CN109322956B - 一种多自由面复合弹性元件 - Google Patents

Abstract

一种多自由面复合弹性元件，包括金属件和弹性件，金属件和弹性件复合在一起，形成复合弹性元件；复合弹性元件的金属件包括金属外圈、金属内圈和金属侧圈，金属外圈与金属侧圈轴向平行排列，在金属外圈与金属侧圈轴向有空隙，金属内圈位于金属外圈的内径内面，且金属内圈在金属外圈内也与金属侧圈轴向平行排列，金属内圈与金属外圈和金属侧圈之间也有空隙；在金属外圈、金属内圈和金属侧圈所形成的空隙中复合有弹性体，弹性体与金属外圈、金属内圈和金属侧圈复合在一起，且形成多弹性体自由面的复合弹性元件。本发明的复合弹性元件可以实现特殊比例的刚度特性匹配，且可满足大的轴向刚度及降低径向刚度的要求，维持低偏转低扭转刚度特性。

Description

一种多自由面复合弹性元件

技术领域

本发明涉及到一种车辆部件，尤其是指一种车辆用的弹性减振元件，该种弹性减振元件可以有效地提高弹性减振元件各个方向的综合性能，从而满足各种复杂工况的弹性减振元件需求；属于轨道交通制造技术领域。

背景技术：

随着对现代轨道交通技术的不断发展，车辆的运行速度越来越高，使得对整个车辆运行要求也越来越高，如车辆用的弹性减振元件的要求就也越来越高。目前随着车辆的速度越来越高，高速动车在高速运行条件下的振动和冲击很大，因此对车辆的各个弹性减振元件的承载能力及安全系数要求越来越高，尤其是遇到高速动车复杂的工况时，各个方向的抗弯和抗剪切能力都有更高的要求，有很多情况，如独立车轮的转向架减振元件就需要大的轴向刚度及低径向刚度的弹性减振元件，而现有的弹性减振元件由于结构限制，应用于这些工况很容易出现疲劳的现象，因此急需要加以改进。

通过专利和文献检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利和论文主要有以下几个：

1、专利申请号为CN200820132281.6，名称为“电机吊挂”，申请人为：铁道部运输局;永济新时速电机电器有限责任公司的实用新型专利，该专利公开了一种电机吊挂，包括两个与电机机座 固定的立筋，两立筋之间固定有卡板，两立筋之间增设分别与立筋、电机机座 固定的斜撑板。增设的斜撑板对立筋形成稳定的三角形支撑，改善了立筋的受 力，使吊挂的承载能力和安全系数得到提高。

2、专利号为CN201810127687.3，名称为“一种具有轴向非线性变刚度的橡胶金属复合类球铰”，申请人为：株洲时代新材料科技股份有限公司的发明专利，该专利公开了一种具有轴向非线性变刚度的橡胶金属复合类球铰，由橡胶与金属材料复合构成，包括套筒，在套筒内通过过盈配合压装有由橡胶与金属材料复合构成的橡胶金属硫化体，橡胶金属硫化体内包含有轴向变刚度调整装置，通过轴向变刚度调整装置调整橡胶金属复合类球铰的轴向刚度，使得整个橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化。所述的轴向变刚度调整装置分为两部分，一部分为轴向小刚度变刚度调整装置，另一部分为轴向高刚度非线性性变刚度调整装置，通过两部分组合实现整个球铰的轴向非线性变刚度调整。

3、专利号为CN201810127686.9， 名称为“一种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度调整方法”，申请人为：株洲时代新材料科技股份有限公司的发明专利，该专利公开了一种橡胶金属复合类球铰非线性变刚度方法，通过调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度，调整橡胶金属复合类球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度，是通过调整橡胶金属复合类球铰的轴向变刚度，使得整个橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化，通过橡胶金属复合类球铰的轴向刚度非线性变化调整橡胶金属复合类球铰的非线性变刚度。

通过对上述这些专利的仔细分析，这些专利虽然都涉及到弹性减振元件，也提出了一些改进技术方案，但通过仔细分析，所有这些专利都的结构仍然存在一些结构限制，主要是在弹性体的自由度方面都只有两个自由面，这样使得弹性体的综合减振效果受限，尤其是对于需要大的轴向刚度及低径向刚度的工况，很难满足需求，仍有待进一步加以研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电机吊挂方法难以适用各种载荷工况更恶劣，尤其是现有弹性减振元件满足不了大的轴向刚度及低径向刚度的工况要求的问题，提出一种新型的复合弹性元件，该种复合弹性元件可以大幅提高电机吊挂的综合减振性能，具有大的轴向刚度及低的径向刚度，有效满足高速动车系统电机吊挂弹性减振需求。

为了达到这一目的，本发明提供了一种多自由面复合弹性元件，包括金属件和弹性件，金属件和弹性件复合在一起，形成复合弹性元件；其特征在于：复合弹性元件的金属件包括金属外圈、金属内圈和金属侧圈，金属外圈与金属侧圈轴向平行排列，在金属外圈与金属侧圈轴向有空隙，金属内圈位于金属外圈的内径内面，且金属内圈在金属外圈内也与金属侧圈轴向平行排列，金属内圈与金属外圈和金属侧圈之间也有空隙；在金属外圈、金属内圈和金属侧圈所形成的空隙中复合有弹性体，弹性体与金属外圈、金属内圈和金属侧圈复合在一起，且形成多弹性体自由面的复合弹性元件。

进一步地，所述的复合弹性元件的弹性体为3个及3个以上的自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放。

进一步地，所述的弹性体的自由面为3个自由面，其中一个为金属外圈与金属侧圈形成空隙外径方向的外自由面，另一个为金属侧圈与金属内圈形成空隙内径方向的内自由面，还有一个为金属内圈与金属外圈形成空隙的斜向角度方向的斜向自由面。

进一步地，所述的斜向自由面到内自由面的弹性体段为球形状结构的弹性体段，与金属外圈、金属内圈和金属侧圈形成一个球形的弹性复合体，大幅度降低偏转刚度。

进一步地，所述的斜向自由面与内自由面和外自由面组合形成的弹性体连接形成了一个“人”字型的弹性体结构，以满足各种转向架系统弹性元件的大轴向刚度及低径向刚度的需求。

进一步地，所述的内自由面处延伸有弹性体包裹金属内圈，在金属内圈的内径上形成一层包胶弹性层，实现径向防腐及抗冲击。

进一步地，所述的斜向自由面处的弹性体也采用包胶结构，分别延伸有弹性体包裹金属内圈和金属外圈，防止弹性体开裂。

进一步地，所述的金属侧圈上设有注胶孔，注胶孔与内填充有弹性体，实现产品在模具中的注胶定位。

进一步地，所述的弹性体为橡胶材料，橡胶材料与金属件通过整体硫化复合在一起，形成橡胶金属弹性复合元件。

进一步地，所述的弹性体为尼龙或聚酯类弹性材料，尼龙或聚酯类弹性材料与金属外圈、金属内圈和金属侧圈复合在一起，形成弹性材料复合元件。

本发明的优点在于：

本发明通过采取多自由面弹性体的结构设计，使得弹性体在各个方向的压缩具有应力释放点，可以大幅度降低橡胶应力，提高弹性减振元件的疲劳寿命，同时可以通过调整各个部件及弹性体的形状和结构，可以大幅度提高轴向刚度，降低径向刚度；有着如下一些优点：

1、本发明通过弹性件多自由面设计，可以有效实现各个方向的应力释放，降低橡胶应力；

2、本发明通过调整各个自由面的结构可以实现径轴偏扭四项刚度，达到径轴偏扭四项刚度比7：100：300：100，满足各项车辆的承载功能要求；

3、本发明的弹性元件内部采用包胶设计，实现径向防腐及抗冲击设计；

4、将本发明原理应用于高速动车中，完全可以满足各种高速列车的弹性减振部件的需求；

5、本发明在制作橡胶件时采用金属侧环注胶孔的整体注胶硫化，有效实现产品在模具中的注胶定位。

附图说明

图1是本发明的一个实施例总体结构示意图；

图2是图1的A-A侧面剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图可以看出，本发明涉及一种多自由面复合弹性元件，包括金属件1和弹性件2，金属件1和弹性件2复合在一起，形成复合弹性元件；其特征在于：复合弹性元件的金属件1包括金属外圈3、金属内圈4和金属侧圈5，金属外圈3与金属侧圈5轴向平行排列，在金属外圈3与金属侧圈5轴向有空隙，金属内圈4位于金属外圈3的内径内面，且金属内圈4在金属外圈3内也与金属侧圈5轴向平行排列，金属内圈4与金属外圈3和金属侧圈5之间也有空隙；在金属外圈3、金属内圈4和金属侧圈5所形成的空隙中复合有弹性体2，弹性体2与金属外圈3、金属内圈4和金属侧圈5复合在一起，且形成多弹性体自由面的复合弹性元件。

所述的复合弹性元件的弹性体2为3个自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放；其中一个为金属外圈与金属侧圈形成空隙外径方向的外自由面6，另一个为金属侧圈与金属内圈形成空隙内径方向的内自由面7，还有一个为金属内圈与金属外圈形成空隙的斜向角度方向的斜向自由面8。

所述的斜向自由面8到内自由面7的弹性体段为球形状结构的弹性体段，与金属外圈3、金属内圈4和金属侧圈5形成一个球形的弹性复合体，大幅度降低偏转刚度。

所述的斜向自由面8与内自由面7和外自由6面组合形成的弹性体2连接形成了一个“人”字型的弹性体结构，以满足各种转向架系统弹性元件的大轴向刚度及低径向刚度的需求。

所述的内自由面7处延伸有弹性体包裹金属内圈，在金属内圈的内径上形成一层包胶弹性层9，实现径向防腐及抗冲击。

所述的斜向自由面处的弹性体也采用包胶结构，分别延伸有弹性体包裹金属内圈和金属外圈，防止弹性体开裂。

所述的金属侧圈5上设有注胶孔10，注胶孔10与内填充有弹性体，实现产品在模具中的注胶定位。

所述的弹性体2为橡胶材料，橡胶材料与金属件通过整体硫化复合在一起，形成橡胶金属弹性复合元件。

实施例二

实施例二与实施例一的原理一样，只是在结构上稍微有一些不同。为一种多自由面复合弹性元件，包括金属件和弹性件，金属件和弹性件复合在一起，形成复合弹性元件；其特征在于：复合弹性元件的金属件包括金属外圈、金属内圈和金属侧圈，金属外圈与金属侧圈轴向平行排列，在金属外圈与金属侧圈轴向有空隙，金属内圈位于金属外圈的内径内面，且金属内圈在金属外圈内也与金属侧圈轴向平行排列，金属内圈与金属外圈和金属侧圈之间也有空隙；在金属外圈、金属内圈和金属侧圈所形成的空隙中复合有弹性体，弹性体与金属外圈、金属内圈和金属侧圈复合在一起，且形成多弹性体自由面的复合弹性元件。

只是所述的复合弹性元件的弹性体为3个以上的自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放。

所述的弹性元件为尼龙材料与金属复合形成的复合弹性元件，且弹性元件的尼龙弹性体为具有多个自由面的弹性体。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的优点在于：

本发明通过采取轴向预压缩组合结构，从转向架横梁安装座的两侧面形成吊挂机构，吊挂车辆电机，可以大幅度降低橡胶应力，提高弹性减振元件的疲劳寿命，有着如下一些优点：

1、本发明通过弹性件多自由面设计，可以有效实现各个方向的应力释放，降低橡胶应力；

2、本发明通过调整各个自由面的结构可以实现径轴偏扭四项刚度，达到径轴偏扭四项刚度比7：100：300：100，满足各项车辆的承载功能要求；

3、本发明的弹性元件内部采用包胶设计，实现径向防腐及抗冲击设计；

4、将本发明原理应用于高速动车中，完全可以满足各种高速列车的弹性减振部件的需求；

5、本发明在制作橡胶件时采用金属侧环注胶孔的整体注胶硫化，有效实现产品在模具中的注胶定位。

Claims (7)

1.一种多自由面复合弹性元件，包括金属件和弹性件，金属件和弹性件复合在一起，形成复合弹性元件；其特征在于：复合弹性元件的金属件包括金属外圈、金属内圈和金属侧圈，金属外圈与金属侧圈轴向平行排列，在金属外圈与金属侧圈轴向有空隙，金属内圈位于金属外圈的内径内面，且金属内圈在金属外圈内也与金属侧圈轴向平行排列，金属内圈与金属外圈和金属侧圈之间也有空隙；在金属外圈、金属内圈和金属侧圈所形成的空隙中复合有弹性体，弹性体与金属外圈、金属内圈和金属侧圈复合在一起，且形成多弹性体自由面的复合弹性元件；所述的复合弹性元件的弹性体为3个自由面，而且每一个自由面都处于不同的角度和位置，以保证弹性材料件在多个方向受力时的应力释放；所述的弹性体的自由面为3个自由面，其中一个为金属外圈与金属侧圈形成空隙外径方向的外自由面，另一个为金属侧圈与金属内圈形成空隙内径方向的内自由面，还有一个为金属内圈与金属外圈形成空隙的斜向角度方向的斜向自由面；所述的斜向自由面与内自由面和外自由面组合形成的弹性体连接形成了一个“人”字型的弹性体结构，以满足各种转向架系统弹性元件的大轴向刚度及低径向刚度的需求。

2.如权利要求1所述的多自由面复合弹性元件，其特征在于：所述的斜向自由面到内自由面的弹性体段为球形状结构的弹性体段，与金属外圈、金属内圈和金属侧圈形成一个球形的弹性复合体，大幅度降低偏转刚度、扭转刚度。

3.如权利要求1所述的多自由面复合弹性元件，其特征在于：所述的内自由面处延伸有弹性体包裹金属内圈，在金属内圈的内径上形成一层包胶弹性层，实现径向防腐及抗冲击。

4.如权利要求1所述的多自由面复合弹性元件，其特征在于：所述的斜向自由面处的弹性体也采用包胶结构，分别延伸有弹性体包裹金属内圈和金属外圈，防止弹性体开裂。

5.如权利要求1所述的多自由面复合弹性元件，其特征在于：所述的金属侧圈上设有注胶孔，注胶孔与内填充有弹性体，实现产品在模具中的注胶定位，易于成型。

6.如权利要求1所述的多自由面复合弹性元件，其特征在于：所述的弹性体为橡胶材料，橡胶材料与金属件通过整体硫化复合在一起，形成橡胶金属弹性复合元件。

7.如权利要求1所述的多自由面复合弹性元件，其特征在于：所述的弹性体为尼龙或聚酯类弹性材料，尼龙或聚酯类弹性材料与金属外圈、金属内圈和金属侧圈复合在一起，形成弹性材料复合元件。

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