CN110217255A - 拉杆节点组件及其设计方法 - Google Patents

Abstract

拉杆节点组件及其设计方法，包括拉杆和压入拉杆中的节点，节点由芯轴和硫化粘结在芯轴上的橡胶组成，其特征在于所述的节点与拉杆配合的部分分为三段，分别是位于中间起止挡功能的止挡段和镜像对称设置在止挡段左右两侧的对称段，止挡段的芯轴直径大于对称段的芯轴直径，且止挡段的橡胶厚度小于对称段的橡胶厚度，止挡段的橡胶呈自由状态，对称段的橡胶呈预压缩状态。本发明提高舒适性能，满足大载荷下的刚度需求、不同线路下节点的减振需求和承载需求，提高产品的疲劳寿命，保证车辆运行的安全性。

Description

拉杆节点组件及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种拉杆节点组件及其设计方法，属于轨道辆车辆用拉杆节点技术领域。

背景技术

磁浮列车是一种利用磁极吸引力和排斥力进行运行的高科技交通工具，由于其具有运行速度快，运行平稳舒适、易于控制，噪声小，环保性能高，运行、维护和耗能费用低等优点，越来越受到世界各国的重视。

中低速磁悬浮列车转向架是整车中最关键的部件，它支撑着整车的重量，传递牵引力和制动力，受力状况非常复杂，并且其运行状况直接关系到整车的运行安全，因此必须对其进行有限元分析和疲劳载荷试验。

现有技术中的磁浮列车转向架包括托臂、直线电机梁、电磁铁、直线电机、横向拉杆、空气弹簧、防侧滚梁、防侧滚梁吊座和牵引拉杆座；其中，转向架主要承受来自电磁铁的悬浮力和横向导向力，直线电机作用在牵引拉杆座上的牵引力(牵引拉杆的两端分别连接转向架的牵引拉杆座和车体)，横向拉杆的横向力(横向拉杆的两端分别连接转向架的横向拉杆座和车体)，以及制动力。

横向拉杆节点由芯轴、外套和橡胶层组成，其缺点是：

1、节点在大载荷下的刚度变化，无法满足大载荷下的刚度需求。

2、节点的初始轴向刚度和径向刚度和初始应力，无法根据不同线路的承载需求进行调整。

3、节点安装后的偏转刚度过大，无法根据不同的线路刚度需求进行偏转刚度的调整。

以上缺陷造成现有技术中的横向拉杆节点，大载荷工况下的疲劳寿命短，承载过程中的刚度变化小，无法满足大载荷下的非线性刚度需求。

检索到的相关现有专利文献如下：

CN201420184237.5-一种机车车辆用牵引拉杆节点；

CN201710617061.6-牵引拉杆节点的橡胶型面设计方法及牵引拉杆节点；

CN201811295761.9-轨道车辆用转臂节点及其设计方法；

CN201510707088.5-调整橡胶层预压缩量改变转臂节点刚度的方法及转臂节点；

CN201721856316.6-一种适用于标准动车组的转臂节点。

发明内容

本发明提供的拉杆节点组件及其设计方法，提高舒适性能，满足大载荷下的刚度需求、不同线路下节点的减振需求和承载需求，提高产品的疲劳寿命，保证车辆运行的安全性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

拉杆节点组件，包括拉杆和压入拉杆中的节点，节点由芯轴和硫化粘结在芯轴上的橡胶组成，其特征在于所述的节点与拉杆配合的部分分为三段，分别是位于中间起止挡功能的止挡段和镜像对称设置在止挡段左右两侧的对称段，止挡段的芯轴直径大于对称段的芯轴直径，且止挡段的橡胶厚度小于对称段的橡胶厚度，止挡段的橡胶呈自由状态，对称段的橡胶呈预压缩状态。

优选的，所述的橡胶分为三段，分别是止挡段的止挡橡胶段和对称段的对称橡胶段，拉杆与止挡橡胶段间隙配合，对称橡胶段呈预压缩状态，对称橡胶段厚度为止挡橡胶段厚度的至少两倍。

优选的，所述的芯轴的中间位置具有沿径向凸起的中间止挡面，中间止挡面左右两侧对称设置对称面，中间止挡面的外径大于对称面的外径，且中间止挡面为轴向圆筒面，止挡橡胶段硫化粘结在中间止挡面上，对称橡胶段硫化粘结在对称面上。

优选的，所述的对称面包括与中间止挡面连接的内环面和与内环面连接的凹槽，内环面为轴向圆筒面，凹槽为径向凹进的环形槽。

优选的，所述的内环面上粘结的对称橡胶段的顶面与内轴面平行，所述的止挡橡胶段和对称橡胶段之间形成V型凹面，V型凹面与拉杆之间形成V型空隙。

优选的，还包括挡块，所述的挡块轴向定位在拉杆内壁上，并沿轴向压紧对称橡胶段，使对称橡胶段形成轴向预压缩。

优选的，所述的挡块用于沿轴向压紧对称橡胶段的面为与轴向夹角大于度的斜面，斜面与对称橡胶段接触的边缘均为圆角边缘，对称橡胶段与斜面接触的型面为向外凸出的凸起型面，凸起型面由环形面一和环形面二组成，环形面一和环形面二与轴向的夹角均大于度，且环形面一和环形面二之间的夹角为120度~180度。

优选的，所述的挡块与芯轴之间具有径向间隙,径向间隙的径向宽度H2小于中间止挡面与拉杆内壁间的径向宽度H1，拉杆的内径小于对称橡胶段的外径，大于止挡橡胶段的外径。

以上所述的拉杆节点组件的设计方法，其特征在于根据芯轴的外径和拉杆的内径，设计橡胶，使节点压入拉杆中止挡段的橡胶呈自由状态，对称段的橡胶呈预压缩状态，设计对称段中橡胶的厚度和轴向宽度，调节节点径向刚度。

优选的，设计凹槽的凹槽形状、径向凹进深度和轴向宽度，从而调节节点的偏转刚度，设计挡块在拉杆上的轴向位置、斜面的倾斜角度和轴向宽度，从而调节节点的轴向刚度和径向刚度；设计V型凹面的径向深度及V型夹角大小，从而调节节点中橡胶的应力变化。

发明的有益效果是：

1.节点与拉杆配合的部分分为三段，分别止挡段和在止挡段左右两侧的对称段，止挡段起到硬止挡功能，止挡段的橡胶呈自由状态用于防止硬止挡接触时芯轴与拉杆硬碰硬接触，可以实现硬止挡功能前到硬止挡功能的缓和过度，提高舒适性能；对称段的橡胶呈预压缩状态，提供产品的径向刚度，在径向受载过程中止挡段与拉杆的接触、压缩直至硬接触，实现产品的变刚度和硬止挡功能，满足大载荷下的刚度需求。

2.在芯轴上的对称面上设计径向凹进的凹槽，通过凹槽的设置减小节点安装后的偏转刚度，使节点在使用过程中的偏转角度增大，满足节点在曲线工况中的偏转刚度需求，根据不同的线路刚度需求对凹槽进行设计，从而实现对偏转刚度的调节，满足不同线路下节点的减振需求。

3.通过轴向定位在拉杆内壁上的挡块来实现对称橡胶段的轴向预压缩，从而提高节点安装后的轴向刚度，将挡块中用于沿轴向压紧对称橡胶段的面设计为斜面，将对称橡胶段与斜面接触的型面设计为向外凸出的凸起型面，挡块沿轴向压紧对称橡胶段时斜面沿轴向压紧在凸起型面上，使凸起型面变形完全贴合在斜面上，实现对称橡胶段与挡块的最大面积接触，实现节点轴向及径向刚度的同步提高，调节挡块的位置、斜面的角度和轴向宽度即可实现对节点安装后轴向及径向刚度的调节，满足不同线路下节点的承载需求。

4.止挡橡胶段和对称橡胶段之间形成V型凹面，V型凹面使对称橡胶段在预压缩时具有流动变形空间，减少节点压入拉杆后橡胶的应力，V型凹面与拉杆之间形成V型空隙，为承载过程中橡胶的进一步压缩提供流动变形空间，减少橡胶变形过程中的应力，提高产品的疲劳寿命。

5.挡块与芯轴之间具有径向间隙, 径向间隙的径向宽度H2小于中间止挡面与拉杆内壁间的径向宽度H1，在止挡橡胶段实现硬止挡功能的基础上在实现两侧硬止挡功能，提高产品安全余量，保证车辆运行的安全性。

附图说明

图1为具体实施方式中拉杆节点组件的结构示意图。

图2为节点的结构示意图。

图3为芯轴的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图3对本发明的实施例做详细说明。

拉杆节点组件，包括拉杆3和压入拉杆3中的节点100，节点100由芯轴1和硫化粘结在芯轴1上的橡胶2组成，其特征在于所述的节点100与拉杆3配合的部分分为三段，分别是位于中间起止挡功能的止挡段101和镜像对称设置在止挡段左右两侧的对称段102，止挡段101的芯轴直径大于对称段102的芯轴直径，且止挡段101的橡胶厚度小于对称段102的橡胶厚度，止挡段101的橡胶呈自由状态，对称段102的橡胶呈预压缩状态。

如图所示，节点100与拉杆3配合的部分分为三段，分别为止挡段101和在止挡段101左右两侧的对称段102，止挡段101起到硬止挡功能，止挡段101的橡胶呈自由状态用于防止硬止挡接触时芯轴与拉杆硬碰硬接触，可以实现硬止挡功能前到硬止挡功能的缓和过度，提高舒适性能；对称段1025的橡胶呈预压缩状态，提供产品的径向刚度，在径向受载过程中止挡段与拉杆的接触、压缩直至硬接触，实现产品的变刚度和硬止挡功能，满足大载荷下的刚度需求。

其中，所述的橡胶2分为三段，分别是止挡段101的止挡橡胶段21和对称段102的对称橡胶段22，拉杆3与止挡橡胶段21间隙配合，对称橡胶段22呈预压缩状态，对称橡胶段22厚度为止挡橡胶段21厚度的至少两倍。拉杆3与止挡橡胶段21间隙配合，保证止段橡胶段21在拉杆3中呈非压缩的自由状态，对称橡胶胶段22呈预压缩状态，为节点提供径向刚度。

其中，所述的芯轴1的中间位置具有沿径向凸起的中间止挡面11，中间止挡面11左右两侧对称设置对称面12，中间止挡面11的外径大于对称面12的外径，且中间止挡面11为轴向圆筒面，止挡橡胶段21硫化粘结在中间止挡面11上，对称橡胶段22硫化粘结在对称面12上。中间止挡面11与拉杆3内壁之间的径向间隙即节点的径向载荷最大位移，止挡橡佼段21压缩至极限时，节点与拉杆实现止硬挡接触。

其中，所述的对称面12包括与中间止挡面11连接的内环面12.1和与内环面12.1连接的凹槽12.2，内环面12.1为轴向圆筒面，凹槽12.2为径向凹进的环形槽。通过凹槽12.2的设置减小节点安装后的偏转刚度，使节点在使用过程中的偏转角度增大，满足节点在曲线工况中的偏转刚度需求，根据不同的线路刚度需求对凹槽进行设计，从而实现对偏转刚度的调节，满足不同线路下节点的减振需求。

其中，所述的内环面12.1上粘结的对称橡胶段22的顶面与内轴面12.1平行，所述的止挡橡胶段21和对称橡胶段22之间形成V型凹面23，V型凹面23使对称橡胶段22在预压缩时具有流动变形空间，减少节点压入拉杆后橡胶的应力，V型凹面23与拉杆3之间形成V型空隙A，为承载过程中橡胶的进一步压缩提供流动变形空间，减少橡胶变形过程中的应力，提高产品的疲劳寿命。

其中，还包括挡块4，所述的挡块4轴向定位在拉杆3内壁上，并沿轴向压紧对称橡胶段22，使对称橡胶段22形成轴向预压缩。挡块4的设置用于形成橡胶的轴向预压缩，为节点提供轴向刚度，调节挡块4在拉杆3内壁上的位置即可调节橡胶的轴向预压缩量，从而调节节点的轴向刚度。

其中，所述的挡块4用于沿轴向压紧对称橡胶段22的面为与轴向夹角大于90度的斜面4.1，通过斜面4.1向对称橡胶段22施加轴向压力，在形成轴向预压的同时使对称橡胶段22进一步径向压缩，增大对称橡胶段22的径向预压缩量，在提供节点轴向刚度的同时，进一步提高节点的径向刚度，斜面4.1与对称橡胶段22接触的边缘均为圆角边缘，避免斜面4.1的边缘对橡胶形成应力集中，对称橡胶段22与斜面4.1接触的型面为向外凸出的凸起型面22.1，凸起型面22.1由环形面一22.11和环形面二22.12组成，环形面一22.11和环形面二22.12与轴向的夹角均大于90度，且环形面一22.11和环形面二22.12之间的夹角为120度~180度，从图1中可以看出，挡块4沿轴向压紧对称橡胶段22时斜面沿轴向压紧在凸起型面22.1上，使凸起型面22.1变形完全贴合在斜面上，实现对称橡胶段22与挡块4的最大面积接触，实现节点轴向及径向刚度的同步提高，调节挡块的位置、斜面的角度和轴向宽度即可实现对节点安装后轴向及径向刚度的调节，满足不同线路承载需求。

其中，所述的挡块4与芯轴1之间具有径向间隙B,径向间隙B的径向宽度H2小于中间止挡面11与拉杆3内壁间的径向宽度H1，在止挡橡胶段实现硬止挡功能的基础上在实现两侧硬止挡功能，提高产品安全余量，保证车辆运行的安全性；拉杆3的内径小于对称橡胶段22的外径，大于止挡橡胶段21的外径，保证对称橡胶段22在拉杆3中呈自由状态，止挡橡胶段21在拉杆3中呈预压缩状态。

以上所述的拉杆节点组件的设计方法，其特征在于根据芯轴1的外径和拉杆3的内径，设计橡胶2，使节点压入拉杆3中止挡段101的橡胶呈自由状态，对称段102的橡胶呈预压缩状态，实现硬止挡功能前到硬止挡功能的缓和过度，提高舒适性能；设计对称段102中橡胶的厚度和轴向宽度，调节节点径向刚度，满足承载过程中的径向刚度需求。

其中，设计凹槽12.2的凹槽形状、径向凹进深度和轴向宽度，从而调节节点的偏转刚度，满足节点在曲线工况中的偏转刚度需求，根据不同的线路刚度需求对凹槽进行设计，从而实现对偏转刚度的调节，满足不同线路下节点的减振需求；

设计挡块4在拉杆3上的轴向位置、斜面4.1的倾斜角度和轴向宽度，从而调节节点的轴向刚度和径向刚度，实现节点轴向及径向刚度的同步提高，调节挡块4的位置、斜面的角度和轴向宽度即可实现对节点安装后轴向及径向刚度的调节，满足不同线路承载需求；

设计V型凹面23的径向深度及V型夹角大小，从而调节节点中橡胶2的应力变化，V型凹面使对称橡胶段在预压缩时具有流动变形空间，减少节点压入拉杆后橡胶的应力，V型凹面与拉杆之间形成V型空隙，为承载过程中橡胶的进一步压缩提供流动变形空间，减少橡胶变形过程中的应力，提高产品的疲劳寿命。设计V型凹面23的径向深度及V型夹角大小，可调节节点压入拉杆3后橡胶2的初始应力，和橡胶2在承载过程中的应力变化，延长橡胶的疲劳寿命。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.拉杆节点组件，包括拉杆（3）和压入拉杆（3）中的节点（100），节点（100）由芯轴（1）和硫化粘结在芯轴（1）上的橡胶（2）组成，其特征在于所述的节点（100）与拉杆（3）配合的部分分为三段，分别是位于中间起止挡功能的止挡段（101）和镜像对称设置在止挡段左右两侧的对称段（102），止挡段（101）的芯轴直径大于对称段（102）的芯轴直径，且止挡段（101）的橡胶厚度小于对称段（102）的橡胶厚度，止挡段（101）的橡胶呈自由状态，对称段（102）的橡胶呈预压缩状态。

2.根据权利要求1所述的拉杆节点组件，其特征在于所述的橡胶（2）分为三段，分别是止挡段（101）的止挡橡胶段（21）和对称段（102）的对称橡胶段（22），拉杆（3）与止挡橡胶段（21）间隙配合，对称橡胶段（22）呈预压缩状态，对称橡胶段（22）厚度为止挡橡胶段（21）厚度的至少两倍。

3.根据权利要求2所述的拉杆节点组件，其特征在于所述的芯轴（1）的中间位置具有沿径向凸起的中间止挡面（11），中间止挡面（11）左右两侧对称设置对称面（12），中间止挡面（11）的外径大于对称面（12）的外径，且中间止挡面（11）为轴向圆筒面，止挡橡胶段（21）硫化粘结在中间止挡面（11）上，对称橡胶段（22）硫化粘结在对称面（12）上。

4.根据权利要求3所述的拉杆节点组件，其特征在于所述的对称面（12）包括与中间止挡面（11）连接的内环面（12.1）和与内环面（12.1）连接的凹槽（12.2），内环面（12.1）为轴向圆筒面，凹槽（12.2）为径向凹进的环形槽。

5.根据权利要求4所述的拉杆节点组件，其特征在于所述的内环面（12.1）上粘结的对称橡胶段（22）的顶面与内轴面（12.1）平行，所述的止挡橡胶段（21）和对称橡胶段（22）之间形成V型凹面（23），V型凹面（23）与拉杆（3）之间形成V型空隙（A）。

6.根据权利要求2所述的拉杆节点组件，其特征在于还包括挡块（4），所述的挡块（4）轴向定位在拉杆（3）内壁上，并沿轴向压紧对称橡胶段（22），使对称橡胶段（22）形成轴向预压缩。

7.根据权利要求6所述的拉杆节点组件，其特征在于所述的挡块（4）用于沿轴向压紧对称橡胶段（22）的面为与轴向夹角大于90度的斜面（4.1），斜面（4.1）与对称橡胶段（22）接触的边缘均为圆角边缘，对称橡胶段（22）与斜面（4.1）接触的型面为向外凸出的凸起型面（22.1），凸起型面（22.1）由环形面一（22.11）和环形面二（22.12）组成，环形面一（22.11）和环形面二（22.12）与轴向的夹角均大于90度，且环形面一（22.11）和环形面二（22.12）之间的夹角为120度~180度。

8.根据权利要求6所述的拉杆节点组件，其特征在于所述的挡块（4）与芯轴（1）之间具有径向间隙（B）,径向间隙（B）的径向宽度H2小于中间止挡面（11）与拉杆（3）内壁间的径向宽度H1，拉杆（3）的内径小于对称橡胶段（22）的外径，大于止挡橡胶段（21）的外径。

9.权利要求1至8任一项所述的拉杆节点组件的设计方法，其特征在于根据芯轴（1）的外径和拉杆（3）的内径，设计橡胶（2），使节点压入拉杆（3）中止挡段（101）的橡胶呈自由状态，对称段（102）的橡胶呈预压缩状态，设计对称段（102）中橡胶的厚度和轴向宽度，调节节点径向刚度。

10.根据权利要求9所述的拉杆节点组件的设计方法，其特征在于设计凹槽（12.2）的凹槽形状、径向凹进深度和轴向宽度，从而调节节点的偏转刚度，设计挡块（4）在拉杆（3）上的轴向位置、斜面（4.1）的倾斜角度和轴向宽度，从而调节节点的轴向刚度和径向刚度；设计V型凹面（23）的径向深度及V型夹角大小，从而调节节点中橡胶（2）的应力变化。