CN110435699A - 轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构及纵向刚度调节方法 - Google Patents

Abstract

一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，橡胶体硫化在芯轴与外套之间，橡胶体在纵向方向的结构为纵向胶体，纵向胶体的内侧与芯轴硫化成一个整体，纵向胶体外侧的中部与外套内侧硫化在一起，纵向胶体外侧的两端设有调节孔，调节孔为盲孔。为大幅度降低纵向刚度，在纵向胶体上，开有调节孔结构，但孔为盲孔，以提升纵向承载能力；调节孔采用贴近式型面设计原则，设计为豆荚式形状，在纵向载荷下，两侧橡胶体柔性贴近金属外套，能让橡胶体应力更平缓的释放以及纵向刚度曲线的变化更为平滑；调整孔的宽度、深度及长度可以大幅度的调整纵向刚度的大小。

Description

轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构及纵向刚度调节方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种球铰的纵向刚度调节结构及刚度调节方法。

背景技术

球铰类橡胶弹性元件是常用的一种橡胶金属复合的减振元件，可广泛应用于各种减振场所，尤其是在机车车辆的转向架中应用十分普遍。在我国的铁路线路的弯道一般都较大，坡度较小，车辆在转弯和爬坡的过程中对轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度的要求不是特别高。

为降低机车的轮缘磨耗以及过曲线的能力，特别是在像瑞士这样多山的国家，铁路线路的弯道和坡道多，车辆行驶过程中经常需要进行较小的转弯和坡度较大的爬坡。为了减少在动态横向位移下轴箱拉杆与转向架构架的接摩擦接触，需要将轴箱拉杆球铰的纵向刚度和横向刚度降低，偏转刚度仍能保持在较高的水平。尤其是纵向刚度要降低到原来的1/10，横向刚度要降低到原来的1/2以下。这在对轴箱拉杆球铰在纵向刚度的改变上提出了极为苛刻的要求，因此需要对现有的轴箱拉杆球铰在结构上进行很大幅度的改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何大幅度改变轴箱拉杆球铰的纵向刚度，让机车能平稳的通过较小的转弯和坡度较大的爬坡。

针对以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，橡胶体硫化在芯轴与外套之间，橡胶体在纵向方向的结构为纵向胶体，纵向胶体的内侧与芯轴硫化成一个整体，纵向胶体外侧的中部与外套内侧硫化在一起，纵向胶体外侧的两端设有调节孔，调节孔为盲孔。

进一步地，纵向胶体分布在橡胶体的纵向方向的两端，所述的橡胶体纵向方向的任意一端的纵向胶体在橡胶体的周向方向上的角度小于90度。

进一步地，调节孔在橡胶体的周向方向上的截面为一个封闭的曲线，所述封闭的曲线包括向橡胶体内侧凹陷的内凹弧段和向橡胶体外侧凸起的外凸弧段，所述的内凹弧段包括第一内凹弧段、第二内凹弧段和第三内凹弧段；外凸弧段的两端分别与第一内凹弧段、第三内凹弧段的一端连接，第一内凹弧段和第三内凹弧段的另一端分别与连接第二内凹弧段两端连接。

进一步地，纵向胶体的两端都设有端部凹槽，端部凹槽的截面由第一直线段、第二直线段和第三直线段围成，第二直线段的两端分别与第一直线段、第三直线段的一端连接。

进一步地，第一直线段与第二直线段之间的夹角为55-70度，第二直线段与第三直线段之间的夹角为120-135度。

一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节方法，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，将橡胶体硫化在芯轴与外套之间，在橡胶体的纵向方向设置纵向胶体；通过在纵向胶体外侧的两端开设调节孔，并通过改变调节孔的高度、宽度和长度来调节轴箱拉杆球铰的纵向刚度。

进一步地，将纵向胶体设在橡胶体的纵向方向的两侧，将纵向胶体的两端开盲孔形成调节孔，并使所述的两侧的纵向胶体在橡胶体的周向方向上的角度都小于90度，通过增加调节孔的高度、宽度和长度来减小轴箱拉杆球铰的纵向刚度。

进一步地，在纵向胶体的两端都设置端部凹槽，增加端部凹槽的高度和宽度都能减小轴箱拉杆球铰的纵向刚度。

进一步地，端部凹槽的截面由第一直线段、第二直线段和第三直线段围成，第二直线段的两端分别与第一直线段、第三直线段的一端连接，将第一直线段与第二直线段之间的夹角设置为小于90度，通过增加第一直线段与第二直线段之间的夹角来减小轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度；将第二直线段与第三直线段之间的夹角设置为大于90度，通过增加第二直线段与第三直线段之间的夹角来减小轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度。

本发明的优点是：

1.原结构由整体外套、分瓣外套、芯轴和橡胶组成，而新结构仅由外套、芯轴和橡胶体组成，无分瓣外套，芯轴与外套在模具中的组装方式，采用旋合组装，结构简单。且外套、橡胶体和芯轴硫化成一个整体，其结构更为紧凑和稳固；

2.原结构芯轴和外套为齿形啮合，齿形设计均为一周，新结构为实现降低纵向刚度的目的，芯轴与外套齿形啮合，但芯轴和外套的啮合齿形均为80°，外套剩下100°无齿形，芯轴剩下100°的齿高下降，降低了纵向刚度；

3. 为大幅度降低纵向刚度，在纵向胶体上，开有调节孔结构，但孔为盲孔，以提升纵向承载能力；调节孔采用贴近式型面设计原则，设计为豆荚式形状，在纵向载荷下，两侧橡胶体柔性贴近金属外套，能让橡胶体应力更平缓的释放以及纵向刚度曲线的变化更为平滑；调整孔的宽度、深度及长度可以大幅度的调整纵向刚度的大小。

附图说明

图1为实施例一中轴箱拉杆球铰90度方向剖视示意图；

图2为芯轴主视方向剖视示意图；

图3为图2的A-A方向剖视示意图；

图4为外套的右视方向剖视示意图一；

图5为图4中B-O-B的90度方向剖视示意图；

图6为外套的右视方向剖视示意图二；

图7为橡胶体右视方向剖视示意图；

图8为图7中C-O-C的90度方向剖视示意图；

图9为图8中D区域局部放大图；

图10为调节孔在橡胶体周向方向上的截面图；

图中：11纵向胶体、111调节孔、101外凸弧段、102第一内凹弧段、103第二内凹弧段、104第三内凹弧段、112胶体短齿、12横向胶体、131第一直线段、132第二直线段、133第三直线段、21套体、22套齿、31轴体、32轴短齿、33轴长齿。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述：

实施例一

如图1、图2和图3所示，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，橡胶体硫化在芯轴与外套之间。为了大幅度改变轴箱拉杆球铰的刚度，外套、橡胶体和芯轴在横向方向和纵向方向的结构是不同的。外套、橡胶体和芯轴上都设有横向结构和纵向结构，芯轴的横向结构和纵向结构的外侧以及外套的横向结构的内侧都设有锯齿。橡胶体内侧的横向结构硫化在芯轴外侧的横向结构的锯齿上，橡胶体内侧的纵向结构硫化在芯轴外侧的纵向结构的锯齿上。橡胶体外侧的横向结构硫化在外套内侧的横向结构的锯齿上，芯轴的锯齿包括轴短齿32和轴长齿33，外套锯齿为套齿22。本实施例中，图3芯轴的左右方向为纵向方向，上下方向为横向方向，图1中上方为轴箱拉杆球铰的横向方向，下方为纵向方向。

芯轴包括轴体31、轴短齿32和轴长齿33，且轴短齿32和轴长齿33设在轴体31的周向方向上。在轴体31横向方向的两端设有轴长齿33，在轴体31纵向方向的两端设置轴短齿32，且轴长齿33的高度大于轴短齿32的高度。如图3所示，轴长齿33在芯轴的周向方向上的角度为角E，优选的，轴长齿33在芯轴的周向方向上的夹角E的角度为80度，轴短齿32在芯轴的周向方向上的角度为100度。

如图1、图2、图4、图5和图6所示，外套包括套体21和套齿22，套体21为圆管状，套体21的内侧在横向方向两侧设置有套齿22，套体21的内侧在纵向方向的两端没有设置套齿22。外套在周向方向上没有设置套齿22的角度为角F，优选的，角F的角度为100度，外套在周向方向上设置有套齿22的角度为80度。

橡胶体内侧的横向胶体12和纵向胶体11分别与芯轴的轴长齿33和轴短齿32硫化在一起，橡胶体外侧的横向胶体12和纵向胶体11分别与外套内侧的套齿22和套体21硫化在一起。轴长齿33和轴短齿32都是向芯轴内凹陷与向芯轴外凸起相互交替的锯齿状，优选的，所述向芯轴内凹陷与向芯轴外凸的轴长齿33和轴短齿32的截面都为梯形。同样的，套齿22也是由向内凹陷与向外凸起相互交替的锯齿状构成，优选的，所述向内凹陷与向外凸的套齿22的截面也设置成为与轴长齿33形状和大小相匹配的梯形。且在轴箱拉杆球铰的横向方向上，轴长齿33中向外凸起的部位与套齿22向内凹陷的部位相对应，轴长齿33中向内凹陷的部位与套齿22向外凸起的部位相对应。

如图1、图7、图8、图9和图10所示，橡胶体硫化在芯轴与外套之间，橡胶体包括横向胶体12和纵向胶体11。横向胶体12的内侧与芯轴的轴长齿33硫化成一个整体，横向胶体12的外侧与外套的套齿22硫化成一个整体。纵向胶体11的内侧与芯轴的轴短齿32硫化成一个整体，形成与轴短齿32贴合在一起的胶体短齿112，纵向胶体11外侧的中部与外套的套体21硫化在一起，调节孔111开在纵向胶体11外侧的两端，调节孔111为盲孔，盲孔的形状为豆荚状。

调节孔111在橡胶体的周向方向上的截面为一个封闭的曲线，整个封闭的曲线类似于为豆荚状。所述封闭的曲线包括向橡胶体内侧凹陷的内凹弧段和向橡胶体外侧凸起的外凸弧段101，所述的内凹弧段包括第一内凹弧段102、第二内凹弧段103和第三内凹弧段104；外凸弧段101的两端分别与第一内凹弧段102、第三内凹弧段104的一端连接，第一内凹弧段102和第三内凹弧段104的另一端分别与连接第二内凹弧段103两端连接。且上述封闭的曲线的任意两段相邻的弧形段连接的地方都进行了倒圆角。

如图1至图10所示，轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节方法如下：在轴箱拉杆球铰的纵向方向上外套内侧没有设置套齿22，芯轴外侧设置有轴短齿32，纵向胶体11一侧硫化在芯轴的轴短齿32上，纵向胶体11的另一侧的中部硫化在外套的套体21内侧，纵向胶体11的两端开有调节孔111，调节孔111为盲孔。通过在纵向胶体11外侧开调节孔111来大幅度调节轴箱拉杆球铰的纵向刚度，并通过调节轴短齿32的宽度，以及纵向胶体11的厚度来调节轴箱拉杆球铰的纵向刚度。

具体说来是：通过增加调节孔111的高度、宽度和长度来大幅度减小轴箱拉杆球铰的纵向刚度，增加纵向胶体11的厚度来减小轴箱拉杆球铰的纵向刚度。反之，减小调节孔111的高度、宽度和长度会大幅度增加轴箱拉杆球铰的纵向刚度，减小纵向胶体11的厚度会增加轴箱拉杆球铰的纵向刚度。而将调节孔111在橡胶体的周向方向上的截面的封闭的曲线设置成豆荚状，以及将封闭的曲线的任意两段相邻的弧形段连接的地方都进行倒圆角，是为是让轴箱拉杆球铰的纵向刚度曲线变化更为平滑，提高车辆行驶过程中旅客乘车的舒适度。本实施例中调节孔111的高度方向以及纵向胶体11的厚度的方向都与前述的横向胶体12的厚度方向相同，都是指图1中的上下方向；调节孔111的宽度方向为图1中的左右方向，调节孔111的长度方向为轴箱拉杆球铰的周向方向。

另外，在橡胶体的横向结构和纵向结构的两端都设置端部凹槽，增加端部凹槽的高度和宽度都能减小轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度；端部凹槽的截面由第一直线段131、第二直线段132和第三直线段133围成，第二直线段132的两端分别与第一直线段131、第三直线段133的一端连接，第一直线段131与第二直线段132之间的夹角小于90度，通过增加第一直线段131与第二直线段132之间的夹角来减小轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度；第二直线段132与第三直线段133之间的夹角大于90度，通过增加第二直线段132与第三直线段133之间的夹角来减小轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度。

还有，轴箱拉杆球铰的偏转刚度调节方法如下：由于横向胶体12是内侧硫化在轴长齿33上，而外侧硫化在套齿22上，所以，轴箱拉杆球铰的偏转刚度主要是受到轴长齿33与套齿22之间的横向胶体12的影响。因此，调节轴长齿33和套齿22的高度和宽度，就能调节轴箱拉杆球铰的偏转刚度。

具体说来是：通过增加轴长齿33和套齿22的高度来增加轴箱拉杆球铰的偏转刚度，通过增加轴长齿33和套齿22的宽度度来增加轴箱拉杆球铰的偏转刚度；反之，减小轴长齿33和套齿22的高度会减小轴箱拉杆球铰的偏转刚度，减小轴长齿33和套齿22的宽度度会减小轴箱拉杆球铰的偏转刚度。

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 (9)

1.一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，其特征在于，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，橡胶体硫化在芯轴与外套之间，橡胶体在纵向方向的结构为纵向胶体，纵向胶体的内侧与芯轴硫化成一个整体，纵向胶体外侧的中部与外套内侧硫化在一起，纵向胶体外侧的两端设有调节孔，调节孔为盲孔。

2.根据权利要求1所述的一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，其特征在于，纵向胶体分布在橡胶体的纵向方向的两端，所述的橡胶体纵向方向的任意一端的纵向胶体在橡胶体的周向方向上的角度小于90度。

3.根据权利要求1或2所述的一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，其特征在于，调节孔在橡胶体的周向方向上的截面为一个封闭的曲线，所述封闭的曲线包括向橡胶体内侧凹陷的内凹弧段和向橡胶体外侧凸起的外凸弧段，所述的内凹弧段包括第一内凹弧段、第二内凹弧段和第三内凹弧段；外凸弧段的两端分别与第一内凹弧段、第三内凹弧段的一端连接，第一内凹弧段和第三内凹弧段的另一端分别与连接第二内凹弧段两端连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，其特征在于，纵向胶体的两端都设有端部凹槽，端部凹槽的截面由第一直线段、第二直线段和第三直线段围成，第二直线段的两端分别与第一直线段、第三直线段的一端连接。

5.根据权利要求4所述的一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，其特征在于，第一直线段与第二直线段之间的夹角为55-70度，第二直线段与第三直线段之间的夹角为120-135度。

6.一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节方法，其特征在于，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，将橡胶体硫化在芯轴与外套之间，在橡胶体的纵向方向设置纵向胶体；通过在纵向胶体外侧的两端开设调节孔，并通过改变调节孔的高度、宽度和长度来调节轴箱拉杆球铰的纵向刚度。

7.根据权利要求6所述的一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节方法，其特征在于，将纵向胶体设在橡胶体的纵向方向的两侧，将纵向胶体的两端开盲孔形成调节孔，并使所述的两侧的纵向胶体在橡胶体的周向方向上的角度都小于90度，通过增加调节孔的高度、宽度和长度来减小轴箱拉杆球铰的纵向刚度。

8.根据权利要求6或7所述的一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节方法，其特征在于，在纵向胶体的两端都设置端部凹槽，增加端部凹槽的高度和宽度都能减小轴箱拉杆球铰的纵向刚度。

9.根据权利要求8所述的一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节方法，其特征在于，端部凹槽的截面由第一直线段、第二直线段和第三直线段围成，第二直线段的两端分别与第一直线段、第三直线段的一端连接，将第一直线段与第二直线段之间的夹角设置为小于90度，通过增加加第一直线段与第二直线段之间的夹角来减小轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度；将第二直线段与第三直线段之间的夹角设置为大于90度，通过增加第二直线段与第三直线段之间的夹角来减小轴箱拉杆球铰的横向刚度和纵向刚度。