步 加以改进的高维轴弹簧(日语：高次元な軸ばね)。

(二)技术方案以及有益效果

本发明涉及一种轴弹簧，其特征在于，具有主轴1；外筒2，其 在所述主轴1的轴心P方向视角下以围绕所述主轴1的状态配备；以 及弹性部3，其在使多个弹性材料层4a、4b、4c和一个或者多个硬质 材料壁5a、5b在向相对于所述轴心P的径内外方向交替地层叠的状态下，插装于所述主轴1与所述外筒2之间，所述主轴1的外周面 1a与所述外筒2的内周面2a形成为相对于所述轴心P向彼此相同的 方向倾斜的圆锥面，并且所述外周面1a的倾斜角度θ1与所述内周面 2a的倾斜角度θ2彼此不同。

根据本发明，在采用层叠橡胶结构的弹性部中，使主轴的外周面 的倾斜角度与外筒的内周面的倾斜角度不同，因此相较于主轴的外周 面的倾斜角度与外筒的内周面的倾斜角度彼此相等的现有结构来说， 能够使弹性部的位移量与载荷的关系特性即渐进特性变更设定成变 缓或者变急，或使最大载荷减少或者增大的情况。

其结果为，能够提供一种高维轴弹簧，其实现重载荷时的平稳和 乘坐舒适度的进一步提高，能够与例如想要提高悬挂冲程前半部分的 弹簧常数而不提高耐最大载荷等各种悬挂特性的高水准的要求特性 相对应。

第二的本发明的特征在于，在技术方案1所述的轴弹簧中，所述 外周面1a的倾斜角度θ1设定得比所述内周面2a的倾斜角度θ2更大。

根据第二的本发明，能够提供一种轴弹簧，其能够使外周面的倾 斜角度比内周面的倾斜角度更大，使作为弹性部的体积与现有方式相 同，并且能够增强渐进特性、增大最大载荷。

第三的本发明的特征在于，在技术方案1所述的轴弹簧中，所述 硬质材料壁5a、5b相对于所述轴心P倾斜的角度θ3设定成与所述内 周面2a的倾斜角度θ2相等的角度。

第四的本发明的特征在于，在技术方案2所述的轴弹簧中，所述 硬质材料壁5a、5b相对于所述轴心P倾斜的角度θ3设定成与所述内 周面2a的倾斜角度θ2相等的角度。

第五的本发明的特征在于，在技术方案1所述的轴弹簧中，所述 硬质材料壁5a、5b相对于所述轴心P倾斜的角度θ3设定成比所述内 周面2a的倾斜角度θ2更小的角度。

第六的本发明的特征在于，在技术方案2所述的轴弹簧中，所述 硬质材料壁5a、5b相对于所述轴心P倾斜的角度θ3设定成比所述内 周面2a的倾斜角度θ2更小的角度。

通过如第三、第四的本发明那样，将硬质材料壁相对于轴心的倾 斜角度和外筒的内周面的倾斜角度设定成相等，或者如第五、第六的 本发明那样，将硬质材料壁相对于轴心的倾斜角度设定得比外筒的内 周面的倾斜角度更小，由此具有渐进特性的微减、微增等能够更细致 地进行轴弹簧的设定变更的优点。

第七的本发明的特征在于，在技术方案1～6中任意一项所述的轴 弹簧中，所述外筒2相对于所述主轴1靠近所述轴心P方向上的所述 外周面1a的前端窄小侧配置。

如第七的本发明那样，若为外筒相对于主轴在轴心方向上靠近主 轴外周面的前端窄小侧的轴弹簧，则能够进一步明确地获得技术方案 1～6的发明的任一作用效果。

附图说明

图1是实施方式1的轴弹簧的俯视图。

图2是沿“前-轴心P-右”切开图1的轴弹簧的剖视图。

图3是示出载荷与位移量的关系曲线图表的图。

图4是实施方式2的轴弹簧的依据图2的纵向剖视图。

图5是实施方式3的轴弹簧的依据图2的纵向剖视图。

图6是实施方式4的轴弹簧的依据图2的纵向剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图以铁路车辆用轴弹簧而对本发明的轴弹簧的实施 方式进行说明。

〔实施方式1〕

如图1和图2所示，铁路车辆用轴弹簧(以下简称为轴弹簧)A构 成为具有：主轴1、具有与主轴1彼此相同(或者也可以大致相同) 的纵向轴心P的外筒2、以及插装于主轴1与外筒2之间的弹性部3。 弹性部3做成使三层的弹性层4和两层的中间硬质筒5相对于轴心P以同心状态(或者也可以为大致同心状态)向径内外方向交替地层叠 的层叠橡胶结构，而构成于主轴1与外筒2之间。

在此，在图1中，将连结形成于弹性层4的贯穿孔6、7与轴心 P的线段的方向定义为左右，将连结形成于主轴1的下端部的一对螺 纹孔1g、1g的方向定义为前后。并且，在图2(图4～图6)中，将 具有轴心P的主轴1作为基准，根据主轴1的形状将前端窄小侧定义 为上，将根端扩大侧(前端窄小侧的相反侧)定义为下。

如图1、2所示，主轴1为金属制，形成为具有圆锥上部1A、凸 缘部1B、下部直筒部1C的筒状轴，其中，所述圆锥上部1A具有由 上部窄小状的圆锥面构成的倾斜外周面1a；所述凸缘部1B具有最大 径的大外周面1b，并在圆锥上部1A的下侧连续；所述下部直筒部 1C具有直径较细的小外周面1c，并在凸缘部1B的下侧连续。倾斜 外周面1a相对于轴心P以第一角度θ1倾斜。

在圆锥上部1A上形成有以轴心P为中心上端开口的中空部1d， 该中空部1d延伸设置到下部直筒部1C的上下中间位置。在下部直筒 部1C，形成有细径纵孔1f以及螺纹孔1g、1g，其中，该细径纵孔 1f具有轴心P并且下端开口，该螺纹孔1g、1g以分别配置于细径纵 孔1f的两侧的状态形成。这些细径纵孔1f和螺纹孔1g、1g在中空部 1d的漏斗状底面1e开口。

如图1、2所示，外筒2为金属制，具有由下部扩大状的圆锥面 构成的倾斜内周面2a、在倾斜内周面2a的上侧连续的嵌合内周面2b、 以及圆环状的上端面2c，外筒2形成为纵剖面形状呈“ハ”字状的 筒部件。具有轴心P的外筒2相对于主轴1靠近上侧(前端窄小侧)配置。即，以使得主轴1的上端部的高度水平与外筒2的下端部的高 度水平为大致相同的方式，使外筒2靠近上侧。

倾斜内周面2a相对于轴心P的倾斜角度即第二角度θ2设定成比 主轴1的倾斜外周面1a的第一角度θ1更小的角度。即，第一角度θ1 ＞第二角度θ2(θ1＞θ2)。例如，第一角度θ1设定成12.5度(或者 12.5度±5度)，第二角度θ2设定成10度(或者10度±5度)，也可以 是除此以外的角度。

在图2中，作为第一角度θ1的倾斜外周面1a的辅助线a与作为 第二角度θ2的倾斜内周面2a的辅助线b当然是彼此不同的角度。

如图1、2所示，弹性部3通过将弹性层4、和中间硬质筒5以 向相对于轴心P的径内外方向交替地层叠的状态插装于主轴1与外筒 2之间来构成，其中，弹性层4为呈环状且由三个橡胶层(弹性材料 层的一例)4a、4b、4c构成，中间硬质筒5为金属制或薄金属板制且由两个环形圈(硬质材料壁的一例)5a、5b构成。弹性层4在径向 上从内开始具有内橡胶层4a、中橡胶层4b、外橡胶层4c。内橡胶层 4a具有覆盖主轴1的上表面(省略标记符号)的径外侧部分的薄膜 部4h。中间硬质筒5在径向上从内开始具有内环形圈5a、外环形圈 5b。

弹性层4和中间硬质筒5相对于轴心P向与主轴1的倾斜外周面 1a、外筒2的倾斜内周面2a相同的方向倾斜。并且，内和外的各环 形圈5a、5b相对于轴心P倾斜的第三角度θ3设定成与第二角度θ2 相同的角度。

在图2中，标注箭头标记表示倾斜内周面2a的辅助线b、内环 形圈5a的辅助线c、以及外环形圈5b的辅助线d是相互平行的。

内橡胶层4a、中橡胶层4b以及外橡胶层4c，它们的下端部的厚 度(径向厚度)彼此均相同(或者大致相同)，但并不限于此。在图 2中，构成为，若将连结各橡胶层4a～4c的下端面的最向上方凹入的 位置的线段作为辅助线e，则各橡胶层4a～4c在辅助线e上的宽度相 同或者大致相同。

另外，内环形圈5a相对于主轴1靠近上侧(前端窄小侧)，外环 形圈5b相对于内环形圈5a靠近上侧(前端窄小侧)，外筒2相对于 外环形圈5b靠近上侧(前端窄小侧)。

如图1、图2所示，在外橡胶层4c和中橡胶层4b中，在左右方 向上配置的各一对贯穿孔6、7以上下贯通状态形成。如图1所示， 若画出将外和中的各贯穿孔6、7的宽度方向端(相对于轴心P的周 向端)连结并穿过轴心P的辅助线f、g，则各贯穿孔6、7的宽度角 度均为彼此相等的第六角度θ6。一条辅助线g为也穿过外筒2的一 对安装用螺纹部8、8的中心的状态。第六角度θ6在前后按照相等的 角度分配。为了外筒2和各中间硬质筒5、5的防锈，各贯穿孔6、7 在径向上残留橡胶膜4g并具有大致接近橡胶层4c、4b的径向宽度的 宽度。

然而，若对外筒2作用载荷，则弹性部3在外筒2相对于主轴1 下降的方向上弹性变形并悬挂。对于由倾斜外周面1a和倾斜内周面 2a夹持的弹性部3，除了剪切载荷之外还作用压缩载荷，在这种结构 的基础上，可获得随着轴心P方向的位移量增加而使弹性部3的弹簧 常数也增加的非线性特性，所谓的渐进特性。

由于将倾斜外周面1a的第一角度θ1设置成比倾斜内周面2a的 第二角度θ2更大的(放躺的)角度，因此当作用有使外筒2和主轴 1在轴心P方向上接近的方向的载荷时，与现有结构的弹性部(倾斜 外周面1a的角度与倾斜内周面2a的角度均为第二角度θ2)相比，可获得在位移量整体上弹簧常数变大的特性。尤其是最大载荷时等的载 荷变大的情况下的弹簧常数的增加显著。

对于弹性层4来说，对于轴心P方向的载荷，因耐剪切力和耐压 缩力双方而进行弹性位移，使第一角度θ1比第二角度θ2更大(放躺)， 因此与现有结构的弹性部相比，耐压缩力的比例增大，并且能够使随 着位移量增加而弹簧常数增加的程度即渐进特性变得激烈(剧烈)。 在实施方式1的轴弹簧A中，由于与现有结构相比仅内橡胶层4c不 同，因此弹簧常数的增加程度在位移量(冲程)的后半部、最大位移 量附近更加显著。并且，能够使作为弹性部3的最大位移量时的最大 载荷比现有结构更大。

图3中示出表示实施方式1的轴弹簧A的载荷与位移量的关系 的载荷-位移量曲线图的一例。线(a)表示倾斜外周面1a的第一角 度θ1与倾斜内周面2a的第二角度θ2彼此相等的现有的轴弹簧，线 (b)表示实施方式1的轴弹簧A。从图3的曲线图中可以读取到， 在现有的轴弹簧和实施方式1的轴弹簧中，上述特性即弹簧常数和最 大载荷都是实施方式1的轴弹簧A较大、且弹簧常数的增加程度随 着位移量变大而变大。

由于使两个环形圈5a、5b成为比倾斜外周面1a和倾斜内周面2a 更立起的角度，因此当作用有使外筒2和主轴1在轴心P方向上接近 的方向的载荷时，与现有结构的弹性部(两个环形圈5a、5b与倾斜 外周面1a和倾斜内周面2a全部为彼此相同的角度)相比，能够使作 为弹性部3的最大载荷条件不变，并使作为弹性部3的整体的弹簧常 数的增加程度变得平缓。

〔实施方式2〕

如图4所示，实施方式2的轴弹簧A的弹性部3详细来说除了内 外的环形圈5a、5b的倾斜角度不同以外，其余均与图1、2所示的实 施方式1的轴弹簧A相同。因此，在对应的位置标注相同的附图标 记，并省略说明。

弹性层4和中间硬质筒5相对于轴心P向与主轴1的倾斜外周面 1a、外筒2的倾斜内周面2a相同的方向倾斜。并且，内和外的各环 形圈5a、5b相对于轴心P倾斜的第三角度θ3设定成比第二角度θ2 更小的角度(立起的角度)。

关于第三角度θ3，例如当第二角度θ2为10度时则设定为7.5度。 除此之外，(θ2-1.5度)≧θ3≧(θ2-7.5度)，优选为(θ2-2.5度)≧θ3 ≧(θ2-4.5度)，或者也可以是除此以外的角度(θ2＞θ3)。

在图4中，用箭头标记表示内环形圈5a的辅助线c与外环形圈 5b的辅助线d是相互平行的。

内橡胶层4a、中橡胶层4b以及外橡胶层4c中，它们的下端部的 厚度(径向厚度)彼此均相同(或者大致相同)。在图4中，构成为， 若将连结各橡胶层4a～4c的下端面中最向上方凹入的位置的线段作为 辅助线e，则在各橡胶层4a～4c的辅助线e上的宽度相同或者大致相 同。

通过使两个环形圈5a、5b向比倾斜外周面1a和倾斜内周面2a 更立起的角度倾斜，从而成为外橡胶层4c上端部的厚度＜中橡胶层 4b上端部的厚度＜内橡胶层4a上端部的厚度。

由于使两个环形圈5a、5b成为比倾斜外周面1a和倾斜内周面2a 更立起的角度，因此当作用有使外筒2和主轴1在轴心P方向上接近 的方向的载荷时，与实施方式1的轴弹簧A相比，能够使作为弹性 部3的最大载荷条件不变，并使作为弹性部3的整体的弹簧常数的增加程度变得平缓。即，渐进特性在最大位移量附近比实施方式1变得 更急剧，在此之前的位移量区域中平缓〔参照图3的线(c)〕。

〔实施方式3〕

如图5所示，实施方式3的轴弹簧A除了替换了倾斜外周面1a的 第一角度θ1和倾斜内周面2a的第二角度θ2以外，其余均与图1、2 所示的实施方式1的轴弹簧A相同。因此，在对应的位置标注相同 的附图标记，并省略说明。在实施方式3的轴弹簧A中，倾斜外周 面1a的第一角度θ1与各环形圈5a、5b的第三角度θ3彼此相等 (θ1＝θ3)。

在实施方式3的轴弹簧A中，作为倾斜外周面1a的倾斜角度的 第一角度θ1设定得比作为倾斜内周面2a的倾斜角度的第二角度θ2 更小。即，第一角度θ1＜第二角度θ2(θ1＜θ2)。例如，第一角度θ1 设定成10度(或者10度±5度)，第二角度θ2设定成12.5度(或者 12.5度±5度)，也可以是除此以外的角度。

在图5中，作为第一角度θ1的倾斜外周面1a的辅助线a与作为 第二角度θ2的倾斜内周面2a的辅助线b当然是彼此不同的角度。

〔实施方式4〕

如图6所示，实施方式4的轴弹簧A除了替换了倾斜外周面1a的 第一角度θ1和倾斜内周面2a的第二角度θ2以外，其余均与图4所 示的实施方式2的轴弹簧A相同。因此，在对应的位置标注相同的 附图标记，并省略说明。在实施方式4的轴弹簧A中，倾斜外周面1a的第一角度θ1比各环形圈5a、5b的第三角度θ3更大(θ1＞θ3)。

在实施方式4的轴弹簧A中，作为倾斜外周面1a的倾斜角度的 第一角度θ1设定得比作为倾斜内周面2a的倾斜角度的第二角度θ2 更小。即，第一角度θ1＜第二角度θ2(θ1＜θ2)。例如，第一角度θ1 设定成10度(或者10度±5度)，第二角度θ2设定成12.5度(或者 12.5度±5度)，也可以是除此以外的角度。

在图6中，作为第一角度θ1的倾斜外周面1a的辅助线a与作为 第二角度θ2的倾斜内周面2a的辅助线b当然是彼此不同的角度。

Claims (7)

1.一种轴弹簧，其具有：

主轴；

外筒，其在所述主轴的轴心方向视角下以围绕所述主轴的状态配备；以及

弹性部，其在使多个弹性材料层和一个或者多个硬质材料壁向相对于所述轴心的径内外方向交替地层叠的状态下，插装于所述主轴与所述外筒之间，

所述主轴的外周面与所述外筒的内周面形成为相对于所述轴心向彼此相同的方向倾斜的圆锥面，并且所述外周面的倾斜角度与所述内周面的倾斜角度彼此不同。

2.根据权利要求1所述的轴弹簧，其特征在于，

所述外周面的倾斜角度设定得比所述内周面的倾斜角度更大。

3.根据权利要求1所述的轴弹簧，其特征在于，

所述硬质材料壁相对于所述轴心倾斜的角度设定成与所述内周面的倾斜角度相等的角度。

4.根据权利要求2所述的轴弹簧，其特征在于，

所述硬质材料壁相对于所述轴心倾斜的角度设定成与所述内周面的倾斜角度相等的角度。

5.根据权利要求1所述的轴弹簧，其特征在于，

所述硬质材料壁相对于所述轴心倾斜的角度设定成比所述内周面的倾斜角度更小的角度。

6.根据权利要求2所述的轴弹簧，其特征在于，

所述硬质材料壁相对于所述轴心倾斜的角度设定成比所述内周面的倾斜角度更小的角度。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的轴弹簧，其特征在于，

所述外筒相对于所述主轴靠近所述轴心方向上的所述外周面的前端窄小侧配置。