CN109356953A - 一种可调节扭转刚度的牵引球铰及扭转刚度调节方法 - Google Patents

一种可调节扭转刚度的牵引球铰及扭转刚度调节方法 Download PDF

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Abstract

一种可调节扭转刚度的牵引球铰及扭转刚度调节方法，将第二内套嵌在第一内套中，第一外套嵌在第二外套中，并用橡胶体将第二内套和第一外套硫化在一起；第二内套包括截面为三角形的内套主体，调节内套主体最大外径值与第一外套的最小内径值的差值能调节牵引球铰的轴向刚度。本发明能使牵引球铰的轴向刚度和扭转刚度大，而径向刚度和偏转刚度小。在橡胶体的两侧都设橡胶凹槽，能使牵引球铰具备大的偏转角度。能满足无轮轴转向架的结构，对牵引球铰在技术、性能上的要求。

Description

一种可调节扭转刚度的牵引球铰及扭转刚度调节方法
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种刚度可调节的牵引球铰。
背景技术
西班牙TALGO主要从事高速动车组车辆研发，时速覆盖160公里-350公里，而且其主要技术为无轮轴转向架，与BT、AT及国内车型等传统转向架完全不同。此种无轮轴转向架的最大特点就是：同一个转向架的2个车轮可以差速通过轨道曲线，减少轮缘磨耗，通过曲线时车辆更平稳，但同时对金属橡胶件的各种载荷工况更恶劣。
无轮轴转向架的结构，对牵引球铰在技术、性能上要求高，在刚度上要求牵引球铰的轴向刚度和扭转刚度大，而径向刚度和偏转刚度小，且还要求牵引球铰具备大的偏转的角度。同一结构产品需要用于不同位置，因此对产品各个方向的承载能力均要求较高，需要满足四项刚度和苛刻的多项疲劳条件要求，产品设计开发难度非常大。在产品设计开发时通过采用贴近式橡胶型面设计多种创新设计满足刚度性能要求及同时提高疲劳寿命。
通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：
申请号为“201810127673.1”，名称为“一种牵引球铰非线性变刚度方法及工字型衬套”的发明公开了一种牵引球铰非线性变刚度方法及工字型衬套，通过球铰内的橡胶金属硫化体的变形实现球铰的非线性变刚度；橡胶金属硫化体为工字型衬套的橡胶金属复合件，橡胶金属复合件的内套为工字型状，内套套在芯轴上，在工字型状内套的两头分别有橡胶与金属硫化形成的径向橡胶金属硫化复合体；工字形橡胶金属硫化体的外套分为二段，分别位于工字形橡胶金属硫化体的两头，与橡胶硫化形成径向橡胶金属硫化复合体的外套，二段外套通过过盈配合压装在外壳套筒内轴向两端，形成二段式径向橡胶金属复合球铰，并在二段式径向橡胶金属复合球铰的中间留出一个封闭空间，通过二段式径向橡胶金属复合球铰实现球铰的非线性变刚度调整。
申请号为“201810127674.6”，名称为“一种牵引球铰非线性变刚度调整方法及球
铰”的发明公开了一种牵引球铰非线性变刚度调整方法及牵引球铰，通过调整轨道交通牵引球铰的金属件与橡胶件的位置关系调整轨道交通牵引球铰的非线性变刚度，其特征在于：轨道交通牵引球铰的非线性变刚度调整包括调整轨道交通牵引球铰的径向变刚度调整和轴向变刚度调整，通过调整轨道交通牵引球铰的径向变刚度调整和轴向变刚度调整实现整个轨道交通牵引球铰的非线性变刚度。本发明利用对球铰的轴向变刚度调整，完全改变了传统的球铰产品都是由径向提供非线性刚度的思路，给转向架的设计思路带来了新的设计思路，大大拓宽了转向架的设计理念，开拓了新的转向架装配结构可能。
上述专利虽然也是汲及到牵引球铰及刚度的技术内容，但其没有第二内套嵌在第一内套中，第一外套嵌在第二外套中，并用橡胶体将第二内套和第一外套硫化在一起；第二内套包括截面为三角形的内套主体这样的结构，其在刚度调节的方法上也与本发明有很大的差异。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何提高牵引球铰的轴向刚度，以满足无轮轴转向架结构的高速动车组车辆行驶过程中对牵引球铰要求具备大的扭转刚度的需求。
针以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，将第二内套嵌在第一内套中，第一外套嵌在第二外套中，并用橡胶体将第二内套和第一外套硫化在一起；第二内套包括截面为三角形的内套主体，调节内套主体最大外径值调节牵引球铰的扭转刚度。
进一步地，通过增大内套主体最大外径值，使得第二内套与第一外套发生扭转方向的相对转动时，橡胶体会受力产生剪切形变，内套主体能通过阻碍橡胶体的剪切形变来阻碍第二内套与第一外套的相对转动，起到调节牵引球铰的扭转刚度的作用，内套主体最大外径值越大，牵引球铰的扭转刚度就越大。
进一步地，内套主体的截面为三角形，调节内套主体的截面的顶角的角度能调节牵引球铰的扭转刚度。
进一步地，内套主体的截面的顶角的角度越大，牵引球铰的扭转刚度就越大。
进一步地，第一外套的内侧开有外套凹槽，调节外套凹槽的内径值与内套主体最大外径值的差值能调节牵引球铰的扭转刚度。
进一步地，外套凹槽的内径值与内套主体最大外径值的差值越小，牵引球铰的扭转刚度越大。
进一步地，第一内套、第二内套、第一外套和第二外套一起对橡胶体进行了预压缩，增大预压缩量能增大牵引球铰的扭转刚度。
一种可调节扭转刚度的牵引球铰，包括第一内套、第二内套、橡胶体、第一外套和第二外套，第二内套嵌在第一内套中，第一外套嵌在第二外套中，橡胶体将第二内套和第一外套硫化在一起；第二内套包括截面为三角形的内套主体，调节内套主体最大外径值调节牵引球铰的扭转刚度。
进一步地，第一内套中设有凹槽，第二内套还包括底板，第二内套的底板嵌在第一内套的凹槽中；内套主体的顶部还设有凸起的凸台，凸台的顶部为圆弧面；调节外套凹槽的内径值与内套主体最大外径值的差值能调节牵引球铰的扭转刚度。
进一步地，第二外套中设有凹槽，第一外套顶部的两侧开有缺口，通过第二外套中的凹槽与第一外套中的缺口的配合，将第一外套嵌在第二外套中；第一外套底部的中间设有外套凹槽，第一外套底部的两侧设有外斜边；橡胶体硫化在第二内套与第一外套之间，橡胶体的两侧都设有橡胶凹槽。
本发明的优点是：本发明的第二内套嵌在第一内套中，第一外套嵌在第二外套中，并用橡胶体将第二内套和第一外套硫化在一起。第二内套包括凸起的的内套主体，内套主体的顶部还设有凸起的凸台，凸台的顶部为圆弧面。使得牵引球铰的轴向刚度和扭转刚度大，而径向刚度和偏转刚度小。而在橡胶体的两侧都设橡胶凹槽，能使牵引球铰具备大的偏转角度。
附图说明
图1为实施例一的剖视结构示意图一；
图2为实施例一的剖视结构示意图二；
图3为实施例一的剖视结构示意图三；
图中：1第一内套、2第二内套、21底板、22内套主体、221凸台、3橡胶体、4第一外套、41外套凹槽、42外直角边、5第二外套、6内斜边、7外斜边、8橡胶凹槽。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：
实施例一
牵引球铰为旋转体，牵引球铰的截面如图1所示，牵引球铰包括第一内套1、第二内套2、橡胶体3、第一外套4和第二外套5。第一内套1的截面为T字型，两个T字型的第一内套1组装在一起形成的截面为图1中的“工”字型。而第一内套1的两端进行了折弯，形成有凹槽，第二内套2嵌在第一内套1的凹槽中，使得第一内套1能阻止第二内套2在轴向方向移动。
第二内套2包括底板21和内套主体22，底板21和内套主体22无缝连接成一个整体。底板21为圆管状，内套主体22的截面为三角形，且在三角形截面的顶部设有凸台221，凸台221的截面下方为长方形，顶部为圆弧形。
第二外套5中设有凹槽，第一外套4顶部的两侧开有缺口，通过第二外套5中的凹槽与第一外套4中的缺口的配合，将第一外套4嵌在第二外套5中。第一外套4底部的中间设有外套凹槽41，第一外套4底部的两侧设有外斜边7。橡胶体3硫化在第二内套2与第一外套4之间，橡胶体3的两侧都设有橡胶凹槽8。
如图2所示，牵引球铰为旋转体，扭转的方向为牵引球铰的圆周方向。图中内套主体22最大外径为H1，外套凹槽41的内径为H2。要增大牵引球铰的扭转刚度，需要增加内套主体22最大外径的长度，即H1的值。
增大牵引球铰的扭转刚度还可以通过减小最薄立叉厚度来实现，最薄立叉厚度为：H3-H1/2。最薄立叉厚度的值越小，第一外套4与第二内套2之间的橡胶体3就越薄，牵引球铰的扭转刚度就越大。
如图3所示，内套主体22的截面为三角形，调节内套主体22的截面的顶角的角度能调节牵引球铰的扭转刚度。内套主体22的截面的顶角的角度越大，牵引球铰的扭转刚度就越大。本实施例中，内套主体22的截面为一等腰三角形，且等腰三角形的顶角的角度值的一半为角A。也就是内套主体22的中轴线与内斜边6的夹角为角A，中轴线为图3中的虚线。
当角A的值越大，在保持内套主体22的高度不变的情况下，内套主体22的轴向宽度会越大，而内套主体22两侧的橡胶体3的厚度会相对减小，内套主体22两侧的橡胶体3在受到扭转方向的作用力时，形变会减小。也就是说，会增大扭转刚度。第一外套4的外斜边7与外直角边42之间的夹角为角B，角B主要是与径向刚度有关的量。
如图1所示，在组装牵引球铰时，是对橡胶体3进行了预压缩的，预压缩后的橡胶体3，受到外力后在各个方向都更不易产生形变，会增加大牵引球铰各个方向的刚度。因此，增大预压缩量也能增大牵引球铰的扭转刚度。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，在内套主体22的顶部没有设凸起的凸台221，仅将内套主体22的顶部制作成圆弧面。因此，本实施例的最薄立叉厚度的值是指：内套主体22顶部圆弧面最大的长度与第一外套4外侧的最小内径的长度的差值的一半。
很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，其特征在于，将第二内套（2）嵌在第一内套（1）中，第一外套（4）嵌在第二外套（5）中，并用橡胶体（3）将第二内套（2）和第一外套（4）硫化在一起；第二内套（2）包括截面为三角形的内套主体（22），调节内套主体（22）最大外径值调节牵引球铰的扭转刚度。
2.根据权利要求1所述的一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，其特征在于，通过增大内套主体（22）最大外径值，使得第二内套（2）与第一外套（4）发生扭转方向的相对转动时，橡胶体（3）会受力产生剪切形变，内套主体（22）能通过阻碍橡胶体（3）的剪切形变来阻碍第二内套（2）与第一外套（4）的相对转动，起到调节牵引球铰的扭转刚度的作用，内套主体（22）最大外径值越大，牵引球铰的扭转刚度就越大。
3.根据权利要求1所述的一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，其特征在于，内套主体（22）的截面为三角形，调节内套主体（22）的截面的顶角的角度能调节牵引球铰的扭转刚度。
4.根据权利要求3所述的一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，其特征在于，内套主体（22）的截面的顶角的角度越大，牵引球铰的扭转刚度就越大。
5.根据权利要求1所述的一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，其特征在于，第一外套（4）的内侧开有外套凹槽（41），调节外套凹槽（41）的内径值与内套主体（22）最大外径值的差值能调节牵引球铰的扭转刚度。
6.根据权利要求5所述的一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，其特征在于，外套凹槽（41）的内径值与内套主体（22）最大外径值的差值越小，牵引球铰的扭转刚度越大。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种牵引球铰的扭转刚度调节方法，其特征在于，第一内套（1）、第二内套（2）、第一外套（4）和第二外套（5）一起对橡胶体（3）进行了预压缩，增大预压缩量能增大牵引球铰的扭转刚度。
8.一种可调节扭转刚度的牵引球铰，其特征在于，包括第一内套（1）、第二内套（2）、橡胶体（3）、第一外套（4）和第二外套（5），第二内套（2）嵌在第一内套（1）中，第一外套（4）嵌在第二外套（5）中，橡胶体（3）将第二内套（2）和第一外套（4）硫化在一起；第二内套（2）包括截面为三角形的内套主体（22），调节内套主体（22）最大外径值调节牵引球铰的扭转刚度。
9.根据权利要求8所述的一种可调节扭转刚度的牵引球铰，其特征在于，第一内套（1）中设有凹槽，第二内套（2）还包括底板（21），第二内套（2）的底板（21）嵌在第一内套（1）的凹槽中；内套主体（22）的顶部还设有凸起的凸台（221），凸台（221）的顶部为圆弧面；调节外套凹槽（41）的内径值与内套主体（22）最大外径值的差值能调节牵引球铰的扭转刚度。
10.根据权利要求8所述的一种可调节扭转刚度的牵引球铰，其特征在于，第二外套（5）中设有凹槽，第一外套（4）顶部的两侧开有缺口，通过第二外套（5）中的凹槽与第一外套（4）中的缺口的配合，将第一外套（4）嵌在第二外套（5）中；第一外套（4）底部的中间设有外套凹槽（41），第一外套（4）底部的两侧设有外斜边（7）；橡胶体（3）硫化在第二内套（2）与第一外套（4）之间，橡胶体（3）的两侧都设有橡胶凹槽（8）。
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