CN109073022B - 空气弹簧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的空气弹簧装置(10)包括：空气弹簧主体(11)，其是通过将内部封入有气体的筒状膜构件(1)的两端开口部(1a、1b)分别连结于上表面板(2)和下表面板(3)而形成的；中间构件(4)，其配置于下表面板的下方，并且在该中间构件(4)的中央部形成有在上下方向上贯通的贯通孔(4c)；主体橡胶部(5)，其将下表面板和中间构件弹性地连结在一起；支承构件(7)，其配置于中间构件的下方，在该支承构件(7)的中央部具有朝向上方突出的内侧突起(7a)；以及弹性体(6)，其将中间构件和支承构件弹性地连结在一起，贯通孔的内周面和内侧突起的外周面隔着弹性体而彼此相对。

Description

空气弹簧装置
技术领域
本发明涉及一种例如配置于铁道车辆等的车身和转向架之间的空气弹簧装置。
本申请基于2016年5月20日在日本提出申请的日本特愿2016－101349号主张优先权，将其内容引用于此。
背景技术
以往已知有一种使用于车辆的空气弹簧装置，该空气弹簧装置包括上表面板和下表面板、以及两端开口部分别连结于上表面板和下表面板这两个构件并且在内部封入有大气压以上的加压气体的筒状膜构件。
作为这种空气弹簧装置，例如如下述专利文献1所示，已知有这样的结构：在下表面板的下方具有圆板状的保持部，在该保持部和下表面板之间配置有弹性体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2012－72825号公报
发明内容
发明要解决的问题
针对配置有所述以往的空气弹簧装置的铁道车辆等而言，有时在筒状膜构件穿孔之后其仍继续行驶。为了抑制此时的车辆的上下方向上的振动，考虑通过提高弹性体的高度或者通过使用柔软的橡胶材料形成弹性体，从而降低弹性体的上下方向上的刚度。
但是，若这样降低弹性体的上下方向上的刚度，则水平方向上的刚度也下降，下表面板和保持部容易在水平方向上相对地位移，存在车辆相对于转向架的水平方向上的位置变为不稳定的可能性。
本发明即是考虑到这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制水平方向上的刚度的下降并且降低上下方向上的刚度的空气弹簧装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的空气弹簧装置包括：空气弹簧主体，其是通过将内部封入有气体的筒状膜构件的两端开口部分别连结于上表面板和下表面板而形成的；中间构件，其配置于所述下表面板的下方，并且在该中间构件的中央部形成有在上下方向上贯通的贯通孔；主体橡胶部，其将所述下表面板和所述中间构件弹性地连结在一起；支承构件，其配置于所述中间构件的下方，并且在该支承构件的中央部具有朝向上方突出的内侧突起；以及弹性体，其将所述中间构件和所述支承构件弹性地连结在一起，所述贯通孔的内周面和所述内侧突起的外周面隔着所述弹性体而彼此相对。
发明的效果
采用本发明，能够抑制空气弹簧装置的水平方向上的刚度的下降并且降低上下方向上的刚度。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的空气弹簧装置的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照图1说明本实施方式的空气弹簧装置10的结构。
如图1所示，空气弹簧装置10例如配置于铁道车辆等的未图示的车身和转向架之间，该空气弹簧装置10包括：空气弹簧主体11，其具有筒状膜构件1，该筒状膜构件1的两端开口部1a、1b分别连结于上表面板2和下表面板3，在该筒状膜构件1的内部封入有大气压以上的加压气体；中间构件4，其配置于下表面板3的下方；主体橡胶部5，其将下表面板3和中间构件4弹性地连结在一起；支承构件7，其配置于中间构件4的下方；以及弹性体6，其将中间构件4和支承构件7弹性地连结在一起。
在此，在本实施方式中，将沿着筒状膜构件1的中心轴线O的方向称作上下方向，在自中心轴线O方向观察到的俯视图中，将与中心轴线O正交的方向称作径向，将绕中心轴线O绕转的方向称作周向。
筒状膜构件1具有挠性，其例如由弹性材料形成，优选由橡胶材料等形成。在筒状膜构件1内填充有例如空气等气体，位于两端开口部1a、1b之间的中间部分1c朝向径向上的外侧鼓出。
主体橡胶部5和弹性体6由橡胶材料形成。
上表面板2形成为圆板状，配置为其轴线与中心轴线O同轴。在上表面板2的径向上的中央部形成有筒状的连通筒部2a，该连通筒部2a配置为其轴线与中心轴线O同轴，并且该连通筒部2a朝向上方延伸。连通筒部2a的下端开口部与筒状膜构件1的内部连通，在连通筒部2a的上端开口部气密地连接有例如用于将空气等气体向筒状膜构件1内供给、将空气等气体自筒状膜构件1内排出的未图示的气体供给部件、辅助罐等。
在上表面板2的下表面的径向上的中央部形成有朝向下方突出的突出部2b。突出部2b形成为偏平的圆柱状，配置为其轴线与中心轴线O同轴。筒状膜构件1的上端开口部1a气密地外嵌于突出部2b。上表面板2例如由铝合金等金属材料形成。
下表面板3形成为外径比筒状膜构件1的外径小的圆板状，配置为其轴线与中心轴线O同轴。在下表面板3的径向上的中央部形成有朝向下方突出的凸部3a。在下表面板3的外周面形成有朝向径向上的外侧突出的凸缘部3b。
在下表面板3的从凸部3a到凸缘部3b的整个下表面硫化粘接有主体橡胶部5。凸缘部3b的上表面和外周面被覆盖橡胶5b所覆盖。通过使覆盖橡胶5b覆盖凸缘部3b从而抑制筒状膜构件1与凸缘部3b接触而导致在筒状膜构件1的表面产生划伤、磨损等的情况。
主体橡胶部5形成为圆柱状，配置为其轴线与中心轴线O同轴。在主体橡胶部5的下表面形成有朝向上方凹入的凹部5a。主体橡胶部5的下端部自中间构件4的上方与中间构件4接触。
中间构件4形成为圆板状，配置为其轴线与中心轴线O同轴。中间构件4包括配置在上侧的上侧构件4a和配置在下侧的下侧构件4b。在中间构件4的径向上的中央部形成有在上下方向上将上侧构件4a和下侧构件4b一体地贯通的贯通孔4c。在上侧构件4a的上表面形成有朝向上方突出的环状体4e。环状体4e形成为以中心轴线O为中心的环状，环状体4e的内周面与主体橡胶部5的下端部的外周面接触。另外，在本实施方式中，中间构件4包括上侧构件4a和下侧构件4b，但也可以将上述上侧构件4a和下侧构件4b形成为一体。
在中间构件4的贯通孔4c的开口周缘部形成有朝向下方突出的圆筒状的外筒部4d。外筒部4d配置为其轴线与中心轴线O同轴。贯通孔4c的内周面和外筒部4d的内周面没有台阶地平滑地连接在一起。外筒部4d的内径随着朝向下方去而逐渐变大。外筒部4d的外径随着从下端部朝向上方去而逐渐变大。由此，外筒部4d的径向上的厚度随着朝向下方去而逐渐变小。此外，外筒部4d的下端开口边缘朝向下方而形成为突出的曲面状，配置于弹性体6的内部。外筒部4d的下端部的上下方向上的位置与后述的内侧突起7a的上下方向上的中央部的位置相同。
支承构件7形成为圆板状，配置为其轴线与中心轴线O同轴。在支承构件7的径向上的中央部形成有朝向上方突出的内侧突起7a。
内侧突起7a形成为随着朝向上方去而逐渐缩径的圆柱状，配置为其轴线与中心轴线O同轴。内侧突起7a的上端部的上下方向上的位置与中间构件4的贯通孔4c的上下方向上的位置相同。此外，在支承构件7的上表面硫化粘接有弹性体6，中间构件4和支承构件7之间被弹性体6填满。因此，贯通孔4c的内周面和内侧突起7a的上端部的外周面隔着弹性体6而彼此相对。并且，中间构件4的外筒部4d自径向上的外侧围绕内侧突起7a，外筒部4d的内周面和内侧突起7a的外周面隔着弹性体6而彼此相对。
此外，内侧突起7a的外周面和外筒部4d的内周面彼此相对的部分隔着弹性体6而彼此平行地配置。在图示的例子中，内侧突起7a的外周面和外筒部4d的内周面在各自的上下方向上的全长范围内彼此平行地配置。
主体橡胶部5的凹部5a隔着中间构件4的贯通孔4c而在上下方向上与支承构件7的内侧突起7a的上端部相对。凹部5a的内径大于内侧突起7a的外径。主体橡胶部5和弹性体6隔着中间构件4而在上下方向上排列配置。弹性体6的上下方向上的长度小于主体橡胶部5的上下方向上的长度。弹性体6的体积小于主体橡胶部5的体积。
采用以上说明的本实施方式的空气弹簧装置10，由于主体橡胶部5和弹性体6隔着中间构件4而在上下方向上排列配置，因此在转向架和车辆以在上下方向上彼此接近的方式位移而导致空气弹簧装置10整体在上下方向上被压缩时，与仅配置有主体橡胶部5的空气弹簧装置相比较，能够降低空气弹簧装置10整体的上下方向上的刚度。由此，即使在筒状膜构件1穿孔的情况下，也易于吸收从转向架向车辆传递的上下方向上的振动。
此外，由于主体橡胶部5的凹部5a的内径大于支承构件7的内侧突起7a的外径，因此在空气弹簧装置10整体在上下方向上被压缩时，内侧突起7a进入凹部5a并且带动弹性体6发生变形。像这样地，由于弹性体6在上下方向上易于变形，因此若与假设内侧突起7a构成为无法进入凹部5a的情况相比较，能够可靠地减小本实施方式的空气弹簧装置10整体的上下方向上的刚度。
在转向架和车辆在水平方向上相对地位移时，由于中间构件4的贯通孔4c的内周面和支承构件7的内侧突起7a的外周面隔着弹性体6而在水平方向上彼此相对，因此弹性体6以被贯通孔4c和内侧突起7a在水平方向上挤压的方式发生压缩变形。一般来讲，橡胶材料的压缩方向上的变形小于剪切方向上的变形。因此，在转向架和车辆在水平方向上相对地位移时，与弹性体6不发生压缩变形而仅是发生剪切变形的情况相比较，本实施方式的弹性体6的变形量较小，能够提高空气弹簧装置10整体的水平方向上的刚度。
此外，由于内侧突起7a的外周面随着朝向上方去而逐渐缩径，因此能够使弹性体6沿着内侧突起7a的外周面向上方退避并且在水平方向上发生压缩变形，能够抑制对弹性体6作用过大的压缩力，从而确保弹性体6的耐久性。
此外，由于中间构件4的外筒部4d的内周面和支承构件7的内侧突起7a的外周面隔着弹性体6而彼此相对，因此能够确保弹性体6中的、以被中间构件4和支承构件7在水平方向上挤压的方式发生压缩变形的部分的体积。一般来讲，橡胶材料发生压缩变形的部分的体积越大，则越能够使在压缩变形时所作用的内部应力分散而减小，因此更加易于确保弹性体6的耐久性。
此外，由于内侧突起7a的外周面和外筒部4d的内周面彼此相对的部分彼此平行地配置，因此能够在该彼此相对的部分的整个区域范围内对弹性体6作用均等的压缩力。并且，外筒部4d的内周面与中间构件4的贯通孔4c的内周面没有台阶地平滑地连接在一起。由此，能抑制对弹性体6局部地作用过大的压缩力，更加易于确保弹性体6的耐久性。
此外，由于中间构件4的外筒部4d的径向上的厚度随着朝向下方去而逐渐变小，因此例如与使外筒部4d的厚度在上下方向上恒定的情况相比较，能够进一步减小外筒部4d的体积并且确保水平方向上的刚度。若减小外筒部4d的体积则能够增大弹性体6的体积，因此通过随着朝向下方去而逐渐减小外筒部4d的径向上的厚度，从而易于兼顾弹性体6整体的体积的确保和外筒部4d的水平方向上的刚度的确保。
此外，由于中间构件4的外筒部4d的下端部配置于弹性体6的内部，其下端开口边缘形成为突曲面状，因此能抑制对弹性体6局部地作用过大的压缩力，易于确保弹性体6的耐久性。
此外，在转向架和车辆在水平方向上相对地位移时，弹性体6在中间构件4和支承构件7之间沿着水平方向发生剪切变形。一般来讲，橡胶材料的上下方向上的高度越小，则越不容易发生剪切变形。在本实施方式中，弹性体6的上下方向上的长度小于主体橡胶部5的上下方向上的长度，抑制了弹性体6的剪切变形。由此，能够可靠地抑制因空气弹簧装置10具备弹性体6而导致的空气弹簧装置10整体的水平方向上的刚度的下降。
此外，在本实施方式中，主体橡胶部5和弹性体6彼此独立地形成。因此，能够与要求规格相应地恰当变更各自的物理性质、形状。
另外，本发明的保护范围并不限定于所述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。
例如，在所述实施方式中，在主体橡胶部5的下表面形成有凹部5a，但并不限于此，也可以采用未形成凹部5a的主体橡胶部5。
此外，在所述实施方式中，说明了弹性体6的上下方向上的长度小于主体橡胶部5的上下方向上的长度的情况，但也可以使弹性体6的长度大于主体橡胶部5的长度。
此外，在所述实施方式中，说明了支承构件7的内侧突起7a的外周面随着朝向上方去而逐渐缩径的情况，但并不限于此，也可以采用内侧突起7a的外周面在上下方向上形成为大致相同直径的支承构件7。
此外，在所述实施方式中，在中间构件4形成有朝向下方突出的外筒部4d，但并不限于此，也可以采用未形成外筒部4d的中间构件4。
此外，说明了外筒部4d形成为其径向上的厚度随着朝向下方去而逐渐变小的情况，但也可以是外筒部4d的径向上的厚度在上下方向上均等。
此外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内恰当地将上述的实施方式中的构成要素替换为众所周知的构成要素，此外，也可以恰当地组合上述的实施方式、变形例。
采用本发明的空气弹簧装置，由于主体橡胶部和弹性体隔着中间构件在上下方向上排列配置，因此能够降低该空气弹簧装置整体的上下方向上的刚度。
并且，由于中间构件的贯通孔的内周面和从支承构件朝向上方突出的内侧突起的外周面隔着弹性体而在水平方向上彼此相对，因此在转向架和车辆在水平方向上相对地位移时，通过使弹性体以在水平方向上被贯通孔的内周面和内侧突起的外周面挤压的方式发生压缩变形，从而能够抑制该位移，能够抑制空气弹簧装置整体的水平方向上的刚度的下降。
在此，也可以是，在所述主体橡胶部的下表面中的、隔着所述贯通孔而与所述内侧突起的上端部相对的部分形成有朝向上方凹入的凹部，所述凹部的内径大于所述内侧突起的外径。
在该情况下，由于主体橡胶部的凹部的内径大于支承构件的内侧突起的外径，因此在对空气弹簧装置整体施加了上下方向上的压缩力时，能够使内侧突起进入凹部，能够可靠地减小空气弹簧装置整体的上下方向上的刚度。
此外，也可以是，所述弹性体的上下方向上的长度小于所述主体橡胶部的上下方向上的长度。
在该情况下，由于弹性体的上下方向上的长度较小，因此能够可靠地抑制因该空气弹簧装置具备弹性体而导致的空气弹簧装置整体的水平方向上的刚度的下降。
此外，也可以是，所述内侧突起的外径随着朝向上方去而逐渐缩径。
在该情况下，由于内侧突起的外径随着朝向上方去而逐渐缩径，因此在转向架和车辆在水平方向上相对地位移时，能够使弹性体沿着内侧突起的外周面向上方退避并且在水平方向上发生压缩变形，能够抑制对弹性体作用过大的压缩力，从而确保弹性体的耐久性。
此外，也可以是，所述中间构件具备外筒部，该外筒部从所述贯通孔的开口周缘部朝向下方突出，并自径向上的外侧围绕所述内侧突起，所述外筒部的内周面和所述内侧突起的外周面隔着所述弹性体而彼此相对。
在该情况下，由于从中间构件朝向下方突出的外筒部的内周面和从支承构件朝向上方突出的内侧突起的外周面隔着弹性体而彼此相对，因此能够确保弹性体中的、以被中间构件和内侧突起在水平方向上挤压的方式发生压缩变形的部分的体积，从而抑制对该部分作用过大的压缩力，能够提高弹性体的耐久性。
此外，也可以是，所述外筒部形成为径向上的厚度随着朝向下方去而逐渐变小。
在该情况下，能够兼顾弹性体整体的体积的确保和外筒部的水平方向上的刚度的确保。
采用本发明，能够提供一种能够降低弹性体的上下方向上的刚度并且提高水平方向上的刚度的空气弹簧装置。
附图标记说明
1、筒状膜构件；2、上表面板；3、下表面板；4、中间构件；4c、贯通孔；4d、外筒部；5、主体橡胶部；5a、凹部；6、弹性体；7、支承构件；7a、内侧突起；10、空气弹簧装置；11、空气弹簧主体。

Claims (6)

1.一种空气弹簧装置，其中，
该空气弹簧装置包括：
空气弹簧主体，其是通过将内部封入有气体的筒状膜构件的两端开口部分别连结于上表面板和下表面板而形成的；
中间构件，其配置于所述下表面板的下方，并且在该中间构件的中央部形成有在上下方向上贯通的贯通孔；
主体橡胶部，其将所述下表面板和所述中间构件弹性地连结在一起；
支承构件，其配置于所述中间构件的下方，并且在该支承构件的中央部具有朝向上方突出的内侧突起；以及
弹性体，其将所述中间构件和所述支承构件弹性地连结在一起，
所述贯通孔的内周面和所述内侧突起的外周面隔着所述弹性体而彼此相对，
在所述主体橡胶部的下表面中的、隔着所述贯通孔而与所述内侧突起的上端部相对的部分形成有朝向上方凹入的凹部，
所述凹部的内径大于所述内侧突起的外径。
2.根据权利要求1所述的空气弹簧装置，其中，
所述弹性体的上下方向上的长度小于所述主体橡胶部的上下方向上的长度。
3.根据权利要求1所述的空气弹簧装置，其中，
所述内侧突起的外径随着朝向上方去而逐渐缩径。
4.根据权利要求2所述的空气弹簧装置，其中，
所述内侧突起的外径随着朝向上方去而逐渐缩径。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的空气弹簧装置，其中，
所述中间构件具备外筒部，该外筒部从所述贯通孔的开口周缘部朝向下方突出，并从径向上的外侧围绕所述内侧突起，
所述外筒部的内周面和所述内侧突起的外周面隔着所述弹性体而彼此相对。
6.根据权利要求5所述的空气弹簧装置，其中，
所述外筒部形成为径向上的厚度随着朝向下方去而逐渐变小。
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