CN111173874B - 一种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法及沙漏簧 - Google Patents

Abstract

一种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法及沙漏簧，采取内面完全为实体的沙漏型橡胶体，在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上下分别设置硬止档，通过上端板、下端板和中间支撑板上下的硬止档与实体橡胶的接触变化调整沙漏簧刚度，改善沙漏簧内的应力状况。在实体的沙漏型橡胶体内面中间，分别位于上端板的下面、下端板的上面和中间支撑板的上下两面分别设置硬止挡，这些硬止挡分别与沙漏型橡胶体整体硫化在一起，通过这些硬止挡在沙漏型橡胶体内的作用，调整沙漏橡胶弹簧的刚度。本发明通过在沙漏型橡胶体内设置硬止挡，可以通过硬止挡有效调整沙漏橡胶弹簧的刚度，实现沙漏橡胶弹簧的变刚度。

Description

一种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法及沙漏簧

技术领域

本发明涉及到一种轨道车辆部件的性能调整方法及其结构，尤其是指一种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法及沙漏簧，该种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法及沙漏簧，可在有效调整沙漏簧的变刚度，改善沙漏簧内部的应力，提高沙漏簧抗疲劳性能；属于轨道车辆部件制作技术领域。

背景技术

随着城市轨道交通的迅速发展，低地板车逐渐进入到广大市民的生活中，安装在构架和车体之间，主要承受压力和剪切负荷，支承、传递和隔离载荷，确保转向架构架与车体之间的连接，直接影响到乘客的舒适性以及车辆的平稳性，反映到产品上，即要求二系悬挂能够满足不同载荷下的刚度要求，且能够提供低横向刚度，便于车辆曲线半径小的轨道上行驶。沙漏型橡胶弹簧作为一个常用的弹性减振部件，已经大量的应用到了轨道车辆上。沙漏型橡胶弹簧由金属和橡胶硫化而成的硫化体，硫化体两端大、中间小，呈沙漏式结构。沙漏型橡胶弹簧由于具有较大的弹性收缩能力，所以具有很好的减振效果。但是现有的沙漏型橡胶弹簧垂向刚度近似线性且空载前垂向刚度偏大，不利于车辆运行的舒适性；与同位置空簧产品相比，现有沙漏簧垂向刚度性能呈线性趋势，无法满足不同载荷下的变刚度要求，且横向刚度偏大，影响车辆整体舒适性。在低地板车上，空间小，只能布置沙漏簧，沙漏簧横向刚度大车辆转弯时也不利于乘客的舒适性；中空式的沙漏结构（如附图1所示），当产品大载荷使用时，因橡胶外鼓橡胶型面容易出现褶皱，且运营时间长存在橡胶开裂的风险。现有的沙漏型橡胶弹簧普遍存在以下不足：

1、现有的沙漏型橡胶弹簧垂向刚度近似线性且空载前垂向刚度偏大，不利于车辆运行的舒适性；与同位置空簧产品相比，现有沙漏簧垂向刚度性能呈线性趋势，无法满足不同载荷下的变刚度要求，且横向刚度偏大，影响车辆整体舒适性。在低地板车上，空间小，只能布置沙漏簧，沙漏簧横向刚度大车辆转弯时也不利于乘客的舒适性；中空式的沙漏结构，当产品大载荷使用时，因橡胶外鼓橡胶型面容易出现褶皱，且运营时间长存在橡胶开裂的风险。

2、现有沙漏能实现一定的非线性，但无法实现重载起到硬止档的作用。

为了改变这种状况，目前也提出了一些变刚度的设计，一般只是在沙漏簧装置的转向架上，在沙漏簧旁边设置一个弹性止档，避免沙漏簧失效，且起到垂向限位的作用；但是普遍存在无法实现重载起到硬止档的作用，因此很有必要对此加以改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、申请号为CN201020266478.6的中国实用新型，该专利公开了一种二系悬挂橡胶弹簧,由上金属止挡、下金属止挡与沙漏式橡胶硫化体组装而成。橡胶硫化体由上下两块端板、中间支撑金属组件和橡胶硫化粘结而成:橡胶硫化体形状成中间直径小，两端直径大的沙漏式结构,两端成喇叭型；橡胶硫化体的两端内设有上端板和下端板，上端板和下端板为环形,且包容于橡胶硫化体内；中间支撑金属组件采用圆筒型金属管与环形金属板焊接而成,并与橡胶硫化体硫化在一起,中间支撑金属组件位于弹簧的中间部位。在橡胶硫化体两端头设有上金属止挡和下金属止挡,上金属止挡和下金属止挡为相同结构,上下对称布置。

2、申请号为CN201521019455.4、名称为“一种沙漏型橡胶弹簧”的中国实用新型，该专利公开了一种沙漏型橡胶弹簧，包括沙漏型橡胶，在沙漏型橡胶的上下两敞开端的表层分别硫化固定有上金属垫和下金属垫，上金属垫上紧贴有上支撑座，下金属垫上紧贴有下支撑座，沙漏型橡胶的上下对称轴处设有凸出带，凸出带的左右两侧对称硫化固定有左支撑座和右支撑座，左支撑座由左支撑板和左支撑柱组成，左支撑板在凸出带的外侧，左支撑柱硫化固定后延伸至沙漏型橡胶的内侧，左支撑柱的伸出端上套接有压缩弹簧，右支撑座由右支撑板和右支撑柱组成，右支撑板在凸出带的外侧，右支撑柱硫化固定后延伸至沙漏型橡胶的内侧，右支撑柱的伸出端上套接压缩弹簧的另一端。

上述两项实用新型公开的橡胶弹簧，都是由上金属止挡、下金属止挡与沙漏式橡胶硫化组装而成，橡胶硫化体由上下端板、中间支承板和橡胶硫化成型。但是都是在空相内设置两个止挡，只是在极限情况下进行硬性止挡，无法起到变刚度的调整作用。

3、申请号为CN201820001635.7的中国实用新型公开了一种沙漏型橡胶弹簧，采用上金属止挡、下金属止挡与橡胶硫化体组装而成；上金属止挡和下金属止挡分别连接在橡胶硫化体的上端头和下端头；橡胶硫化体包括上端板、下端板、中间支撑板和橡胶，橡胶的上端和下端分别连接有上端板和下端板；中间支撑板连接在橡胶的中间部位；橡胶硫化体为中间直径小、两端直径大的沙漏式结构；其特征是，橡胶中间部位最小外部直径与橡胶两端最大直径之比小于或等于二分之一。这个专利就根本没有硬性止挡，更谈不上通过止挡实现变刚度的问题。

通过对上述这些专利的仔细分析，这些专利虽然都涉及了沙漏型橡胶弹簧的调整及其结构，也提出了一些改进技术方案，但通过仔细分析，该些专利都是仍是只有传统的调整方法，多数是通过空实相来进行调整，虽也有设置弹性止挡的，最多也只是在极限状态进行硬性止挡，但是都缺乏大载荷下的变刚度调整，因此在调整过程中仍都会出现前面所述的问题，所以仍有待进一步加以研究改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有沙漏型橡胶弹簧的调整时不能大载荷下的刚度调整，当产品大载荷使用时，因橡胶外鼓橡胶型面容易出现褶皱，且运营时间长存在橡胶开裂的问题；提出一种新的沙漏型橡胶弹簧刚度调整方法及沙漏型橡胶弹簧；该种新的沙漏型橡胶弹簧刚度调整方法及沙漏型橡胶弹簧可以在大载荷下提供沙漏型橡胶弹簧所需要的刚度，且能有效防止橡胶型面出现褶皱，提高沙漏型橡胶弹簧的抗疲劳性能。

为了达到这一目的，本发明提供了一种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法，采取内面完全为实体的沙漏型橡胶体，在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上下分别设置硬止档，通过上端板、下端板和中间支撑板上下的硬止档与实体橡胶的接触变化调整沙漏簧刚度，改善沙漏簧内的应力状况。

进一步地，所述的在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上分别设置硬止档是在实体的沙漏型橡胶体内面中间，位于上端板的下面、下端板的上面和中间支撑板的上下两面分别设置硬止挡；所述硬止挡分别与沙漏型橡胶体整体硫化在一起，通过这些硬止挡在沙漏型橡胶体内的作用，调整沙漏橡胶弹簧的刚度。

进一步地，所述的采取内面完全为实体的沙漏型橡胶体是沙漏型橡胶体的内部全部为实体橡胶；沙漏型橡胶体的外形为沙漏簧的外型；沙漏型橡胶体分为上下两部分，两部分为对称结构，每一部分为靠端面的直径大，靠中间直径小，沙漏型橡胶体的上端面与上端板硫化在一起，沙漏型橡胶体下端面与下端板整体硫化在一起，中间采取包胶结构包裹中间支撑板，形成一种类似沙漏式结构橡胶实体弹簧；且保证沙漏型橡胶体中间部位最小外部直径与沙漏型橡胶体两端最大直径之比小于或等于二分之一，且沙漏型橡胶体外部最大直径G不能小于中间支撑板硬止档的直径。

进一步地，所述的分别位于上端板的下面、下端板的上面和中间支撑板的上下两面分别设置硬止挡是分别在上端板的下面向沙漏型橡胶体的内部设置突出的上硬止挡；在下端板的上面向沙漏型橡胶体的内部设置突出的下硬止挡，以及从中间支撑板的上下两面分别向沙漏型橡胶体的内部设置突出的中间上止挡和中间下止挡；其中，上硬止挡与中间上止挡相配合，下硬止挡与中间下止挡相配合，形成分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整；且在中间支撑板的中心设置有调整上下橡胶体之间刚度平衡的硬度高于橡胶体的橡胶活塞块，橡胶活塞块穿过中间支撑板的中间上止挡和中间下止挡，与上下两部分沙漏型橡胶体连通，并通过在中间上止挡和中间下止挡中间孔内上下移动，调整上下两部分沙漏型橡胶体的刚度平衡。

进一步地，所述的分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整是根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及橡胶型面来调整各个硬止挡的大小和位置尺寸，并通过调整各个硬止挡的大小和位置尺寸，调整各组硬止挡对橡胶型面的挤压程度，从而调整沙漏簧的刚度。

进一步地，所述的调整各个硬止挡的大小和位置尺寸是根据在沙漏型橡胶体的内部设置大小不等，能从多个方向压缩橡胶体的突块，改变沙漏型橡胶体内部的应力变化分布，从而调整沙漏型橡胶体的刚度，实现沙漏簧变刚度调整。

进一步地，所述的实现沙漏簧变刚度调整是将沙漏型橡胶体的刚度特性曲线分为线性阶段、非线性阶段和硬止档阶段三部分分别进行调整：其中，

1）线性阶段的刚度调整：依靠产品的腰部直径D以及橡胶型面实现前期小的线性刚度，此时设计的线性刚度的区域必须是变形L≤1/2硬止档间距C<1/2腰部直径D；

2）非线性线段的刚度调整：依靠橡胶的型面接触增大以及中间硬止档橡胶的压缩，慢慢实现变刚度的特性；此时1/2硬止档间距C≥变形L≤3/4硬止档间距C<3/4 腰部直径D；

3）硬止档特性调整：当橡胶无法进行下一步压缩了，直接实现了硬止档，此时变形L＞3/4硬止档间距C；但考虑车辆的过曲线的能力不丧失，必须要保证（下硬止挡的台尖端端面尺寸B-中间下硬止挡的台尖端端面尺寸A）/2≤横向变形位移。

一种实现上述通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法的沙漏簧，包括上端板、下端板、中间支撑板和沙漏型橡胶体；沙漏型橡胶体的外形为沙漏型，沙漏型橡胶体与上端板的下表面和下端板的上表面整体硫化在一起，并将中间支撑板包裹硫化在沙漏型橡胶体中间部位，形成带中间隔板的沙漏簧；所述的沙漏型橡胶体内部全部为实体橡胶；沙漏型橡胶体的上端面与上端板硫化在一起，沙漏型橡胶体下端面与下端板整体硫化在一起，沙漏型橡胶体中间采取包胶结构包裹中间支撑板，形成实体橡胶结构的沙漏橡胶弹簧；且在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上分别设置硬止档，通过上端板、下端板和中间支撑板上的硬止档调整沙漏簧刚度，改善沙漏簧内的应力状况。

进一步地，所述的在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上分别设置硬止档是在上端板的下面设置上硬止挡；在下端板的上面设置下硬止挡；在中间支撑板的上下两面分别设置中间上硬止挡和中间下硬止挡；上硬止挡、下硬止挡、中间上硬止挡和中间下硬止挡分别与沙漏型橡胶体整体硫化在一起，形成沙漏型橡胶体整体内的突出块；其中，上硬止挡与中间上止挡相配合，下硬止挡与中间下止挡相配合，分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整。

进一步地，所述的上硬止挡为在上端板镶嵌一个向内突出的锥台形凸台，与上端板固定在一起，形成一个从上端板向沙漏型橡胶体内突出的锥台形凸台；所述的下硬止挡也为锥台形凸台，与下端板固定在一起，形成从下端板往上向沙漏型橡胶体内突出的锥台形凸台；上硬止挡和下硬止挡均为圆形或多边形侧锥面，通过侧锥面侧向挤压沙漏型橡胶体；锥台形凸台的大小根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及沙漏型橡胶体型面确定；锥台形凸台的外面表面与沙漏型橡胶体硫化在一起。

进一步地，所述的上硬止挡带有导向柱，导向柱从上端板的中心孔的内面穿过，伸出到上端板的外面，使得锥台形凸台倒扣在上端板的下端面上；所述的下硬止挡直接焊接在下端板的中间位置。

进一步地，所述的中间上硬止挡和中间下硬止挡对称设置在中间支撑板的上下两面，中间上硬止挡和中间下硬止挡形状相同，且与中间支撑板连接在一起，形成中间支撑板与中间上硬止挡和中间下硬止挡一体结构；中间上硬止挡和中间下硬止挡为圆锥弧线形凸台，圆锥弧线形凸台的侧面为弧线形状，圆锥弧线形凸台的大小根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及沙漏型橡胶体型面确定；圆锥弧线形凸台的外面表面与沙漏型橡胶体硫化在一起。

进一步地，所述的分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整是上硬止挡与中间上硬止挡相配，下硬止挡与中间下硬止挡相配，分别对上部分沙漏型橡胶体和下部分沙漏型橡胶体进行刚度调整；且中间上硬止挡的台尖端端面尺寸小于上硬止挡的台尖端端面尺寸，中间下硬止挡的台尖端端面尺寸A小于下硬止挡的台尖端端面尺寸B，并保证（下硬止挡的台尖端端面尺寸B-中间下硬止挡的台尖端端面尺寸A）/2≤横向变形位移；在中间支撑板的中心设置有调整上下橡胶体之间刚度平衡的硬度高于橡胶体的橡胶活塞块，橡胶活塞块穿过中间支撑板上的中间上止挡和中间下止挡，以及中间支撑板，与上下两部分沙漏型橡胶体连通，并通过在中间上止挡和中间下止挡中间孔内上下移动，调整上下两部分沙漏型橡胶体的刚度平衡。

本发明的优点在于：

本发明通过在沙漏型橡胶体内设置硬止挡，可以通过硬止挡有效调整沙漏橡胶弹簧的刚度，实现沙漏橡胶弹簧的变刚度。主要有以下一些优点：

1、通过调整沙漏橡胶弹簧腰部和头尾两端橡胶直径的比例，可以实现低横向刚度的需求，能够轻松舒适的通过弯道。且能避免橡胶型面褶皱以及橡胶开裂的风险。

2、通过调整沙漏橡胶弹簧腰部和头尾两端橡胶直径的比例，可以实现前期线性刚度的需求。

3、通过调整沙漏橡胶弹簧腰部和硬止档的间距，可以实现非线性的缓慢。

4、通过调整硬止档的间距，可以实现硬止档大承载的能力。

附图说明

图1是现有沙漏橡胶弹簧结构示意图；

图2是本发明的沙漏橡胶弹簧结构示意图；

图3是本发明的刚度性能测试曲线示意图；

图4为本发明的沙漏型橡胶体线性阶段有限元分析云图；

图5为本发明的沙漏型橡胶体非线性阶段有限元分析云图；

图6为本发明的沙漏型橡胶体硬止档阶段有限元分析云图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图2可以看出，本发明涉及一种实现上述通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法的沙漏簧，包括上端板1、下端板2、中间支撑板3和沙漏型橡胶体4；沙漏型橡胶体4的外形为沙漏型，沙漏型橡胶体4与上端板1的下表面和下端板2的上表面整体硫化在一起，并将中间支撑板3包裹硫化在沙漏型橡胶体4中间部位，形成带中间隔板的沙漏簧；所述的沙漏型橡胶体内部全部为实体橡胶，在沙漏橡胶弹簧的上端板1、下端板2和中间支撑板3上分别设置硬止档5，通过上端板1、下端板2和中间支撑板3上的硬止档5调整沙漏簧刚度，改善沙漏簧内的应力状况。

所述的沙漏型橡胶体4的内部没有空相，全部为实体橡胶；沙漏型橡胶体4的外形为沙漏型，沙漏型橡胶体4为中间直径小、两端直径大的沙漏式结构，设中间直径为D，两端直径为G，则G>D，形成沙漏形结构；沙漏型橡胶体4的上端面与上端板1硫化在一起，沙漏型橡胶体4的下端面与下端板2整体硫化在一起，中间采取包胶结构包裹中间支撑板3，形成实体橡胶结构的沙漏橡胶弹簧；沙漏型橡胶体4中间部位最小外部直径与沙漏型橡胶体4两端最大直径之比小于或等于二分之一，且沙漏型橡胶体4的最大部分的直径G不能小于中间支撑板3硬止档直径。

所述的在沙漏橡胶弹簧的上端板1、下端板2和中间支撑板3上分别设置硬止档5是在上端板1的下面设置上硬止挡6；在下端板2的上面设置下硬止挡7；在中间支撑板3的上下两面分别设置中间上硬止挡8和中间下硬止挡9；上硬止挡6、下硬止挡7、中间上硬止挡8和中间下硬止挡9分别与沙漏型橡胶体4整体硫化在一起，形成沙漏型橡胶体整体内的突出块；其中，上硬止挡6与中间上止挡8相配合，下硬止挡7与中间下止挡9相配合，分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体4进行刚度调整。

所述的上硬止挡6为在上端板1镶嵌一个向内突出的锥台形凸台11，与上端板1固定在一起，形成一个从上端板1向沙漏型橡胶体4内突出的锥台形凸台；锥台形凸台带有导向柱10，导向柱10从上端板的中心孔的内面穿过，伸出到上端板1的外面，使得锥台形凸台11倒扣在上端板1的下端面上；锥台形凸台11为圆形或多边形；锥台形凸台11的大小根据沙漏型橡胶体4的腰部直径D以及橡胶型面确定；锥台形凸台11的外面表面与沙漏型橡胶体4硫化在一起。

所述的下硬止挡7为锥台形凸台12，与下端板固定在一起，形成从下端板往上向沙漏型橡胶体内突出的锥台形凸台；锥台形凸台12直接焊接在下端板2的中间位置，锥台形凸台12为圆形或多边形；锥台形凸台12的大小根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及橡胶型面确定；锥台形凸台12的外面表面与沙漏型橡胶体4硫化在一起。

所述的中间上硬止挡8和中间下硬止挡9对称设置在中间支撑板3的上下两面，中间上硬止挡8和中间下硬止挡9形状相同，且与中间支撑板3连接在一起，形成中间支撑板3与中间上硬止挡8和中间下硬止挡9一体结构；中间上硬止挡8和中间下硬止挡9为圆锥台形凸台，圆锥台形凸台的大小根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及橡胶型面确定，且下硬止挡7的直径B大于中间上硬止挡8的直径A；圆锥台形凸台的外面表面与沙漏型橡胶体4硫化在一起。

所述的上硬止挡6与中间上硬止挡8相配，下硬止挡7与中间下硬止挡9相配，分别对上部分沙漏型橡胶体和下部分沙漏型橡胶体进行刚度调整；且中间上硬止挡8的台尖端端面尺寸小于上硬止挡6的台尖端端面尺寸，中间下硬止挡9的台尖端端面尺寸A小于下硬止挡7的台尖端端面尺寸B，并保证保证（B-A）/2≤横向变形位移；在中间支撑板3的中心设置有调整上下橡胶体之间刚度平衡的硬度高于橡胶体的橡胶活塞块13，橡胶活塞块13穿过中间支撑板上的中间上止挡8和中间下止挡9，以及中间支撑板3，与上下两部分沙漏型橡胶体连通，并通过在中间上止挡8和中间下止挡9中间孔内上下移动，调整上下两部分沙漏型橡胶体的刚度平衡。

实施例二

实施例二的原理与实施例一是一样的，只是结构上稍微有所不同，所述的沙漏橡胶弹簧，采用上端板组合、下端板组合、中间支撑板和橡胶，橡胶的上端板组合和下端板组合分别连接有硬止档，所述硬止档可以通过焊接连接在上下板上；中间支撑板连接在橡胶的中间部位；且中间支撑板中间有硬止档；橡胶硫化体为中间直径小、两端直径大的沙漏式结构；橡胶中间部位最小外部直径与橡胶两端最大直径之比小于或等于二分之一，且橡胶直径不能小于中间支撑板硬止档直径。只是在中间支撑板的中心只是设置有调整上下部分橡胶体刚度平衡的通孔，直接通过通孔连通上下部分橡胶体，通孔中为与上下橡胶体一样的橡胶；只是这样的平衡效果没有实施例一好。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，而且本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。同时，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通过上述实施例的描述，可以得知，本发明还涉及一种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法，采取内面完全为实体的沙漏型橡胶体，在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上下分别设置硬止档，通过上端板、下端板和中间支撑板上下的硬止档与实体橡胶的接触变化调整沙漏簧刚度，改善沙漏簧内的应力状况。

进一步地，所述的在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上分别设置硬止档是在实体的沙漏型橡胶体内面中间，位于上端板的下面、下端板的上面和中间支撑板的上下两面分别设置硬止挡；所述硬止挡分别与沙漏型橡胶体整体硫化在一起，通过这些硬止挡在沙漏型橡胶体内的作用，调整沙漏橡胶弹簧的刚度。

进一步地，所述的采取内面完全为实体的沙漏型橡胶体是沙漏型橡胶体的内部全部为实体橡胶，通过全实相结构消除了以往空相结构的过度柔软，刚度起始弹性线性变化形成太大，难以承载大负载额不足，大幅提高沙漏簧的起始刚度；沙漏型橡胶体的外形为沙漏簧的外型；沙漏型橡胶体分为上下两部分，两部分为对称结构，每一部分为靠端面的直径大，靠中间直径小，沙漏型橡胶体的上端面与上端板硫化在一起，沙漏型橡胶体下端面与下端板整体硫化在一起，中间采取包胶结构包裹中间支撑板，形成一种类似沙漏式结构橡胶实体弹簧；且通过控制沙漏型橡胶体的外形形状，保证沙漏型橡胶体中间部位最小外部直径与沙漏型橡胶体两端最大直径之比小于或等于二分之一，且沙漏型橡胶体外部最大直径G不能小于中间支撑板硬止档的直径；这样可以有效保证沙漏橡胶弹簧的原有特性，既保证轻载时的柔软性，又保证重载情况下的承载能力，有效进行变刚度的调整；经过改进的沙漏簧的刚度性能测试曲线如附图3所示。

进一步地，所述的分别位于上端板的下面、下端板的上面和中间支撑板的上下两面分别设置硬止挡是分别在上端板的下面向沙漏型橡胶体的内部设置突出的上硬止挡；在下端板的上面向沙漏型橡胶体的内部设置突出的下硬止挡，以及从中间支撑板的上下两面分别向沙漏型橡胶体的内部设置突出的中间上止挡和中间下止挡；其中，上硬止挡与中间上止挡相配合，下硬止挡与中间下止挡相配合，形成分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整；且在中间支撑板的中心设置有调整上下橡胶体之间刚度平衡的硬度高于橡胶体的橡胶活塞块，橡胶活塞块穿过中间支撑板的中间上止挡和中间下止挡，与上下两部分沙漏型橡胶体连通，并通过在中间上止挡和中间下止挡中间孔内上下移动，调整上下两部分沙漏型橡胶体的刚度平衡。所谓的调整上下两部分的刚度是通过压强大的一边推动橡胶活塞块往压强低的一边移动，进一步压缩压强低的一边，使得两边的压强相等。

进一步地，所述的分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整是根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及橡胶型面来调整各个硬止挡的大小和位置尺寸，并通过调整各个硬止挡的大小和位置尺寸，调整各组硬止挡对橡胶型面的挤压程度，从而调整沙漏簧的刚度。

进一步地，所述的调整各个硬止挡的大小和位置尺寸是根据在沙漏型橡胶体的内部设置大小不等，能从多个方向压缩橡胶体的突块，改变沙漏型橡胶体内部的应力变化分布，从而调整沙漏型橡胶体的刚度，实现沙漏簧变刚度调整。

进一步地，所述的实现沙漏簧变刚度调整是将沙漏型橡胶体的刚度特性曲线分为线性阶段、非线性阶段和硬止档阶段三部分分别进行调整：其中，

1）线性阶段的刚度调整：依靠产品的腰部直径D以及橡胶型面实现前期小的线性刚度，此时设计的线性刚度的区域必须是变形L≤硬止档间距1/2C<腰部直径1/2D；此阶段的应力云图如附图4所示；

2）非线性线段的刚度调整：依靠橡胶的型面接触增大以及中间硬止档橡胶的压缩，慢慢实现变刚度的特性；此时1/2C≥变形L≤硬止档间距3/4C<3/4 D；此阶段的应力云图如附图5所示；

3）硬止档特性调整：当橡胶无法进行下一步压缩了，直接实现了硬止档，此时变形L＞3/4C；但考虑车辆的过曲线的能力不丧失，必须要保证（B-A）/2≤横向变形位移；此阶段的应力云图如附图6所示。

本发明的优点在于：

本发明通过在沙漏型橡胶体内设置硬止挡，可以通过硬止挡有效调整沙漏橡胶弹簧的刚度，实现沙漏橡胶弹簧的变刚度。经过进行载荷试验可以明显看出本发明的沙漏橡胶弹簧刚度特性曲线分为三部分（如附图3所示）：1、线性阶段；2、非线性阶段；3、硬止档阶段。该种结构的沙漏橡胶弹簧主要有以下一些优点：

1、通过调整沙漏橡胶弹簧腰部和头尾两端橡胶直径的比例，可以实现低横向刚度的需求，能够轻松舒适的通过弯道。且通过有限元分析（如附图4-6所示）能有效改善沙漏橡胶体在各个阶段的应力分布，能避免橡胶型面褶皱以及橡胶开裂的风险。

2、通过调整沙漏橡胶弹簧腰部和头尾两端橡胶直径的比例，可以实现前期线性刚度的需求。

3、通过调整沙漏橡胶弹簧腰部和硬止档的间距，可以实现非线性的缓慢。

4、通过调整硬止档的间距，可以实现硬止档大承载的能力。

Claims (10)

1.一种通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法，其特征在于：采取内面完全为实体的沙漏型橡胶体，在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上下分别设置硬止挡，通过上端板、下端板和中间支撑板上下的硬止挡与实体橡胶的接触变化调整沙漏簧刚度，改善沙漏簧内的应力状况；所述的在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上下分别设置硬止挡是在实体的沙漏型橡胶体内面中间，位于上端板的下面、下端板的上面和中间支撑板的上下两面分别设置硬止挡；所述硬止挡分别与沙漏型橡胶体整体硫化在一起，通过这些硬止挡在沙漏型橡胶体内的作用，调整沙漏橡胶弹簧的刚度；所述的位于上端板的下面、下端板的上面和中间支撑板的上下两面分别设置硬止挡是分别在上端板的下面向沙漏型橡胶体的内部设置突出的上硬止挡；在下端板的上面向沙漏型橡胶体的内部设置突出的下硬止挡，以及从中间支撑板的上下两面分别向沙漏型橡胶体的内部设置突出的中间上止挡和中间下止挡；其中，上硬止挡与中间上止挡相配合，下硬止挡与中间下止挡相配合，形成分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整；且在中间支撑板的中心设置有调整上下橡胶体之间刚度平衡的硬度高于橡胶体的橡胶活塞块，橡胶活塞块穿过中间支撑板的中间上止挡和中间下止挡，与上下两部分沙漏型橡胶体连通，并通过在中间上止挡和中间下止挡中间孔内上下移动，调整上下两部分沙漏型橡胶体的刚度平衡。

2.如权利要求1所述的通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法，其特征在于：所述的采取内面完全为实体的沙漏型橡胶体是沙漏型橡胶体的内部全部为实体橡胶；沙漏型橡胶体的外形为沙漏簧的外型；沙漏型橡胶体分为上下两部分，两部分为对称结构，每一部分为靠端面的直径大，靠中间直径小，沙漏型橡胶体的上端面与上端板硫化在一起，沙漏型橡胶体下端面与下端板整体硫化在一起，中间采取包胶结构包裹中间支撑板，形成一种类似沙漏式结构橡胶实体弹簧；且保证沙漏型橡胶体中间部位最小外部直径与沙漏型橡胶体两端最大直径之比小于或等于二分之一，且沙漏型橡胶体外部最大直径G不能小于中间支撑板硬止挡的直径。

3.如权利要求1所述的通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法，其特征在于：所述的分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整是根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及橡胶型面来调整各个硬止挡的大小和位置尺寸，并通过调整各个硬止挡的大小和位置尺寸，调整各组硬止挡对橡胶型面的挤压程度，从而调整沙漏簧的刚度。

4.如权利要求3所述的通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法，其特征在于：所述的调整各个硬止挡的大小和位置尺寸是根据在沙漏型橡胶体的内部设置大小不等，能从多个方向压缩橡胶体的突块，改变沙漏型橡胶体内部的应力变化分布，从而调整沙漏型橡胶体的刚度，实现沙漏簧变刚度调整。

5.如权利要求4所述的通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法，其特征在于：所述的实现沙漏簧变刚度调整是将沙漏型橡胶体的刚度特性曲线分为线性阶段、非线性阶段和硬止挡阶段三部分分别进行调整：其中，

1）线性阶段的刚度调整：依靠产品的腰部直径D以及橡胶型面实现前期小的线性刚度，此时设计的线性刚度的区域必须是变形L≤1/2硬止挡间距C<1/2腰部直径D；

2）非线性线段的刚度调整：依靠橡胶的型面接触增大以及中间硬止挡橡胶的压缩，慢慢实现变刚度的特性；此时1/2硬止挡间距C≤变形L≤3/4硬止挡间距C<3/4 腰部直径D；

3）硬止挡特性调整：当橡胶无法进行下一步压缩了，直接实现了硬止挡，此时变形L＞3/4C；但考虑车辆的过曲线的能力不丧失，必须要保证（下硬止挡的台尖端端面尺寸B-中间下硬止挡的台尖端端面尺寸A）/2≤横向变形位移。

6.一种实现权利要求1所述通过硬止挡调整沙漏簧变刚度的方法的沙漏簧，包括上端板、下端板、中间支撑板和沙漏型橡胶体；沙漏型橡胶体的外形为沙漏型，沙漏型橡胶体与上端板的下表面和下端板的上表面整体硫化在一起，并将中间支撑板包裹硫化在沙漏型橡胶体中间部位，形成带中间隔板的沙漏簧；其特征在于：所述的沙漏型橡胶体内部全部为实体橡胶；沙漏型橡胶体的上端面与上端板硫化在一起，沙漏型橡胶体下端面与下端板整体硫化在一起，沙漏型橡胶体中间采取包胶结构包裹中间支撑板，形成实体橡胶结构的沙漏橡胶弹簧；且在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上分别设置硬止挡，通过上端板、下端板和中间支撑板上的硬止挡调整沙漏簧刚度，改善沙漏簧内的应力状况；所述的在沙漏橡胶弹簧的上端板、下端板和中间支撑板上分别设置硬止挡是在上端板的下面设置上硬止挡；在下端板的上面设置下硬止挡；在中间支撑板的上下两面分别设置中间上硬止挡和中间下硬止挡；上硬止挡、下硬止挡、中间上硬止挡和中间下硬止挡分别与沙漏型橡胶体整体硫化在一起，形成沙漏型橡胶体整体内的突出块；其中，上硬止挡与中间上止挡相配合，下硬止挡与中间下止挡相配合，分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整。

7.如权利要求6所述的沙漏簧，其特征在于：所述的上硬止挡为在上端板镶嵌一个向内突出的锥台形凸台，与上端板固定在一起，形成一个从上端板向沙漏型橡胶体内突出的锥台形凸台；所述的下硬止挡也为锥台形凸台，与下端板固定在一起，形成从下端板往上向沙漏型橡胶体内突出的锥台形凸台；上硬止挡和下硬止挡均为圆形或多边形侧锥面，通过侧锥面侧向挤压沙漏型橡胶体；锥台形凸台的大小根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及沙漏型橡胶体型面确定；锥台形凸台的外面表面与沙漏型橡胶体硫化在一起。

8.如权利要求7所述的沙漏簧，其特征在于：所述的上硬止挡带有导向柱，导向柱从上端板的中心孔的内面穿过，伸出到上端板的外面，使得锥台形凸台倒扣在上端板的下端面上；所述的下硬止挡直接焊接在下端板的中间位置。

9.如权利要求6所述的沙漏簧，其特征在于：所述的中间上硬止挡和中间下硬止挡对称设置在中间支撑板的上下两面，中间上硬止挡和中间下硬止挡形状相同，且与中间支撑板连接在一起，形成中间支撑板与中间上硬止挡和中间下硬止挡一体结构；中间上硬止挡和中间下硬止挡为圆锥弧线形凸台，圆锥弧线形凸台的侧面为弧线形状，圆锥弧线形凸台的大小根据沙漏型橡胶体的腰部直径D以及沙漏型橡胶体型面确定；圆锥弧线形凸台的外面表面与沙漏型橡胶体硫化在一起。

10.如权利要求6所述的沙漏簧，其特征在于：所述的分两组硬止挡配合对沙漏型橡胶体进行刚度调整是上硬止挡与中间上硬止挡相配，下硬止挡与中间下硬止挡相配，分别对上部分沙漏型橡胶体和下部分沙漏型橡胶体进行刚度调整；且中间上硬止挡的台尖端端面尺寸小于上硬止挡的台尖端端面尺寸，中间下硬止挡的台尖端端面尺寸小于下硬止挡的台尖端端面尺寸，并保证（下硬止挡的台尖端端面尺寸B-中间下硬止挡的台尖端端面尺寸A）/2≤横向变形位移；在中间支撑板的中心设置有调整上下橡胶体之间刚度平衡的硬度高于橡胶体的橡胶活塞块，橡胶活塞块穿过中间支撑板上的中间上止挡和中间下止挡，以及中间支撑板，与上下两部分沙漏型橡胶体连通，并通过在中间上止挡和中间下止挡中间孔内上下移动，调整上下两部分沙漏型橡胶体的刚度平衡。

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