CN113864397A - 一种橡胶关节的刚度设计方法及机车用轴箱拉杆橡胶关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶关节的刚度设计方法及机车用轴箱拉杆橡胶关节，其中刚度设计方法是将橡胶关节中的橡胶以倾斜状态设置，使得所述橡胶呈现锥型筒体状，同时在橡胶关节内部新增弹性橡胶部件；当受到径向作用力时，橡胶关节的径向刚度主要由锥型筒体状的橡胶来提供，当受到轴向作用力和偏转作用力时，橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度主要由弹性橡胶部件来提供。本发明在降低橡胶节点径向刚度的同时，能保证较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性。

Description

一种橡胶关节的刚度设计方法及机车用轴箱拉杆橡胶关节

技术领域

本发明涉及一种刚度设计方法及利用所述刚度设计方法所生产的橡胶关节，尤其涉及一种橡胶关节的刚度设计方法及机车用轴箱拉杆橡胶关节。

背景技术

橡胶关节是一类橡胶和金属件复合而成的弹性连接体,具有柔性联接和缓冲振动冲击的作用,所以广泛应用于柔性联接位置,起到减振降噪的作用。因此，橡胶关节的用途比较广泛。

轴箱拉杆橡胶关节主要安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端，主要为机车传递牵引力和制动力，并提供一定的横向刚度，同时降低一系悬挂提供振动与噪声。如下表所示，产品安装好后，产品方向与机车车体方向对应关系为：

序号	轴箱拉杆橡胶关节	车体
			1	径向	纵向（车体长度方向）/垂向（车体高度方向）
2	轴向	横向（车体宽度方向）
			3	偏转方向	绕着垂向转动/绕着纵向转动

下面用图1中的所示方向来分别说明轴箱拉杆橡胶关节的径向、轴向和偏转方向。如图1所示，轴箱拉杆橡胶关节包括芯轴1，外套2和硫化在芯轴1与外套2之间的橡胶3，图1中的A向代表的是径向其中的一个径向，即沿车体垂向；图1中的B向代表的是轴向，即沿车体横向；图1中的C向代表的是偏转方向其中的一个偏转方向，即围绕车体纵向转动的偏转方向。

现有的轴箱拉杆橡胶关节性能参数为：径向刚度195±40kN/mm，轴向刚度57±12kN/mm，偏转刚度＞1670N.m/deg。申请人发现上述这些原性能参数的橡胶关节在使用过程中有较大的问题，轴箱拉杆橡胶关节径向刚度大，使得一系悬挂的纵向刚度太硬，导致机车轮缘磨耗比较大，车子通过曲线的能力非常差。因此，需要将橡胶关节的径向刚度降低，解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力。但是，申请人在降低橡胶节点径向刚度的过程中，又发现降低橡胶节点径向刚度会对橡胶节点的轴向刚度和偏转刚度造成影响，使得轴向刚度和偏转刚度也会降低，这种情况的出现也是不好的，因为为了保证机车横向的稳定性，橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度需要尽量高。为了降低橡胶节点径向刚度，而使得橡胶节点的轴向刚度和偏转刚度同时降低的这种做法得不偿失，这是一种在牺牲机车横向的稳定性基础上，解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的方法，因此是不可取的。

申请人检索到以下几篇专利文献：

一、申请公布号为CN110329300A，申请公布日为2019年10月15日的中国发明专利申请，公开了一种轴箱拉杆橡胶关节，包括芯轴、橡胶层以及外套，橡胶层的外端型面为向内凹入的圆弧凹面，所述圆弧凹面经过斜面一与外套内壁连接，所述斜面一由内向外逐渐靠近外套内壁。

二、申请公布号为CN 110360256 A，申请公布日为2019年10月22日的中国发明专利申请，公开了一种轴箱拉杆球铰的组装结构，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，外套、橡胶体和芯轴上都在横向方向上设有横向结构，且都在纵向方向上设有纵向结构；在轴箱拉杆球铰的横向方向上，芯轴的外侧和外套的内侧都设有锯齿，橡胶体硫化在芯轴与外套的锯齿之间；外套和芯轴的横向结构在轴箱拉杆球铰的周向方向上的角度小于90度，外套和芯轴的纵向结构在轴箱拉杆球铰的周向方向上的角度大于90度。

三、授权公告号为CN 211924723 U，授权公告日为2020年11月13日的中国实用新型专利，公开了一种免挤压缩紧的橡胶关节，包括芯轴、橡胶层和外套，所述外套和橡胶层之间设有挤压套，所述挤压套的两端与外套的两端分别配合卡固。

四、申请公布号为CN 113027968 A，申请公布日为2021年6月25日的中国发明专利申请，公开了一种准零刚度弹性节点，其包括：

外套；正刚度元件，所述外套套设于所述正刚度元件上；负刚度元件，内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度。

上述四篇专利文献中的橡胶节点，特别是前面两种轴箱拉杆橡胶关节都会存在高径向刚度的问题，因此，不能很好的解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的问题。

综上所述，如何在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性是急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种橡胶关节的刚度设计方法及机车用轴箱拉杆橡胶关节，其在降低橡胶节点径向刚度的同时，能保证较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：一种橡胶关节的刚度设计方法，所述刚度设计方法是将橡胶关节中的橡胶以倾斜状态设置，使得所述橡胶呈现锥型筒体状，同时在橡胶关节内部新增弹性橡胶部件；当受到径向作用力时，橡胶关节的径向刚度主要由锥型筒体状的橡胶来提供，当受到轴向作用力和偏转作用力时，橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度主要由弹性橡胶部件来提供。

优选的，所述橡胶关节还包括芯轴和设置在芯轴外部的外套，所述弹性橡胶部件采用橡胶堆结构，其中心轴线与芯轴的中心轴线方向一致，所述弹性橡胶部件设置在芯轴和外套之间；当受到径向作用力时，弹性橡胶部件表现为剪切受力，橡胶关节的径向刚度主要由锥型筒体状的橡胶来提供，当受到轴向作用力和偏转作用力时，弹性橡胶部件表现为正向受力，橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度主要由弹性橡胶部件来提供。

本发明还公开一种机车用轴箱拉杆橡胶关节，包括芯轴和设置在芯轴外部的外套，所述外套为外套硫化体结构，包括内套体和外套体以及硫化在内套体和外套体之间的橡胶部分，所述橡胶部分为锥型筒体状，在外套和芯轴之间设置有弹性橡胶部件。

优选的，所述弹性橡胶部件为橡胶堆结构，包括顶板、隔板和底板，顶板、隔板和底板之间通过橡胶硫化粘接在一起，顶板、隔板和底板均为中空状；弹性橡胶部件的中心轴线方向与芯轴的轴线方向一致。

优选的，所述外套为分体结构，分为外套一和外套二；外套一和外套二分别装配在芯轴上，在芯轴的外周面上设置有芯轴限位部件，弹性橡胶部件包括弹性橡胶部件一和弹性橡胶部件二，弹性橡胶部件一以预压缩状态安装在外套一和芯轴限位部件之间，弹性橡胶部件二以预压缩状态安装在外套二和芯轴限位部件之间。

优选的，外套一和外套二的内套体装配在芯轴上，外套一的外套体的一端端部通过外套一的橡胶部分与外套一的内套体硫化粘接，外套二的外套体的一端端部通过外套二的橡胶部分与外套二的内套体硫化粘接，外套一的外套体的另外一端端部和外套二的外套体的另外一端端部相接触；

在外套一和外套二的外套体的另外一端端部的内周面上挖出一整圈的缺口，产品组装后，外套一和外套二的缺口与芯轴之间围合形成所述窗口空间；弹性橡胶部件一、弹性橡胶部件二和芯轴限位部件均位于所述窗口空间中。

优选的，弹性橡胶部件的内周面为锥型内周面，将弹性橡胶部件的顶板11的内直径设为L1，将弹性橡胶部件的底板13的内直径设为L2，则L1>L2；

芯轴限位部件设置在芯轴的中部位置，以芯轴限位部件为中心对称件，芯轴的两侧均设置成台阶状的芯轴轴部一和芯轴轴部二，芯轴轴部一的直径R1小于芯轴轴部二的直径R2，芯轴轴部二的直径R2小于芯轴限位部件的直径R3，位于芯轴限位部件两侧的芯轴轴部一用于装配外套一和外套二，位于芯轴限位部件两侧的芯轴轴部二用于装配弹性橡胶部件一和弹性橡胶部件二；

芯轴轴部二的直径R2小于弹性橡胶部件的底板的内直径L2，从而当将弹性橡胶部件装配到芯轴上时，是利用芯轴轴部二与弹性橡胶部件的底板之间过盈装配完成的。

优选的，当弹性橡胶部件过盈装配到芯轴上后，弹性橡胶部件的顶板的内孔周面与芯轴轴部二之间留有间隙K。

优选的，外套过盈装配后，外套一的外套体与弹性橡胶部件一的顶板相接触，芯轴的芯轴限位部件与弹性橡胶部件一的底板相接触，从而利用外套一和芯轴限位部件将弹性橡胶部件一压缩；外套二的外套体与弹性橡胶部件二的顶板相接触，芯轴的芯轴限位部件与弹性橡胶部件二的底板相接触，从而利用外套二和芯轴限位部件将弹性橡胶部件二压缩。

优选的，在外套体的另外一端端部的外周面上设计有止口台阶部，即外套一的外套体设有止口台阶部一，外套二的外套体设有止口台阶部二，所述止口台阶部一和止口台阶部二相互匹配。

综上，本发明通过提供一种橡胶关节的刚度设计方法，能在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证了较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性。利用外套的缺口与芯轴之间围合形成窗口空间，巧妙的在产品内部增设了窗口空间，为新增的弹性橡胶部件留出了安装空间。将芯轴设计为阶梯状台阶设计，利用多级台阶对弹性橡胶部件和外套体进行轴向定位，便于产品的组装。利用外套与芯轴之间的过盈装配力将弹性橡胶部件压缩在芯轴限位部件上，使得产品装配好后，弹性橡胶部件处于预压缩状态，能更好的实现本发明的技术效果。对两个外套体上的止口台阶部进行过盈配合结构设计或是普通的搭接设计，能从另外一个方面对弹性橡胶部件的压缩量进行调整。通过设计弹性橡胶部件的顶板的内孔周面与芯轴轴部二之间的间隙K，避免产品在受到径向作用力时，顶板与芯轴之间相互接触，从而进一步减小了产品的径向刚度。

附图说明

图1为现有技术中轴箱拉杆橡胶关节的轴向剖面示意图；

图2为本发明实施例中轴箱拉杆橡胶关节的轴向剖面示意图；

图3为本发明实施例中外套一的轴向剖面示意图；

图4为本发明实施例中弹性橡胶部件一的轴向剖面示意图；

图5为图2中的A部放大结构示意图；

图中：1.芯轴，111. 芯轴限位部件，112，芯轴轴部一，113. 芯轴轴部二，2. 外套，3. 橡胶，311. 橡胶体圆型筒体部分，312. 橡胶体锥型筒体部分，4. 弹性橡胶部件，411.弹性橡胶部件一，412. 弹性橡胶部件二，5. 外套一，6. 外套二，7. 内套体，8.外套体，811.缺口，812.止口台阶部，9. 橡胶部分，10. 窗口空间，11. 顶板，12. 隔板，13.底板，14. 锥型面。

具体实施方式

下面，申请人分别从降低径向刚度，提高轴向刚度和偏转刚度以及怎样保证同时达到上述三者的性能等方面进行阐述，以说明本申请技术方案的研究分析过程。

径向刚度方面：在如图1所示的现有轴箱拉杆橡胶关节中，通过对结构受力分析发现，橡胶关节中的橡胶3为中空筒状，其中心轴线方向与芯轴1的中心轴线方向一致，也可以相互重合，橡胶3包括橡胶体圆型筒体部分311以及形成于橡胶体筒体部分311两端部上的橡胶体锥型筒体部分312，橡胶体圆型筒体部分311的轴向剖面E1与芯轴1的轴向剖面E3呈平行状态设置；橡胶体锥型筒体部分312的的轴向剖面E2与芯轴1的轴向剖面E3呈倾斜状态设置。这样在工作状态中，当橡胶关节受到径向作用力时，这两部分的受力状态分别是：在橡胶体圆型筒体部分311，其受到的是正方向上的作用力，即该作用力的方向与橡胶体圆型筒体部分311的轴剖面E1相互垂直，作用力垂直作用于橡胶体圆型筒体部分311；在橡胶体锥型筒体部分312，其受到的作用力的方向与橡胶体锥型筒体部分312的轴剖面E2相互倾斜，作用力倾斜作用于橡胶体圆型筒体部分311。基于上述橡胶体的受力状态分析可以看出，此时，受到正方向作用力的橡胶体圆型筒体部分311的径向刚度远大于橡胶体锥型筒体部分312的径向刚度，因此，橡胶体锥型筒体部分312对产品的径向刚度的影响远小于橡胶体圆型筒体部分311对产品的径向刚度的影响。可以看出，为了得到尽可能小的产品径向刚度，需要将橡胶体圆型筒体部分311删减掉，使得产品的径向刚度主要受橡胶体锥型筒体部分312的影响。

轴向刚度方面：如图1所示，在工作状态中，当产品受到轴向作用力时，在橡胶体锥型筒体部分312，其受到的作用力的方向与橡胶体锥型筒体部分312的轴剖面E2相互倾斜，作用力倾斜作用于橡胶体锥型筒体部分312；在橡胶体圆型筒体部分311，其受到的是侧面方向上的作用力，表现为剪切力。因此，可以看出，受到剪切作用力的橡胶体圆型筒体部分311的轴向刚度远小于橡胶体锥型筒体部分312的轴向刚度，因此，橡胶体锥型筒体部分312对产品的轴向刚度的影响远大于橡胶体圆型筒体部分311对产品的轴向刚度的影响。在未将橡胶体圆型筒体部分311删减前，产品的轴向刚度主要是受到橡胶体锥型筒体部分312的影响，但是，通过申请人研究发现，这样的产品轴向刚度并不能达到设计要求。因此，在删减掉橡胶体圆型筒体部分311后，还需要进一步的改进。

为了提高产品的轴向刚度，而又不能使得产品的径向刚度变得很大，申请人在产品的内部增设一个橡胶弹性部件，使得产品受到径向作用力时，该橡胶弹性部件所提供的径向刚度较小，因此，该橡胶弹性部件对产品的径向刚度的影响远小于橡胶体锥型筒体部分312对产品的径向刚度的影响，此时，产品的径向刚度主要受橡胶体锥型筒体部分312的影响，而当删减掉橡胶体圆型筒体部分311后，主要受橡胶体锥型筒体部分312影响的产品径向刚度和原来相比，已经降低了很多，所以在产品径向刚度方面已能达到设计要求了。

该橡胶弹性部件所提供的径向刚度较小是其一个特点，该橡胶弹性部件还具有另外一个特点，就是当产品受到轴向作用力时，该橡胶弹性部件所提供的轴向刚度较大。该橡胶弹性部件所提供的轴向刚度远大于橡胶体锥型筒体部分312所提供的轴向刚度，因此，此时产品的轴向刚度主要受到新增的橡胶弹性部件的影响，从而能保证产品较大的轴向刚度。

偏转刚度方面：当产品发生偏转运动时,偏转运动会使得产品的外套和芯轴之间产生相对移动的趋势，申请人通过新增橡胶弹性部件后，由于橡胶弹性部件具有较高的轴向刚度，从而橡胶弹性部件会产生很大的阻止产品发生偏转的力矩，从而提升产品的偏转刚度。

对新增的橡胶弹性部件的分析研究如下：

一、橡胶弹性部件的受力状态：为了实现橡胶弹性部件所提供的径向刚度较小，所提供的轴向刚度较大的特点，因此，需保证橡胶弹性部件中的橡胶体的受力状态为：在正向上受到轴向作用力，在侧向上受到径向作用力，从而使得橡胶弹性部件中的橡胶体受到的力是正向的作用力和侧向的剪切力，这样就能实现胶弹性部件所提供的径向刚度较小，所提供的轴向刚度较大的特点。

为了在不提高径向刚度的前提下，进一步提高产品的轴向刚度和偏转刚度，还可以使得橡胶弹性部件在安装到产品中后处于一种预压缩状态，处于预压缩状态的橡胶弹性部件能进一步提高产品的轴向刚度和偏转刚度。

二、橡胶弹性部件的结构和安装状态：考虑到上述橡胶弹性部件的受力状态，橡胶弹性部件的结构可采用橡胶堆结构形成，即由顶板、底板和设置在其之间的隔板以及各板件之间的硫化橡胶体组成：安装到橡胶关节组成后，可通过橡胶关节中的其他部件对橡胶弹性部件的顶板和底板分别施加相对的作用力，从而使得橡胶弹性部件形成预压缩状态。

三、橡胶弹性部件的安装空间：如图1所示，由于在现有的橡胶关节中是没有空间位置来安装新增的橡胶弹性部件的，因此，必须在橡胶关节内部挖出一个窗口，用来安装橡胶弹性部件。

下面，通过附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。

实施例：如图2所示，一种橡胶关节的刚度设计方法，所述刚度设计方法是将橡胶关节中的橡胶体圆型筒体部分删减掉，只留下橡胶体锥型筒体部分312，使得产品的径向刚度主要由橡胶体锥型筒体部分312来提供，保证了较小的径向刚度；同时在橡胶关节内部新增弹性橡胶部件4，该弹性橡胶部件4中的橡胶体在受到径向作用力时表现为剪切受力，受到轴向作用力时表现为正向受力，从而保证了产品在较小的径向刚度下，得到了较大的轴向刚度和偏转刚度。本产品通过上述设计改进后，通过实验证明，本产品的径向刚度能降低到28kN/mm±10%，轴向刚度能达到29kN/mm±15%，偏转刚度≥1600N.m/deg。因此，本方案能在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证了较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性。

在橡胶关节内部中设置有窗口空间，该窗口空间位置正位于删减掉的原橡胶体圆型筒体部分311处，弹性橡胶部件4就设置在该窗口空间内。弹性橡胶部件4为橡胶堆结构，其横向设置在窗口空间内，即弹性橡胶部件4的中心轴线方向与橡胶关节芯轴的轴向一致，也可以设置为相互重合。这样就能保证弹性橡胶部件4中的橡胶体在受到径向作用力时表现为剪切受力，受到轴向作用力时表现为正向受力。

弹性橡胶部件4的顶板与橡胶关节的外套相接触，弹性橡胶部件4的底板与橡胶关节的芯轴1相接触，组装好后，利用橡胶关节的外套和芯轴1分别对弹性橡胶部件4的顶板和底板施加相反的作用力，从而使得弹性橡胶部件4处于预压缩状态。

如图2和图3所示，本实施例还公开一种根据上述方法设计出的橡胶关节，包括芯轴1和设置在芯轴1外部的外套，所述外套为分体结构，包括外套一5和外套二6，将外套设计成分体结构的一个作用是为了便于产品的组装，所述外套一5和外套二6均为外套硫化体结构，包括内套体7和外套体8以及硫化在内套体7和外套体8之间的橡胶部分9，分别与橡胶部分9的两侧相接触的内套体7的外周面以及外套体8的内周面均为斜面，从而使得橡胶部分9为锥型筒体状。外套一5和外套二6分别通过过盈装配在芯轴1上，在芯轴1的外周面上设置有芯轴限位部件111，弹性橡胶部件包括弹性橡胶部件一411和弹性橡胶部件二412，弹性橡胶部件一411以预压缩状态安装在外套一5和芯轴限位部件111之间，弹性橡胶部件二412以预压缩状态安装在外套二6和芯轴限位部件111之间；在外套一5、外套二6和芯轴1之间设置有窗口空间10，弹性橡胶部件一411、弹性橡胶部件二412和芯轴限位部件111均位于所述窗口空间10中。

弹性橡胶部件一411和弹性橡胶部件二412的结构是一样的，均为中空状，如图4所示，弹性橡胶部件一411包括顶板11、隔板12和底板13，顶板11、隔板12和底板12之间通过橡胶3硫化粘接在一起，顶板11、隔板12和底板12均为中空状。弹性橡胶部件一411的内周面为锥型内周面14，使得顶板11位于锥型内周面14的大头端，底板13位于锥型内周面14的小头端，即图中，将顶板11的内直径设为L1，将底板13的内直径设为L2，则L1>L2。

如图2和图5所示，芯轴1为阶梯状台阶设计，芯轴限位部件111为芯轴凸缘，芯轴凸缘和芯轴1是一体结构，芯轴限位部件111设置在芯轴1的中部位置，以芯轴限位部件111为中心对称件，芯轴的两侧均设置成台阶状的芯轴轴部一112和芯轴轴部二113，芯轴轴部一112的直径R1小于芯轴轴部二113的直径R2，芯轴轴部二113的直径R2小于芯轴限位部件111的直径R3，位于芯轴限位部件111两侧的芯轴轴部一112用于装配外套一5和外套二6，位于芯轴限位部件111两侧的芯轴轴部二113用于装配弹性橡胶部件一411和弹性橡胶部件二412，芯轴轴部一112处的台阶T1用于在组装时对外套体进行定位，芯轴轴部二113处的台阶T2用于在组装时对弹性橡胶部件进行定位。将芯轴设计为阶梯状台阶设计，利用多级台阶对弹性橡胶部件和外套体进行轴向定位，便于产品的组装。芯轴轴部二113的直径R2小于弹性橡胶部件的底板13的内直径L2，从而当将弹性橡胶部件过盈装配到芯轴上时，是利用芯轴轴部二113与弹性橡胶部件的底板13之间过盈装配完成的。

如图2和图3所示，外套一5和外套二6的内套体7的内直径设为S1，外套体8的一端端部通过橡胶部分9与内套体7硫化粘接，外套体8的另外一端端部的内周面上挖出一整圈的缺口811，产品组装后，外套一和外套二的缺口811与芯轴1之间围合形成窗口空间10，相对于现有的橡胶关节，本实施例利用外套的缺口与芯轴之间围合形成窗口空间，巧妙的在产品内部增设了窗口空间，为新增的弹性橡胶部件留出了安装空间。将外套体8的缺口811的内直径设为S2，则S1<S2。为将外套一和外套二组装在芯轴上，如图3和图5所示，将外套一和外套二的内套体7的内直径S1设置成小于芯轴的芯轴轴部一112的直径R1，从而使得内套体7过盈装配到芯轴轴部一112上，最终使得外套一和外套二过盈装配到芯轴上。

如图5所示，外套过盈装配后，外套一的外套体8与弹性橡胶部件一的顶板11相接触，芯轴的芯轴限位部件111与弹性橡胶部件一的底板12相接触，从而利用外套一和芯轴限位部件111将弹性橡胶部件一压缩，使得产品装配好后，弹性橡胶部件一处于预压缩状态。弹性橡胶部件二也是如此，利用外套二和芯轴限位部件111将弹性橡胶部件二压缩，使得产品装配好后，弹性橡胶部件二处于预压缩状态。利用外套与芯轴之间的过盈装配力将弹性橡胶部件压缩在芯轴限位部件上，使得产品装配好后，弹性橡胶部件处于预压缩状态，能更好的实现本发明的技术效果。此处需要说明的是，由于外套体8与顶板11相接触，内套体7与芯轴过盈装配，那么就单个外套来看，受到弹性橡胶部件的反作用力，当产品装配好后，外套中的橡胶体锥型筒体部分312也处于预压缩状态，从而使得外套一和外套二实现实现轴向与径向预压缩。

另外，由于，弹性橡胶部件的顶板11的内直径L1大于L2，所以当弹性橡胶部件过盈装配到芯轴上后，弹性橡胶部件的顶板11的内孔周面与芯轴轴部二113之间留有间隙K，该间隙K是为橡胶弹性部留出的径向变形行程，当产品受到径向作用力时，外套一和外套二的外套体8会沿径向移动，由于外套体8与弹性橡胶部件的顶板11相接触，从而也会带动弹性橡胶部件的顶板11沿径向移动，此时，为了尽可能的减小产品的径向刚度，就需要避免顶板11与芯轴相接触，因此，在此处设计了一个间隙 K，使得当产品受到径向作用力时，顶板11始终与芯轴之间留有间隙，不会接触。

如图3和图5所示，在外套体8的另外一端端部的外周面上设计有止口台阶部812，即外套一的外套体8设有止口台阶部一，外套二的外套体8设有止口台阶部二，所述止口台阶部一和止口台阶部二相互匹配。当产品装配时，利用止口台阶部一和止口台阶部二相互配合，外套一的外套体8的另外一端与外套二的外套体8的另外一端相互搭接在一起。在此处，还可以基于弹性橡胶部件的压缩量对止口台阶部一和止口台阶部二相互的搭接关系进行进一步的设计。在常规状态下，弹性橡胶部件的压缩量通过外套与芯轴之间的过盈力来保证；当需要更大的压缩量时，也可以通过将止口台阶部一和止口台阶部二相互的搭接处设计成过盈配合结构，利用止口台阶部一和止口台阶部二相互的搭接处的过盈力进一步提高弹性橡胶部件的压缩量。从而，对两个外套体上的止口台阶部进行过盈配合结构设计或是普通的搭接设计，能从另外一个方面对弹性橡胶部件的压缩量进行调整。

如图2所示，本产品的装配过程大致如下：先将弹性橡胶部件一411和弹性橡胶部件二412分别过盈装配到芯轴1上，再将外套一5和外套二6分别别过盈装配到芯轴1上，最终完成装配。可以看出，本产品的结构设计简化了本产品的组装过程，大大提高了组装效率。在这里，为了优化设计，弹性橡胶部件与芯轴之间可采用小过盈配合，外套与芯轴之间可采用标准过盈配合，以保证更好的足够的压装力。

如图3和图4所示，本产品的轴向刚度是可以根据实际工况进行调整的。对轴向刚度进行调整，主要是对外套中的橡胶部分9和对弹性橡胶部件的橡胶3进行调整。对外套中的橡胶部分9进行调整：由于外套中的橡胶是倾斜设置的，因此，可对橡胶部分9的倾斜程度（即橡胶部分9的母线与内套体7的中心轴线之间的夹角a）和橡胶部分9的厚度H1进行调节，来调节产品的轴向刚度。对弹性橡胶部件的橡胶3进行调整：主要是对弹性橡胶部件的橡胶3的厚度H2进行调整。但是，申请人通过研究发现，上面两个因素对产品轴向刚度的影响大小是不一样的，通过对外套中的橡胶部分9进行调整对产品轴向刚度的影响比较小，其影响力不超过20%，而通过对弹性橡胶部件的橡胶3进行调整对产品轴向刚度的影响比较大，大约占80%以上。所以，在对产品的轴向刚度进行调整时，主要是从调整弹性橡胶部件的橡胶3方面来进行。本产品通过弹性橡胶部件的橡胶3的厚度H2进行调整，可以使得产品的轴向刚度在较高的一段范围内进行调整。

综上，本发明通过提供一种橡胶关节的刚度设计方法，能在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证了较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性。利用外套的缺口与芯轴之间围合形成窗口空间，巧妙的在产品内部增设了窗口空间，为新增的弹性橡胶部件留出了安装空间。将芯轴设计为阶梯状台阶设计，利用多级台阶对弹性橡胶部件和外套体进行轴向定位，便于产品的组装。利用外套与芯轴之间的过盈装配力将弹性橡胶部件压缩在芯轴限位部件上，使得产品装配好后，弹性橡胶部件处于预压缩状态，能更好的实现本发明的技术效果。对两个外套体上的止口台阶部进行过盈配合结构设计或是普通的搭接设计，能从另外一个方面对弹性橡胶部件的压缩量进行调整。通过设计弹性橡胶部件的顶板的内孔周面与芯轴轴部二之间的间隙K，避免产品在受到径向作用力时，顶板与芯轴之间相互接触，从而进一步减小了产品的径向刚度。

本实施例中所述的“多级”即指“两级或两级以上”的数量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种橡胶关节的刚度设计方法，其特征在于：所述刚度设计方法是将橡胶关节中的橡胶以倾斜状态设置，使得所述橡胶呈现锥型筒体状，同时在橡胶关节内部新增弹性橡胶部件；当受到径向作用力时，橡胶关节的径向刚度主要由锥型筒体状的橡胶来提供，当受到轴向作用力和偏转作用力时，橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度主要由弹性橡胶部件来提供。

2.根据权利要求1所述的刚度设计方法，其特征在于：所述橡胶关节还包括芯轴和设置在芯轴外部的外套，所述弹性橡胶部件采用橡胶堆结构，其中心轴线与芯轴的中心轴线方向一致，所述弹性橡胶部件设置在芯轴和外套之间；当受到径向作用力时，弹性橡胶部件表现为剪切受力，橡胶关节的径向刚度主要由锥型筒体状的橡胶来提供，当受到轴向作用力和偏转作用力时，弹性橡胶部件表现为正向受力，橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度主要由弹性橡胶部件来提供。

3.一种机车用轴箱拉杆橡胶关节，包括芯轴和设置在芯轴外部的外套，所述外套为外套硫化体结构，包括内套体和外套体以及硫化在内套体和外套体之间的橡胶部分，其特征在于：所述橡胶部分为锥型筒体状，在外套和芯轴之间设置有弹性橡胶部件。

4.根据权利要求3所述的机车用轴箱拉杆橡胶关节，其特征在于：所述弹性橡胶部件为橡胶堆结构，包括顶板、隔板和底板，顶板、隔板和底板之间通过橡胶硫化粘接在一起，顶板、隔板和底板均为中空状；弹性橡胶部件的中心轴线方向与芯轴的轴线方向一致。

5.根据权利要求4所述的机车用轴箱拉杆橡胶关节，其特征在于：所述外套为分体结构，分为外套一和外套二；外套一和外套二分别装配在芯轴上，在芯轴的外周面上设置有芯轴限位部件，弹性橡胶部件包括弹性橡胶部件一和弹性橡胶部件二，弹性橡胶部件一以预压缩状态安装在外套一和芯轴限位部件之间，弹性橡胶部件二以预压缩状态安装在外套二和芯轴限位部件之间。

6.根据权利要求5所述的机车用轴箱拉杆橡胶关节，其特征在于：外套一和外套二的内套体装配在芯轴上，外套一的外套体的一端端部通过外套一的橡胶部分与外套一的内套体硫化粘接，外套二的外套体的一端端部通过外套二的橡胶部分与外套二的内套体硫化粘接，外套一的外套体的另外一端端部和外套二的外套体的另外一端端部相接触；

在外套一和外套二的外套体的另外一端端部的内周面上挖出一整圈的缺口，产品组装后，外套一和外套二的缺口与芯轴之间围合形成所述窗口空间；弹性橡胶部件一、弹性橡胶部件二和芯轴限位部件均位于所述窗口空间中。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的机车用轴箱拉杆橡胶关节，其特征在于：弹性橡胶部件的内周面为锥型内周面，将弹性橡胶部件的顶板11的内直径设为L1，将弹性橡胶部件的底板13的内直径设为L2，则L1>L2；

芯轴限位部件设置在芯轴的中部位置，以芯轴限位部件为中心对称件，芯轴的两侧均设置成台阶状的芯轴轴部一和芯轴轴部二，芯轴轴部一的直径R1小于芯轴轴部二的直径R2，芯轴轴部二的直径R2小于芯轴限位部件的直径R3，位于芯轴限位部件两侧的芯轴轴部一用于装配外套一和外套二，位于芯轴限位部件两侧的芯轴轴部二用于装配弹性橡胶部件一和弹性橡胶部件二；

芯轴轴部二的直径R2小于弹性橡胶部件的底板的内直径L2，从而当将弹性橡胶部件装配到芯轴上时，是利用芯轴轴部二与弹性橡胶部件的底板之间过盈装配完成的。

8.根据权利要求7所述的机车用轴箱拉杆橡胶关节，其特征在于：当弹性橡胶部件过盈装配到芯轴上后，弹性橡胶部件的顶板的内孔周面与芯轴轴部二之间留有间隙K。

9.根据权利要求7所述的机车用轴箱拉杆橡胶关节，其特征在于：外套过盈装配后，外套一的外套体与弹性橡胶部件一的顶板相接触，芯轴的芯轴限位部件与弹性橡胶部件一的底板相接触，从而利用外套一和芯轴限位部件将弹性橡胶部件一压缩；外套二的外套体与弹性橡胶部件二的顶板相接触，芯轴的芯轴限位部件与弹性橡胶部件二的底板相接触，从而利用外套二和芯轴限位部件将弹性橡胶部件二压缩。

10.根据权利要求6所述的机车用轴箱拉杆橡胶关节，其特征在于：在外套体的另外一端端部的外周面上设计有止口台阶部，即外套一的外套体设有止口台阶部一，外套二的外套体设有止口台阶部二，所述止口台阶部一和止口台阶部二相互匹配。

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