CN110962515A - 一种球销组件及车辆牵引装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球销组件及车辆牵引装置，该球销组件包括销本体和外圈，销本体刚性设有球形体，外圈具有与球形体适配且间隙配合的内表面，外圈至少可以围绕销本体轴向转动，外圈的外表面形成有弹性层；加入弹性层后可以有效的减弱冲击和震动，减弱了球形体与外圈之间的刚性冲击，球形体与外圈之间的间隙可以更小，二者可以始终保持均匀接触，降低了球面的磨损，提高了使用寿命；并且，销本体受力小，不容易被折断破坏，具有更高的安全性，再者，弹性层的减震作用可以降低各部件的强度冗余，结构尺寸大幅度降低，相比现有技术中的勺式牵引座，本发明所提供的具有球销组件的牵引座可以减重达40％，进而大大降低了牵引装置的重量，提升整车性能。

Description

一种球销组件及车辆牵引装置

技术领域

本发明涉及车厢连接技术领域，特别涉及一种球销组件及车辆牵引装置。

背景技术

请参考图1，目前的中置轴车辆牵引装置为勺式球形牵引装置，其中勺式牵引钩固定于牵引车辆尾部，牵引座1’固定在挂车前部，一个带法兰盘的金属球体8’固定在牵引座1’，金属球体8’可以通过螺栓9’固定于牵引座1’上。勺式牵引钩7’倒扣安装在金属球体8’上，上部有一个压板5’固定在牵引座1’上方，调整螺栓6’通过螺纹与压板5’连接，调整螺栓底部球面凹槽与勺式牵引钩上部球面配合，通过调整螺栓位置来调整勺式牵引钩与金属球体8’的间隙，调整螺栓通过压板5’上部的螺栓组件固定位置。具体地，螺栓组件可以包括螺栓2’、螺母3’和螺帽4’，具体连接关系详见图1。

现有技术中上述勺式球形牵引装置在使用时具有以下缺陷：

1、勺式牵引钩与金属球体之间间隙配合，行进过程中牵引座与勺式牵引钩之间的冲击力非常大，为了克服较大的牵引力，必须加大结构尺寸以增加强度，导致总成的重量非常大，整车性能比较低。

2、勺式牵引钩7’与金属球体8’之间为间隙配合，车辆行进过程中受到勺式牵引钩的作用力，形成悬臂梁受力形式，实际使用过程容易出现法兰连接螺栓断裂，金属球体法兰断裂的情况，导致严重的交通事故发生。

3、勺式牵引钩7’与金属球体8’之间为间隙配合，车辆行进过程中二者不断的冲击碰撞，导致驾驶舒适性降低，勺式牵引钩、金属球体极易磨损使间隙增大，进一步导致冲击强度增大。

4、勺式牵引钩7’与金属球体直接接触部分位于金属球体的上半部分，但是倒置式安装使内部的润滑油脂逐渐向下方集中，导致球体上部缺少润滑，加剧接触面的磨损情况，降低使用寿命。

克服上述至少一者缺陷，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种球销组件，包括销本体和外圈，所述销本体刚性设有球形体，所述外圈套设于所述球形体的外部，所述外圈具有与所述球形体适配且间隙配合的内表面，所述外圈至少可以围绕所述销本体轴向转动，所述外圈的外表面形成有弹性层。

本发明中弹性层可以起到较好的减震缓冲的作用，牵引车在行驶过程中的起步、减速、刹车、通过坑洼路时会对挂车产生冲击，由此带来的震动影响了驾驶的舒适性，加入弹性层后可以有效的减弱冲击和震动，减弱了球形体与外圈之间的刚性冲击，球形体与外圈之间的间隙可以更小，二者可以始终保持均匀接触，降低了球面的磨损，提高了使用寿命。

并且，销本体受力小，不容易被折断破坏，具有更高的安全性。

再者，弹性层的减震作用可以降低各部件的强度冗余，结构尺寸大幅度降低，相比现有技术中的勺式牵引座，本发明所提供的具有球销组件的牵引座可以减重达40％，进而大大降低了牵引装置的重量，提升整车性能。

可选的，所述外圈的外表面设置有凹凸结构，所述凹凸结构包括设置于所述外圈外表面的至少一个环形凹槽，每一个所述环形凹槽的内部安装有弹簧圈，并且所述弹簧圈被包覆于所述弹性层内侧。

可选的，所述弹性层为聚氨酯橡胶弹性层，邵氏硬度HA70-90。

可选的，所述弹性层通过粘接工艺固定于所述外圈的外表面，并且二者的粘接强度大于等于5MPa。

可选的，所述弹性层的两端分别固定安装有第一挡圈和第二挡圈，所述第一挡圈和所述第二挡圈分别与安装座的相应位置配合以限制所述外圈向上最大移动位移和向下最大移动位移。

可选的，所述外圈围绕所述销本体轴向360度转动，所述外圈相对垂直于轴向的平面上下摆动角度大于等于20度。

可选的，与所述球形体连接位置处所述销本体轴径范围为：D大于50mm，所述球形体半径范围为：75mm≤R≤90mm，所述外圈宽度范围为：40mm≤H≤60mm。

可选的，所述销本体的外表面设置有进油口，所述进油口安装有润滑油嘴，所述销本体的内部设置有油道，所述球形体的表面设置有出油口和/或润滑油道，所述进油口通过所述油道连通所述出油口或/和所述润滑油道；所述外圈的两端设置有密封圈，所述密封圈的横截面为三角形，所述密封圈的尖端部紧贴所述球形体外表面。

可选的，所述销本体的两端部设置有凸体，所述凸体设有径向的安装通孔，用于安装连接螺栓；所述销本体中部轴段外周面向外凸起形成所述球形体。

可选的，所述凸体还设置有导向斜面，相应地，与所述销本体螺栓固定的安装座上设置有与所述导向斜面配合的导向结构。

此外，本发明还提供了一种车辆牵引装置，包括第一安装座、第二安装座以及上述任一项所述的球销组件，所述第一安装座刚性连接所述球销组件的销本体，所述第二安装座设有环形安装孔，所述弹性层张紧定位于所述环形安装孔内部。

可选的，所述第一安装座与所述球销组件相对的表面设置有上凸台和下凸台，所述上凸台和所述下凸台设有开口相对且纵向延伸的安装槽，所述安装槽的两侧壁与所述球销组件的导向斜面配合导向。

附图说明

图1为现有技术中置轴车辆牵引装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中球销组件的结构示意图；

图3为图2中球销组件的剖视结构示意图；

图4为图3中A处放大示意图；

图5为图2中所示球销组件的三维示意图；

图6为本发明一种具体实施例中外圈的剖视示意图；

图7为本发明一种实施例中车辆牵引装置的结构示意图

图8为图7中E-E方向剖视图；

图9为图7中车辆牵引装置的解体示意图；

图10为本发明一种车辆处于第一行驶状态的示意图；

图11为本发明一种车辆处于第二行驶状态的示意图；

图12为本发明一种车辆处于第三行驶状态的示意图；

图13a为本发明一种实施例中具有球销组件的牵引装置的载荷-位移曲线图；

图13b为现有技术勺式牵引钩装置的载荷-位移曲线图。

其中，图1中：

牵引座1’、螺栓2’、螺母3’、螺帽4’、压板5’、调整螺栓6’、金属球体8’、勺式牵引钩7’、螺栓9’；

其中，图2至图12中：

挡圈1、弹性层2、外圈3、环形凹槽31、环形油道32、交叉油道33、密封圈4、润滑油嘴5、封头6、球形体7、弹簧圈8、销本体10、第一径向油道11、轴向油道12、第二径向油道13、安装通孔10a、安装通孔10b、导向斜面14、连接螺栓15、垫圈16、卡簧20、第一安装座21、上凸台211、下凸台212、导向结构213、安装槽21a、第二安装座22；

牵引车体100、挂车车体200。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本文以球销组件应用于中置轴列车牵引装置中为例，介绍技术方案和技术效果。当然，本领域内技术人员应当理解，本文所提供的球销组件还可以应用于其他车辆中以实现相同或相似的技术效果。

请参考图1至图12，本文以车辆行驶方向为参考，将靠近车头方向定义为前，相应地，靠近车尾方向定义为后，相邻的两节车中，前车定义为牵引车，后车定义为挂车。

本发明提供了一种车辆牵引装置，包括第一安装座21、第二安装座22和球销组件，第一安装座21可以可拆卸连接牵引车车体，具体可以通过螺栓连接牵引车体100的尾部横梁。第二安装座22可以可拆卸连接挂车车体200，具体可以通过螺栓连接挂车车体200的头部横梁。当然，第一安装座21和第二安装座22与车体的固定方式不局限于螺栓，也可以为焊接或者其他方式。

本发明中球销组件具体包括销本体10和外圈3，销本体10和外圈3通常为刚性件，销本体10刚性设有球形体7，外圈3套设于球形体7的外部，外圈3具有与球形体7适配且间隙配合的内表面。本文中所述的适配只指球形体7的外径以及与其配合的外圈3内表面的直径大致相等。外圈3与球形体7间隙配合以保证外圈3至少可以围绕销本体10轴向转动，当然，通过合理设置球形体7的结构，可以实现外圈3相对球形体7任一方向的转动。

外圈3和球形体7之间间隙配合也是考虑到在二者摩擦面之间添加润滑油或润滑脂的原因。后文中将详细介绍。

外圈3的外表面形成有弹性层2，弹性层2可以通过粘接工艺或者注塑工艺或者其他方式结合于外圈3的外表面。弹性层2必须具有良好的耐久性、耐油性、阻尼减震性能；其次弹性层2必须具有合适的宽度和厚度；根据牵引装置的实际使用条件，通过设计计算及试验验证后，本装置弹性层2优先采用聚氨酯橡胶弹性层2，邵氏硬度HA70-90，在一种具体实施方式中，弹性层2厚度5≤T≤9mm，弹性层2宽度30≤S≤45mm，需要说明的是，弹性层2宽度是指沿销本体10轴向的尺寸。

第二安装座22上设有环形安装孔，弹性层2张紧定位于环形安装孔，弹性层2张紧定位于环形安装孔内部。销本体10刚性连接于第一安装座21。

该车辆牵引装置在使用于车辆时，可以先将第一安装座21固定于牵引车体100，将球销组件安装于第二安装座22的环形安装孔，然后将安装有球销组件的第二安装座22安装于挂车车体200，然后再启动车辆向挂车方向倒车，当第一安装座21相应位置与球销组件的销本体10合适位置时，将销本体10与第一安装座21刚性固定，最后可以启动车辆进行正常行驶。

本发明中弹性层2可以起到较好的减震缓冲的作用，牵引车在行驶过程中的起步、减速、刹车、通过坑洼路时会对挂车产生冲击，由此带来的震动影响了驾驶的舒适性，加入弹性层2后可以有效的减弱冲击和震动，减弱了球形体7与外圈3之间的刚性冲击，球形体7与外圈3之间的间隙可以更小，二者可以始终保持均匀接触，降低了球面的磨损，提高了使用寿命。

并且，销本体10受力小，不容易被折断破坏，具有更高的安全性。

再者，弹性层2的减震作用可以降低各部件的强度冗余，结构尺寸大幅度降低，相比现有技术中的勺式牵引座，本发明所提供的具有球销组件的牵引座可以减重达40％，进而大大降低了牵引装置的重量，提升整车性能。

这种减震效果可以从台架试验中(图13a和图13b)模拟出来，当对牵引装置施加对称循环载荷时，没有弹性层2的牵引装置有明显的间隙，加载力-位移曲线呈折线形状，位移增加而载荷不变；有弹性层2的牵引装置没有明显的间隙，加载力-位移曲线呈连续平滑的双曲线形状。通过台架试验对比，以往产品疲劳寿命大约在200万次左右，新的装置疲劳寿命可以达到300万次以上。

在一种具体实施例中，外圈3的外表面可以设置有凹凸结构，凹凸结构包括设置于外圈3外表面的至少一个环形凹槽，每一个环形凹槽的内部安装有弹簧圈8，并且弹簧圈8被包覆于弹性层2内侧。环形槽的数量可以为两个或者两个以上，图中示出设置两个环形凹槽，每个环形凹槽中设置一个弹簧圈8的实施方式。

该实施方式中，弹簧圈8可以进一步提高弹性层2与环形安装孔之间的缓冲效果，降低外圈3与球形体7之间的碰撞。

弹性层2可以通过粘接工艺固定于外圈3的外表面，并且二者之间的粘接强度大于等于5Mpa。

上述各实施例中，弹性层2的两端均固定有挡圈1，如图所述上下两端分别固定安装有第一挡圈和第二挡圈，第一挡圈和第二挡圈分别与安装座的相应位置配合以限制外圈3向上最大移动位移和向下最大移动位移。弹性层2两端的挡圈1分别配合第二安装座22上安装的两卡簧20限位，从而将球销组件限制于第二安装座22的环形安装孔内部。

当然，第一挡圈和第二挡圈在实现限制外圈3向上、向下位移的同时，也将球形体7、外圈3限制于环形安装孔的内部。

弹性层2与挡圈之间也可以采用胶粘剂粘接，其粘接强度不小于(大于等于)5Mpa。

车辆在运行过程中，受限于道路状况，难免会出现牵引车车体和挂车车体200不位于同一水平面，为了降低球销组件的受力，本文还进行了以下改进。

进一步地，外圈3围绕销本体10轴向360度转动，外圈3相对垂直于轴向的平面上下摆动角度大于等于20度。也就是说，通过设置球形体7的半径R及其两端连接的销本体10轴径D、外圈3宽度H尺寸可以实现外圈3在水平面内360度转动的同时，实现外圈3相对水平面上下摆动预定角度。

其中，销本体10轴径D：车辆行驶过程中牵引装置主要承受拉压力载荷作用，最大载荷约为150KN，因此销本体10轴径必须具有足够的强度，结合牵引装置的实际使用工况，在一种具体的中置轴车辆中，球销轴径D应大于50mm。

球形体7半径R：球面半径大小最终将影响第二安装座22的结构尺寸，影响球形体7与外圈3球面副的承载能力和耐磨性能，球形体7半径R增大则环形安装孔尺寸增大，结构重量增加；球面半径R减小则球面与外圈3有效接触面积减小，承载能力及耐磨性能下降；经过设计计算，球形体7半径应满足75≤R≤90mm的条件。

外圈3宽度H：外圈3宽度大小影响球销与外圈3球面副的承载能力和耐磨性能，影响弹性体外层的宽度；外圈3宽度H增加则外圈3与球销有效接触面积增加，弹性体外层宽度增加，外圈3承载能力提升，外层弹性体承载能力提升，万向角度减小，外圈3宽度H减小，外圈3承载能力下降，外层弹性体承载能力下降，万向角度减小。经过设计计算，外圈3宽度应满足40mm≤H≤60mm的条件。

上述三个相关条件与牵引装置使用性能密切相关，并且三者互相影响，经计算，三个尺寸除了满足各自尺寸范围要求之外还应该满足下面的关系：

在已知D及R的情况下,外圈宽度的最大极限尺寸确定。

上述各实施例中，销本体10的外表面设置有进油口，进油口安装有润滑油嘴5，销本体10的内部设置有油道，球形体7的表面设置有出油口和润滑油道，进油口通过油道连通出油口、润滑油道，与球形体7的出油口和润滑油道相对应位置，外圈3也设置有润滑油道。

例如一种具体实施方式中，销本体10靠近螺栓安装孔的位置设有进油口，销本体10内部的油道包括第一径向油道11、轴向油道12和第二径向油道13，三者依次连接于进油口和出油口之间。

为了轴向油道12的加工简单，可以自销本体的外端部表面打孔加工，在轴向油道12的端部安装封头6即可。

外圈3的配合内表面也设置有润滑油槽，润滑油槽可以为平行于端面的环状结构，也可以为交叉形式，以便于存储润滑油或润滑脂并增大润滑面积。

另外，为了防止润滑油或润滑脂流至外部，外圈3的两端还可以设置密封圈4，例如外圈3端面通过胶粘剂粘接一圈橡胶材料，其横截面优选三角形，三角形的尖端部紧贴合球形体7外表面，起到密封及防尘作用。

上述实施方式中，通过润滑油嘴5向球形体7和外圈3的配合面之间注入润滑脂，润滑脂通过润滑油道最终到达配合面设置的油槽或油道，对配合面起到很好的润滑作用，减少磨损，并且外圈3端面的密封圈起到很好的防尘的作用。

上述各实施方式中，销本体10的两端部可以均设置有凸体，凸体设有径向的安装通孔，用于安装连接螺栓；如图2所示安装通孔10a和安装通孔10b，上螺栓15穿过安装通孔10a固定连接第一安装座21，下螺栓15穿过安装通孔10b固定连接第一安装座21。螺栓与销本体10的接触面上还可以设置垫圈16。销本体10中部轴段外周面向外凸起形成球形体7。

进一步地，凸体还设置有导向斜面14，相应地，与销本体10螺栓固定的安装座上设置有与导向斜面14配合的导向结构213。如图，第一安装座上的导向结构213也为斜面结构。即第一安装座21与球销组件相对的表面可以设置有上凸台211和下凸台212，上凸台211和下凸台212设有开口相对且纵向延伸的安装槽21a，安装槽21a的两侧壁(上述导向结构)与球销组件的导向斜面配合导向。

牵引装置安装时，牵引车体100倒车过程中，球销组件可以沿着导向斜面和与其配合的安装槽斜面逐渐移动至相应位置，当凸体的前端抵靠安装槽时，停止倒车，安装连接螺栓固定销本体10与第一安装座21。

以上对本发明所提供的一种球销组件及车辆牵引装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种球销组件，其特征在于，包括销本体(10)和外圈(3)，所述销本体(10)刚性设有球形体(7)，所述外圈(3)套设于所述球形体(7)的外部，所述外圈(3)具有与所述球形体(7)适配且间隙配合的内表面，所述外圈(3)至少可以围绕所述销本体(10)轴向转动，所述外圈(3)的外表面形成有弹性层(2)。

2.如权利要求1所述的球销组件，其特征在于，所述外圈(3)的外表面设置有凹凸结构，所述凹凸结构包括设置于所述外圈(3)外表面的至少一个环形凹槽(31)，每一个所述环形凹槽(31)的内部安装有弹簧圈(8)，并且所述弹簧圈(8)被包覆于所述弹性层(2)内侧。

3.如权利要求1所述的球销组件，其特征在于，所述弹性层(2)为聚氨酯橡胶弹性层(2)，邵氏硬度HA70-90。

4.如权利要求3所述的球销组件，其特征在于，所述弹性层(2)通过粘接工艺固定于所述外圈(3)的外表面，并且二者的粘接强度大于等于5MPa。

5.如权利要求1所述的球销组件，其特征在于，所述弹性层(2)的两端分别固定安装有第一挡圈和第二挡圈，所述第一挡圈和所述第二挡圈分别与安装座的相应卡簧(20)配合以限制所述外圈(3)向上最大移动位移和向下最大移动位移。

6.如权利要求1所述的球销组件，其特征在于，所述外圈(3)围绕所述销本体(10)轴向360度转动，所述外圈(3)相对垂直于轴向的平面上下摆动角度大于等于20度。

7.如权利要求6所述的球销组件，其特征在于，与所述球形体(7)连接位置处所述销本体(10)轴径范围为：D大于50mm，所述球形体(7)半径范围为：75mm≤R≤90mm，所述外圈(3)宽度范围为：40mm≤H≤60mm。

8.如权利要求1所述的球销组件，其特征在于，所述销本体(10)的外表面设置有进油口，所述进油口安装有润滑油嘴，所述销本体(10)的内部设置有油道，所述球形体(7)的表面设置有出油口和/或润滑油道，所述进油口通过所述油道连通所述出油口或/和所述润滑油道；所述外圈(3)的两端设置有密封圈(4)，所述密封圈(4)的横截面为三角形，所述密封圈(4)的尖端部紧贴所述球形体(7)外表面。

9.如权利要求1至8任一项所述的球销组件，其特征在于，所述销本体(10)的两端部设置有凸体，所述凸体设有径向的安装通孔，用于安装连接螺栓；所述销本体(10)中部轴段外周面向外凸起形成所述球形体(7)。

10.如权利要求9所述的球销组件，其特征在于，所述凸体还设置有导向斜面(14)，相应地，与所述销本体(10)螺栓固定的安装座上设置有与所述导向斜面(14)配合的导向结构(213)。

11.一种车辆牵引装置，其特征在于，包括第一安装座、第二安装座以及权利要求1至10任一项所述的球销组件，所述第一安装座刚性连接所述球销组件的销本体(10)，所述第二安装座设有环形安装孔，所述弹性层(2)张紧定位于所述环形安装孔内部。

12.如权利要求11所述的车辆牵引装置，其特征在于，所述第一安装座与所述球销组件相对的表面设置有上凸台(211)和下凸台(212)，所述上凸台(211)和所述下凸台(212)设有开口相对且纵向延伸的安装槽，所述安装槽的两侧壁与所述球销组件的导向斜面配合导向。

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