CN110513416A - 一种可分离式橡胶球铰结构及其变刚度方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种可分离式橡胶球铰结构，包括球铰组件，该球铰组件由外围的固定结构压紧在铰轴上；球铰组件包括对应设置在铰轴外侧的数个球铰本体；球铰本体包括外环、内环及二者间的橡胶体；外环的外壁贴合固定结构内壁，内环的内壁贴合铰轴。本发明创造中球铰结构采用分离式结构，制造工艺更简单、通用性好。球铰本体外侧的固定结构与球铰轴间，通过对应设置的孔肩和轴肩结构限制球铰轴摆动和位移的最大空间，保证了球铰的缓冲减震性能，且有效避免了橡胶体过早损坏，球铰耐用性好，稳定性高。

Description

一种可分离式橡胶球铰结构及其变刚度方法

技术领域

本发明创造属于缓冲减震技术领域，尤其是涉及一种可分离式橡胶球铰结构及其变刚度方法。

背景技术

现有的橡胶球铰采用的是整体式的结构，一般具有金属外套、金属芯轴和橡胶等组成，橡胶一般呈筒状处于金属芯轴和金属外套之间，硫化后将金属外套连接金属芯轴在一起。为提高橡胶球铰的使用寿命，需避免橡胶在使用中出现拉伸应力，需在生产时进行周向滚压，确保橡胶在使用时处于预压状态。这种整体式的橡胶球铰工艺复杂，需要精准的质量控制，制造完成后，橡胶的预压难以调整，金属外套和金属芯轴的结构和外形业已确定，这些均限制了橡胶球铰的使用。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种可分离式橡胶球铰结构及其变刚度方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种可分离式橡胶球铰结构，包括球铰组件，该球铰组件由外围的固定结构压紧在铰轴上；

所述球铰组件包括对应设置在铰轴外侧的数个球铰本体；

所述球铰本体包括外环、内环及二者间的橡胶体；所述固定结构沿铰轴轴向方向的两端均设有孔肩结构，铰轴上对应孔肩设有轴肩结构，且孔肩结构与轴肩结构之间留有缓冲间隙。

进一步，所述橡胶体中部设有缺口，缺口沿轴向贯通橡胶体，当球铰受载后，允许橡胶体向缺口处挤压形变。

进一步，所述橡胶体通过硫化工艺成型于内、外环之间。

进一步，所述固定结构包括对应的两瓣箍紧件，此两箍紧件通过连接件固定后，将球铰本体压紧。

进一步，所述箍紧件呈Ω型结构，其两侧设有连接耳，在连接耳上分别设有连接孔。

进一步，所述连接件采用螺钉。

进一步，所述外环的宽度与固定结构上两孔肩结构间距一致，保证其沿轴向无窜动的位移量。

进一步，所述内环的宽度与铰轴上两轴肩结构间距一致，保证其沿轴向无窜动的位移量。

进一步，所述橡胶体轴向的两侧均内凹于保持壳体结构，其与保持壳体外缘间留有形变间隙。

一种上述的球铰结构的变刚度方法，球铰结构中的球铰本体采用以下一种或多种形式：

内环与外环不同心设置；

内环的内径设计为与球铰轴配合的轴形部位的直径不同；

外环的外径设计为与安装球铰的壳体内凹结构的内径不同；

内环为平滑的曲面结构，其曲面各部分曲率或弯曲半径不相同；

外环为平滑的曲面结构，其曲面各部分曲率或弯曲半径不相同；

改变橡胶体的厚度分布。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

(1)本发明创造中球铰结构采用分离式结构，球铰在制造中无需进行周向滚压，安装中橡胶预压状态可调，可更好的匹配所安装的结构部件，通用性好，制造工艺更简单、成本更低。

(2)球铰本体外侧的固定结构与球铰轴间，通过对应设置的孔肩和轴肩结构限制球铰轴摆动和位移的最大空间，保证了球铰的缓冲减震性能，由于通过轴肩结构与孔肩结构的接触限制了橡胶与结构件的碰撞时的压缩量，确保在受载时，球铰处先由橡胶产生柔性缓冲，随着受载加剧，又能产生刚性限位，有效避免了橡胶体过早损坏，球铰耐用性好，稳定性高。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造内部结构示意图；

图3为本发明创造的剖视图；

图4为本发明创造实施例中球铰本体的结构示意图；

图5为本发明创造实施例中内环、外环不同心时的示意图；

图6为本发明创造实施例中内环、外环各部分曲率或弯曲半径设计为不相同时的示意图；

图7为本发明创造实施例中使用状态下结构的局部剖视图；

图8为本发明创造实施例中使用状态下的全剖视图。

附图标记说明：

1-球铰组件；2-固定结构；3-铰轴；4-外环；5-内环；6-橡胶体；7-孔肩结构；8-轴肩结构；9-缓冲间隙；10-缺口；11-箍紧件；12-连接件；13-连接耳；14-形变间隙；15-定型支撑部；16-缓冲部；17-凹槽部；18-圆角结构；19-缓冲空间；20-球铰本体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种可分离式橡胶球铰结构，如图1至4所示，包括球铰组件1，该球铰组件由外围的固定结构2压紧在铰轴3上；

所述球铰组件包括对应设置在铰轴外侧的数个球铰本体20；

所述球铰本体包括外环4、内环5及二者间的橡胶体6；

固定结构沿铰轴轴向方向的两端均设有孔肩结构7，铰轴上对应孔肩设有轴肩结构8，且孔肩结构与轴肩结构之间留有缓冲间隙9，该缓冲间隙为球铰轴摆动和位移的最大空间(量)，既保证了球铰的缓冲减震性能，同时，还对球铰本身的活动量进行了限位，通过轴肩和孔肩结构的接触限制橡胶与结构件的碰撞时的压缩量，避免了橡胶体过早损坏，长久保证了球铰的使用性能，耐用性好，稳定性高。

需要指出的是，对于球铰组件的布置形式，可以为对称布置的两个，也可以是如图7和图8所示的，铰轴两侧的球铰本体数量不相同，根据实际需要布置即可。当球铰轴两侧球铰本体数量不同时，分别处在球铰轴两侧的各球铰本体的总宽度是相同的，保证结构稳定可靠。

通常，外环的宽度与固定结构上两孔肩结构间距一致，保证其沿轴向无窜动的位移量。内环的宽度与铰轴上两轴肩结构间距一致，保证其沿轴向无窜动的位移量。

橡胶体通过硫化工艺成型于内、外环之间。内环与外环构成开放式的结构，二者由橡胶体牢固粘结。在橡胶体中部设有缺口10，缺口沿轴向贯通橡胶体，当球铰受载后，允许橡胶体向缺口处挤压形变。

在球铰结构中，球铰一般为对装形式，通过外侧的固定结构将球铰箍紧在球铰轴上。固定结构包括对应的两瓣箍紧件11，此两箍紧件通过连接件12固定后，将球铰本体压紧。通常，连接件采用螺钉或螺栓。每一部分箍紧件的内凹结构小于或等于半圆，通过螺栓或螺钉将两部分箍紧件连接固定，保证橡胶的预压缩状态达到使用需求，并且，可以根据不同的使用要求，快速调整螺栓预紧力，从而调整橡胶预压状态，操作非常简便。

在一个可选的实施例中，上述箍紧件呈Ω型结构，其两侧设有连接耳13，在连接耳上分别设有连接孔。

上述外环与内环形成保持壳体结构，所述橡胶体两侧内凹于保持壳体结构，其与保持壳体外缘间留有形变间隙14(即与轴肩或孔肩留有形变的空间)。

在一个可选的实施例中，橡胶缓冲体包括中部的定型支撑部15及两侧的缓冲部16，所形成的缺口呈ω型，包括左右对称的两凹槽部17，此两凹槽部均呈弧形槽结构，且槽壁与定型支撑部之间、以及槽壁与缓冲部之间均圆滑过渡。

上述缓冲部贴近外环的一侧边角均呈圆角结构18，橡胶体受载时，可以挤压缓冲部向缺口部分压缩，圆角结构设计能避免应力集中，同时，对缓冲部的形变方向具有引导作用。

上述橡胶缓冲体所形成的弧段长度小于外壳结构所形成的弧段长度，即，橡胶缓冲体末端内凹于外壳结构内，形成了缓冲空间19，球铰结构在安装使用状态下，结构件不会限制橡胶缓冲体的形变，保证缓冲形变的效果。

另外，内环与外环所构成的外壳结构所形成的弧段长度≤1/2圆，确保球铰在安装后，能够根据实际情况，调整预压紧时的压缩量，更好的匹配设备，以发挥球铰的性能。

需要说明的是，本球铰结构可广泛应用于橡胶履带行走系统，通常可在球铰轴两侧设置轮系安装的轴肩，保证安装的驱动轮(或张紧轮、负重轮等等)通过轮系安装轴肩定位，使得轮与固定结构间留有一定的间隙，保证球铰相对于球铰轴有一定的摆动空间，整个轮系自适应调整能力更强。

在一个可选的实施例中，所述外环的外壁贴合固定结构内壁，需要说明的是，这里所指的贴合，并非完全贴合，外环主体部分与固定结构间产生稳定的依附关系即可。所述内环的内壁贴合铰轴，同样的，这里所指的贴合，并非完全贴合，外环主体部分与固定结构间产生稳定的依附关系即可。

实际上，本发明创造中的外环、内环优选采用薄板(或是薄壁结构件)制成，可以是具有一定延展性或弹性的金属环，为了达到变刚度的目的，外环与固定结构内壁间或是内环与球铰轴外表面间可以在部分区域留有间隙，作为球铰受载后缓冲的(压缩)形变空间。

下面提供针对上述球铰结构的变刚度方法，如图5和图6所示，球铰结构中的球铰本体采用以下一种或多种形式设计：

1、外环和内环不同心设置，当内环圆心位置相对外环圆心位置更靠近内环时，两侧的橡胶相对较厚，可提高两侧橡胶在装配预压时的压缩量；外环的圆心位置相对内环圆心位置更靠近内环时，则相反。

2、内环的内径可大于或小于与球铰轴配合的轴形部位的直径，大于时，可减少两侧橡胶在装配预压时的压缩量，小于时，则反之。

3、外环的外径可大于或小于安装球铰的壳体内凹结构的内径，大于时，可增加两侧橡胶在装配预压时的压缩量，小于时，则反之。

4、球铰的内环可采用平滑曲面加厚的薄壁形式，曲面各部分的曲率或弯曲半径可不相同，以使球铰各部位橡胶在装配后具有不同的预压缩量和不同的刚度。

5、球铰的外环可采用平滑曲面加厚的薄壁形式，曲面各部分的曲率或弯曲半径可不相同，以使球铰各部位橡胶在装配后具有不同的预压缩量和不同的刚度。

6、改变橡胶体的厚度分布，如使橡胶体的某部分与外环之间存在间隙，或与内环之间存在间隙，橡胶球铰在安装后，间隙部位的橡胶一般不会被压缩或是预压缩量更少，进而实现球铰的变刚度设计。

针对上述方法所对应的球铰结构在一个可选实施例中，缓冲夹层中部窄、两侧宽，在该缓冲夹层内硫化成型所述橡胶缓冲体。而在另一个可选的实施例中，缓冲夹层中部宽、两侧窄，在该缓冲夹层内硫化成型所述橡胶缓冲体。

本发明创造中球铰结构采用分离式结构，球铰在制造中无需进行周向滚压，安装中橡胶预压状态可调，可以根据不同的使用需求，快速调整预压紧的压缩量，可以更好的匹配所安装的结构部件，通用性好，同时制造工艺更简单、成本更低。

外侧的固定结构与球铰轴间，通过对应设置的孔肩和轴肩结构限制球铰轴摆动和位移的最大空间，保证了球铰的缓冲减震性能。

由于通过轴肩结构与孔肩结构的接触限制了橡胶与结构件的碰撞时的压缩量，确保在受载时，球铰处先由橡胶产生柔性缓冲，随着受载加剧，又能产生刚性限位，有效避免了橡胶体过早损坏，球铰耐用性好，稳定性高。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：包括球铰组件，该球铰组件由外围的固定结构压紧在铰轴上；

所述球铰组件包括对应设置在铰轴外侧的数个球铰本体；

所述球铰本体包括外环、内环及二者间的橡胶体；

所述固定结构沿铰轴轴向方向的两端均设有孔肩结构，铰轴上对应孔肩设有轴肩结构，且孔肩结构与轴肩结构之间留有缓冲间隙。

2.根据权利要求1所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述橡胶体中部设有缺口，缺口沿轴向贯通橡胶体。

3.根据权利要求1所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述橡胶体通过硫化工艺成型于内、外环之间。

4.根据权利要求1所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述固定结构包括对应的两瓣箍紧件，此两箍紧件通过连接件固定后，将球铰本体压紧。

5.根据权利要求4所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述箍紧件呈Ω型结构，其两侧设有连接耳，在连接耳上分别设有连接孔。

6.根据权利要求4所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述连接件采用螺钉。

7.根据权利要求1所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述外环的宽度与固定结构上两孔肩结构间距一致。

8.根据权利要求1或7所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述内环的宽度与铰轴上两轴肩结构间距一致。

9.根据权利要求8所述的一种可分离式橡胶球铰结构，其特征在于：所述外环与内环形成保持壳体结构，所述橡胶体轴向的两侧均内凹于保持壳体结构，其与保持壳体外缘间留有形变间隙。

10.一种应用权利要求1所述的球铰结构变刚度方法，其特征在于，球铰本体采用以下一种或多种形式：

内环与外环不同心设置；

内环的内径设计为与球铰轴配合的轴形部位的直径不同；

外环的外径设计为与安装球铰的壳体内凹结构的内径不同；

内环为平滑的曲面结构，其曲面各部分曲率或弯曲半径不相同；

外环为平滑的曲面结构，其曲面各部分曲率或弯曲半径不相同；

改变橡胶体的厚度分布。