CN116928253A - 一种球型橡胶垫 - Google Patents

Abstract

一种球型橡胶垫，包括用于连接弹簧的上板和用于连接轴箱的下板，在上板和下板之间硫化橡胶层，所述上板、下板和橡胶层的连接面以及橡胶层均为球型弧面。本发明涉及的橡胶垫，相比于现有技术的平板橡胶垫主要承受垂向载荷，采用弧面设计，使橡胶整体呈半球形结构，降低偏转刚度，能够承受更大的偏转角度。橡胶垫、上下板的硫化面均采用对称的球型弧面，使得橡胶垫具有相等的横向、纵向的偏转刚度，适用于横向、纵向的偏转角度相对一致的应用场景。

Description

一种球型橡胶垫

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆一系悬挂技术领域，具体为一种球型橡胶垫。

背景技术

在轨道车辆中，一系橡胶垫组是一系钢簧悬挂系统中常用的橡胶金属复合减震元件，安装在轴箱与构架之间，用以连接转向架和轴箱，一系橡胶垫组通常与钢簧配合使用，具有良好的垂向减震功能，可提高车辆运行的平稳性和安全性。一系橡胶垫在一系悬挂系统中既要承受垂向载荷也要承受偏转载荷，而一系橡胶垫的垂向刚度和偏转刚度则决定了锁承受载荷的大小，针对一系橡胶垫合理的结构设计匹配合适的垂向、偏转刚度，在一系悬挂系统中载荷承受能力以及舒适度具有重要作用。

通过检索，现有技术中已有相关一系橡胶垫的技术文献公开。例如公开号为“CN107161167A”，名称为“用于串联螺旋弹簧的橡胶垫及其刚度调节方法”的发明专利。公开了一种用于串联螺旋弹簧的橡胶垫，从上至下包括金属顶板、弹性橡胶体和金属底板，金属顶板顶面的中间位置固定用于定位螺旋弹簧的金属环，金属顶板底面与弹性橡胶体连接的部分为向上凹进的上圆弧面，金属底板顶面与弹性橡胶胶垫连接的部分为向上凸起的下圆弧面，上圆弧面和下圆弧面为沿所述橡胶垫水平纵向设置的同轴圆弧面，上圆弧面和下圆弧面的轴向与所述橡胶垫的水平横向一致，并且上圆弧面的中垂线和下圆弧面的中垂线均与所述橡胶垫的中垂线重合。该对比文件采用了弧面橡胶体设计，但橡胶体整体呈矩形，该结构设计目的在于期望橡胶垫横向、纵向的偏转刚度不一致。

例如公开号为“CN113685490A”，名称为“一种降低橡胶减振垫偏转刚度的方法”的发明专利。公开了一种降低橡胶减振垫偏转刚度的方法，在橡胶减振垫的上板和下板之间硫化橡胶体，将橡胶体设置成纵向对称结构，橡胶体在横向方向和纵向方向上的橡胶长度不一致，将橡胶体纵向方向的橡胶下端长度设置成小于橡胶上端的橡胶长度，以使在承受载荷时降低橡胶减震垫的偏转刚度来适应橡胶减震垫上方钢簧的变形，避免钢簧因弯曲而导致垂向刚度急剧上升。该对比文件公开的技术方案中，橡胶垫为平板状的橡胶垫，在偏转载荷较大、偏转角度较大时，平板状的橡胶垫由于其偏转刚度过大而导致无法承受较大的偏转角度。

因此提出在本领域内提出一种垂向、偏转刚度合理适配尤其能够承受较大的横向、纵向偏转角度的橡胶垫具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种球型橡胶垫，包括用于连接弹簧的上板和用于连接轴箱的下板，在上板和下板之间硫化橡胶层，所述上板、下板和橡胶层的连接面以及橡胶层均为球型弧面。

进一步地，所述上板、下板和橡胶层连接面边缘均为圆弧过渡面一R1，橡胶层边缘具有内凹的圆弧开口，所述圆弧开口包络圆弧过渡面一R1。

进一步地，橡胶层的中部具有空腔，所述下板为分体组装结构，包括环状球型板以及底座，底座过盈配合安装于环状球型板中央。

进一步地，所述空腔为向上板内凹的球型圆弧面并和上板硫化连接，边缘经圆弧过渡面二R2和下板硫化连接。

进一步地，所述上板、下板的球型弧面为同心弧面。

或者，所述上板、下板的球型弧面为非同心弧面但圆心在橡胶垫中轴线上。

进一步地，所述橡胶层分为左右两侧对称分体结构，其中左橡胶层和左橡胶层具有相对的内侧开口，内侧开口与上板、下板合围形成空腔。

进一步地，所述内侧开口由圆弧过渡面三R3和圆弧过渡面四R4过渡连接而成，圆弧过渡面三R3端点连接和水平线夹角α∈[18°,30°]。

进一步地，所述空腔位于橡胶层中央，上板、下板围合空腔的接触面硫化缓冲橡胶层。

进一步地，所述上板顶部具有弹簧接口凸台，两侧为连接耳；所述下板底部具有轴箱接口螺栓孔。

与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

1、本发明涉及的橡胶垫，相比于现有技术的平板橡胶垫主要承受垂向载荷，采用弧面设计，使橡胶整体呈半球形结构，降低偏转刚度，能够承受更大的偏转角度。

2、橡胶垫、上下板的硫化面均采用对称的球型弧面，使得橡胶垫具有相等的横向、纵向的偏转刚度，适用于横向、纵向的偏转角度相对一致的应用场景。

附图说明

图1：实施例一、二提供的橡胶垫整体结构示意图；

图2：实施例一提供的橡胶垫剖视图；

图3：实施例一提供的橡胶垫空腔结构示意图；

图4：实施例二提供的橡胶垫剖视图；

图5：实施例二提供的橡胶垫空腔结构示意图；

图6：图5局部放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，如图1~3所示。

一种球型橡胶垫，包括用于连接弹簧的上板1和用于连接轴箱的下板2，在上板1和下板2之间硫化橡胶层3，其特征在于：所述上板1、下板2和橡胶层3的连接面以及橡胶层3均为球型弧面。本实施例中橡胶层3和上板1、下板2的连接面采用了对称的球型弧面设计，类似球型关节。该橡胶垫垂向刚度较于平板状的橡胶垫较大，可以承受较大的垂向载荷。偏转刚度相对平板状的橡胶垫较小，可以承受更大的偏转角度。并且在各个方向的偏转刚度均一致，适用于各个方向偏转角度一致的一系悬挂系统中。

所述上板1、下板2和橡胶层3连接面边缘均为圆弧过渡面一R1，橡胶层3边缘具有内凹的圆弧开口31，所述圆弧开口31包络圆弧过渡面一R1。圆弧过渡面一R1的设计使得橡胶层3硫化面平滑过渡，圆弧开口31使得橡胶层3的边缘具有较大的开口自由面，在承受载荷变形时橡胶层3在圆弧开口31具有充分的释放空间，在圆弧过渡面一R1处橡胶体可以自然贴合上板1、下板2边缘而不发生褶皱折叠，橡胶层3承受应力均匀，在长时间载荷承受时抗疲劳性能良好。

橡胶层3的中部具有空腔32。空腔32的设计进一步增加了橡胶层3的自由面，在橡胶层3受载荷形变时，可以双向地向空腔32和圆弧开口31释放形变，橡胶层3中部位置应力能够有效释放不被集中，不会导致橡胶层3中部位置因应力集中导致开裂。所述下板2为分体组装结构，包括环状球型板23以及底座22，底座22过盈配合安装于环状球型板23中央。下板2设计为分体组装结构便于空腔32的硫化成型，加工硫化橡胶层3以及时利用和空腔32匹配的模具形成该空腔脱模后，再将底座22和环状球型板23组装即可。在本实施例中，底座22一端是和环状球型板23匹配的球型弧面，底座22和环状球型板23在组装好后形成组成空腔32的连续圆弧面。底座22和环状球型板23具有限位台阶，当底座22位置被被限位台阶确定后即形成组成空腔32的连续圆弧面。

所述空腔32为向上板1内凹的球型圆弧面并和上板1硫化连接，边缘经圆弧过渡面二R2和下板2硫化连接。空腔32上部和上板1硫化连接形成整体橡胶面，下部则设计圆弧过渡面二R2，当橡胶层3受载荷形变时，空腔32受压缩形变，其上部向下板2压缩形变，圆弧过渡面二R2使得空腔32边缘自然和下板2贴合，整个过程中空腔32的橡胶面释放压缩均匀，应力释放均匀。

所述上板1、下板2的球型弧面为同心弧面。上板1、下板2的球型弧面同心但不同半径，该设计使得橡胶层3整体厚度保持一致，使得其垂向刚度和偏转刚度能够相对一致。

所述上板1顶部具有弹簧接口凸台11，两侧为连接耳12；所述下板2底部具有轴箱接口螺栓孔21。本实施例提供了该橡胶垫和钢弹簧以及轴箱连接的相应接口设计。

实施例二：如图4~6所示。该实施例和实施例一的区别在于橡胶层3采用不等厚度设计，并且空腔32采用分体设计，具体如下：

所述上板1、下板2的球型弧面为非同心弧面但圆心在橡胶垫中轴线上。上板1、下板2的球型弧面非同心，使得橡胶层3中间部分厚度小于其边缘部分厚度。该结构设计使得橡胶垫的垂向刚度和偏转刚度不一致，具体是其垂向刚度会大于偏转刚度，适用于垂向载荷较大而偏转载荷相应较小的一系悬挂系统中。

所述橡胶层3分为左右两侧对称分体结构，其中左橡胶层33和左橡胶层34具有相对的内侧开口35，内侧开口35与上板1、下板2合围形成空腔32。分体结构设计的橡胶层3形成了不同于实施例一的空腔32。该空腔32和实施例一类似，增加了橡胶层3的自由面，在橡胶层3受载荷形变时，可以双向地向空腔32和圆弧开口31释放形变，橡胶层3中部位置应力能够有效释放不被集中，不会导致橡胶层3中部位置因应力集中导致开裂。但该空腔32配合分体式橡胶层3以及结合不等厚度的橡胶层3，可以实现垂向硬止挡功能。具体是在橡胶垫承受较大的垂向载荷时，由于分体式橡胶层3设计使得空腔32的中间部分上下面均为上板1、下板2的刚性面（如图5中粗实线部分）。并且由于橡胶层3中部厚度较小，在垂向载荷较大时橡胶层3受压形变，空腔32的中间部分垂向间距减小，当空腔32的中间部分即上板1、下板2的刚性面接触时垂向刚度实现非线性提升，从而实现硬止挡功能。该结构设计仅仅通过改变橡胶层3的分体结构以及上板1、下板2球型弧面半径和圆心位置实现硬止挡功能，不需要额外增加止挡件。

在本实施例中，为了使上述硬止挡接触时能够具有定的缓冲，所述空腔32位于橡胶层3中央，上板1、下板2围合空腔32的接触面硫化缓冲橡胶层（图中未示出）。

所述内侧开口35由圆弧过渡面三R3和圆弧过渡面四R4过渡连接而成，圆弧过渡面三R3端点连接和水平线夹角α∈[18°,30°]。圆弧过渡面三R3在前述设计参数范围内具有较小的倾斜角度，使得刚度较小但具有更大的开口自由面，橡胶体在空腔32内的压缩形变释放更为线性。圆弧过渡面四R4则使得橡胶层3在空腔32内的释放形变可以紧贴下板2的刚性面。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种球型橡胶垫，包括用于连接弹簧的上板（1）和用于连接轴箱的下板（2），在上板（1）和下板（2）之间硫化橡胶层（3），其特征在于：所述上板（1）、下板（2）和橡胶层（3）的连接面以及橡胶层（3）均为球型弧面。

2.如权利要求1所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述上板（1）、下板（2）和橡胶层（3）连接面边缘均为圆弧过渡面一R1，橡胶层（3）边缘具有内凹的圆弧开口（31），所述圆弧开口（31）包络圆弧过渡面一R1。

3.如权利要求2所述的球型橡胶垫，其特征在于：橡胶层（3）的中部具有空腔（32），所述下板（2）为分体组装结构，包括环状球型板（23）以及底座（22），底座（22）过盈配合安装于环状球型板（23）中央。

4.如权利要求3所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述空腔（32）为向上板（1）内凹的球型圆弧面并和上板（1）硫化连接，边缘经圆弧过渡面二R2和下板（2）硫化连接。

5.如权利要求4所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述上板（1）、下板（2）的球型弧面为同心弧面。

6.如权利要求4所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述上板（1）、下板（2）的球型弧面为非同心弧面但圆心在橡胶垫中轴线上。

7.如权利要求6所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述橡胶层（3）分为左右两侧对称分体结构，其中左橡胶层（33）和左橡胶层（34）具有相对的内侧开口（35），内侧开口（35）与上板（1）、下板（2）合围形成空腔（32）。

8.如权利要求7所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述内侧开口（35）由圆弧过渡面三R3和圆弧过渡面四R4过渡连接而成，圆弧过渡面三R3端点连接和水平线夹角α∈[18°,30°]。

9.如权利要求8所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述空腔（32）位于橡胶层（3）中央，上板（1）、下板（2）围合空腔（32）的接触面硫化缓冲橡胶层。

10.如权利要求1-9任意一项所述的球型橡胶垫，其特征在于：所述上板（1）顶部具有弹簧接口凸台（11），两侧为连接耳（12）；所述下板（2）底部具有轴箱接口螺栓孔（21）。