CN110617293A - 一种可变刚度轴箱弹簧减振方法及弹簧 - Google Patents

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邓爱喜
褚衍廷
杨晓林
曾敏
钱娜
邹震
邵卿
高艳艳
江冀海
陈铖
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    • F16F2228/06—Stiffness
    • F16F2228/066—Variable stiffness

Abstract

本发明提供一种可变刚度减振方法及弹簧，所述轴箱弹簧包括橡胶锥形弹簧与两级减振结构，所述两级减振机构由橡胶锥形弹簧与辅助弹簧组成；所述橡胶锥形弹簧的芯轴设置为空心状，所述辅助弹簧安装于橡胶锥形弹簧的芯轴内。本发明进行了二级减振设计，可保证轴箱弹簧在大载荷时提供较大刚度，减小装置的变形挠度，同时可通过调整辅助弹簧的参数改变轴箱弹簧的刚度特性，并且辅助弹簧并联安装于橡胶锥形弹簧的芯轴内，节约了安装高度，节省了安装空间，降低了成本。

Description

一种可变刚度轴箱弹簧减振方法及弹簧
技术领域
本发明涉及轨道车辆减振领域，具体涉及一种可变刚度的轴箱弹簧减振方法及弹簧。
背景技术
橡胶具有减振降噪的优势，目前国内外很多城市轨道交通车辆上已普遍采用橡胶锥形弹簧作为轴箱弹簧在使用，但是随着当前城市的发展，人口的增多，导致车辆空载到满载甚至超载情况时，载荷跨度很大。橡胶弹簧的空载低刚度特性有助于车辆动力学平顺性能和稳定性的保证，但橡胶锥形弹簧在大载荷下刚度非线性较差，从而导致满载或超载后垂向挠度过大。
中国专利CN200910043954.X公开了一种轨道车辆转向架轴箱弹簧减振方法及轴箱弹簧，该专利是通过在锥形弹簧顶部在连接一个倒置的锥形弹簧实现两级刚度变形，但该方案存在以下问题：首先，设置两个锥形弹簧对安装空间的要求较高，并且制造成本较高；另外，在该方案中，两对锥形弹簧由同一外套进行支撑，小锥形弹簧的顶板下降过程中会产生弯矩，导致小锥形弹簧中间滑套在受到弯矩情况下会出现下滑不畅，产品的二级减振存在不可控的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能稳定改善锥形橡胶轴箱弹簧垂向性能，特别是解决大载荷下垂向挠度过大的问题的轴箱弹簧减振方法及弹簧。
本发明的具体技术方案如下：
一种可变刚度轴箱弹簧的减振方法：设置两级减振结构，橡胶锥形弹簧作为主簧，在橡胶锥形弹簧内部芯轴开孔，在孔内并联设置辅助弹簧；将橡胶锥形弹簧的承重面与辅助弹簧的承重面设置为一定高度差；橡胶锥形弹簧首先承重，被压缩到一定比例时，辅助弹簧开始承重，与橡胶锥形弹簧共同提供垂向刚度。
基于以上减振方法，本申请提出一种可变刚度轴箱弹簧，如下：
一种可变刚度轴箱弹簧，包括橡胶锥形弹簧与两级减振结构，所述两级减振机构由橡胶锥形弹簧与辅助弹簧组成；所述橡胶锥形弹簧的芯轴设置为空心状，所述辅助弹簧安装于橡胶锥形弹簧的芯轴内。
进一步地，所述橡胶锥形弹簧的芯轴内固定有压套，所述钢弹簧安装于压套内；所述压套的内腔顶端设有凸台，用于钢弹簧顶部定位；所述压套底部设有台阶，用于钢弹簧预压止挡。
进一步地，所述芯轴的底端设有可拆卸的底座；所述底座通过螺钉固定于所述芯轴上；所述底座中部设有凸台，用于钢弹簧底部定位。
进一步地，进一步地，所述压套处于预安装位置时，其顶部与橡胶锥形弹簧的外套的顶端之间存在间隙C；所述间隙C小于车辆空载时橡胶锥形弹簧外套的下降量。
进一步地，所述压套的顶部安装有磨耗板。
进一步地，所述底座的圆周方向还设有凹台。
进一步地，所述压套处于预安装位置时，其底部与可拆卸底座之间存在间隙A。
进一步地，所述压套处于与安装位置时，其顶部与芯轴顶端之间存在间隙B。
进一步地，所述钢弹簧的最大行程等于间隙A与间隙B中的较小者。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明提出一种可变刚度轴箱弹簧的减振方法，对轴箱弹簧进行了二级减振设计，轴箱弹簧在大载荷时，能够变刚度，提供较大垂向刚度，减小装置的变形挠度，同时可通过调整钢弹簧的参数改变轴箱弹簧的刚度特性。
（2）本发明所提出一种由橡胶锥形弹簧与辅助弹簧组成二级减振结构的设计方法，其中橡胶锥形弹簧的芯轴设置为空心状，设计辅助弹簧并联安装于橡胶锥形弹簧的芯轴内，此种设计方法既节约了安装高度，又节省了安装空间，也降低的成本。
（3）本发明对橡胶锥形弹簧芯轴进行针对性设计，并设计一系列凸台与凹台，极大方便了钢弹簧的安装与定位；同时设置有磨耗板，可缓和被承载车身与压套的挤压与接触，延长了产品的使用寿命。
附图说明
图1为本发明可变刚度轴箱弹簧的结构示意图；
图2为本发明与传统橡胶弹簧的载荷位移曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明作进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种可变刚度轴箱弹簧，它由一个橡胶锥形弹簧与辅助弹簧共同组成，两者共同组成二级减振结构，具体而言，本实施例中，辅助弹簧选用钢弹簧8，橡胶锥形弹簧的芯轴6呈空心状，钢弹簧8安装于芯轴6内，与橡胶锥形弹簧实现内置并联设计。
其中，橡胶锥形弹簧由外套2、隔套3、5、橡胶4以及芯轴6组成，橡胶锥形弹簧的芯轴6内固定有压套7，钢弹簧8安装于压套7内，在压套7的内腔顶端设有凸台7a，用于钢弹簧8顶部定位，而在压套7的顶端外侧安装有一块磨耗板1，用于缓和压套7与被承载物之间的挤压碰撞，提升使用寿命；而在压套底部设有L型台阶7b，该L型台阶7b与芯轴6腔内结构配合，用于钢弹簧8的预压止挡；芯轴6的底端通过螺钉9连接底座10，该底座上同样设有凸台10b，用于钢弹簧8的底部定位，由此，钢弹簧8能顺利地预安装在橡胶锥形弹簧的芯轴6内，产品安装时，先将压套7从芯轴6底部放入芯轴6中，然后再将设计好的钢弹簧8自由放入压套7中，然后在装配工装的帮助下将底座10装上，完成安装；以上一系列的凸台、台阶的设计均起到方便定位与安装的作用；此外，底座10的圆周方向还设有凹台10a，主要用于防止底座10横向力对螺钉9施加较大的剪切力，提高产品的可靠性。
如图1所示，当压套7处于预安装位置时，其底部与底座10之间存在间隙A，而其顶部与锥形橡胶弹簧外套2的顶端之间存在间隙C的同时，与芯轴6的顶端之间存在间隙B，钢弹簧的最大行程等于间隙A与间隙B中的较小者。
本发明的轴箱弹簧承载轨道车辆时，橡胶锥形弹簧首先受力，其外套2下沉，本实施例中间隙C大于车辆空载时橡胶锥形弹簧外套的下降量H，这样当橡胶锥形弹簧外套下降到压套7顶端面以下时，压套7及钢弹簧8将接触车身并承受重力，从而与锥形橡胶弹簧一并进行承载，提供垂向刚度。间隙C减去空载时外套的下降量H的差值即为产品实现变刚度时的位移量，即图2中的点对应的位移量，该点即本发明轴箱弹簧的变刚度点，故实际设计中，可通过调整间隙C来改变轴箱弹簧实现变刚度时所对应的载荷大小。
本发明设置了橡胶锥形弹簧与钢弹簧配合工作的二级减振机构，可保证轴箱弹簧在大载荷时提供较大刚度，减小装置的变形挠度，而车辆处于空载时，钢弹簧基本不参与工作，橡胶锥形弹簧空载低刚度特性有助于保持车辆动力学平顺性和稳定性；同时相比于涉及橡胶锥形弹簧的传统二级减振设计，本发明将钢弹簧8置于橡胶锥形弹簧的芯轴6内，由此实现两弹簧的并联，这样的设计方法大大地节约了所需要的安装高度，且钢弹簧8实现工作的难度较低，相较于两橡胶锥形弹簧组成的二级减振机构，使用钢弹簧8内置并联的设计方法在保证安装空间降低的前提下还能解决了小锥形弹簧下滑不畅的问题，并使产品的工作稳定性更好。
本发明还可通过调整钢弹簧的刚度特性，来实现不同二级刚度的特性要求，压套与底座的设计便于更换圈数与节距不同的钢弹簧，调整钢弹簧参数调整如下图2中变刚度点X0的位置，也就是调整钢弹簧开始接触时的位置，提高运营可靠性。
实施例2
本实施例与实施例1实施方式基本相同，其主要的区别在于，本实施例中所采用的辅助弹簧与实施例中的钢弹簧8不同，本实施中辅助弹簧可选择形状类似的的橡胶弹簧亦或是其他形式的弹簧，同样置于橡胶锥形弹簧的芯轴内，替代钢弹簧8，并且基于其本身的参数、材质，可产生与钢弹簧略微不同的变刚度效果。
显然，上述实例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变刚度轴箱弹簧减振方法，其特征在于，设置两级减振结构，橡胶锥形弹簧作为主簧，在橡胶锥形弹簧内部芯轴开孔，在孔内并联设置辅助弹簧；将橡胶锥形弹簧的承重面与辅助弹簧的承重面设置为一定高度差；橡胶锥形弹簧首先承重，被压缩到一定比例时，辅助弹簧开始承重，与橡胶锥形弹簧共同提供垂向刚度。
2.一种可变刚度轴箱弹簧，基于权利要求1所述的减振方法，其特征在于，所述两级减振机构由橡胶锥形弹簧与辅助弹簧组成；所述橡胶锥形弹簧的芯轴设置为空心状，所述辅助弹簧安装于橡胶锥形弹簧的芯轴内。
3.根据权利要求2所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述橡胶锥形弹簧的芯轴内固定有压套，所述辅助弹簧安装于压套内；所述压套的内腔顶端设有凸台，用于辅助弹簧顶部定位；所述压套底部设有台阶，用于辅助弹簧预压止挡。
4.根据权利要求2所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述芯轴的底端设有可拆卸的底座；所述底座通过螺钉固定于所述芯轴上；所述底座中部设有凸台，用于辅助弹簧底部定位。
5.根据权利要求2所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述压套处于预安装位置时，其顶部与橡胶锥形弹簧的外套的顶端之间存在间隙C；所述间隙C大于车辆空载时橡胶锥形弹簧外套的下降量。
6.根据权利要求3所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述压套的顶部安装有磨耗板。
7.根据权利要求4所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述底座的圆周方向还设有凹台。
8.根据权利要求2所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述压套处于预安装位置时，其底部与底座之间存在间隙A。
9.根据权利要求2所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述压套处于与安装位置时，其顶部与芯轴顶端之间存在间隙B。
10.根据权利要求2所述的可变刚度轴箱弹簧，其特征在于，所述辅助弹簧的最大行程等于间隙A与间隙B中的较小者。
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