CN202023875U - 一种橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件 - Google Patents

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曾繁盛
林立钿
张春良
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Abstract

一种橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于：包括金属外套、弹性橡胶体和金属内套，其特点在于，在弹性橡胶体上开了两个不对称布置的孔，两个孔明显偏向一边，两个孔的开孔位置在一个方向(X方向)上是对称的，及径向方向是对称的，使该方向正反方向的刚度是相等的；而在与之正交的另一个方向(Y方向)上，这两个开孔的位置不是对称的，即在圆周方向是不对称布置的；在橡胶不开口的部位，刚度大，而橡胶开孔的部位，刚度小。两个开孔可以是直的，也可以是倾斜的或变截面的，其大小是相等的；两个开孔之间的夹角、孔的大小及形状依据径向刚度匹配要求设计，通过调整两个开孔之间的角度和开孔的大小，来调整X方向和Y方向的刚度。

Description

一种橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件
技术领域：
本实用新型涉及一种减振部件产品，特别是指球铰类橡胶弹性元件，主要用于各种机车车辆的转向架用的橡胶弹性元件中，同时也可以适用于工程机械等任何减振弹性支撑连接的部位。
背景技术：
球铰类橡胶弹性元件是常用的一种橡胶金属复合的减振元件，可广泛应用于各种减振场所，尤其是在机车车辆的转向架中应用十分普遍。附图1是一种常见的球铰结构，该结构的特点是沿球铰正交的X方向和Y方向，刚度是相等的。即X方向上，KX＝KX1＝KX2；Y方向上，KY＝KY1＝KY2，且KX＝KY，球铰只有一个径向刚度。
为了使球铰在X方向和Y方向上获得不同的刚度，通常在橡胶体上进行开孔，如附图2和附图3所示。附图2结构的球铰，可通过调整开孔大小，在X方向和Y方向上获得不同的刚度；附图3结构的球铰，除了通过调整开孔大小，还可以通过调整四个孔之间的分布角度D和E，实现在X方向和Y方向上不同的刚度。这两种结构的球铰，尽管X方向和Y方向的刚度有所不同，但有一个共同的特点：橡胶体开孔位置在圆周方向是对称布置的，孔的大小是相等的，所以沿X方向，正反方向的刚度相等的；沿Y方向，正反方向的刚度也是相等的。即X方向上，KX＝KX1＝KX2；Y方向上，KY＝KY1＝KY2，且KX≠KY，球铰在正交方向上只有两个不同的径向刚度。
而在某些特殊的工况下，如铁道机车车辆上的转臂节点，沿列车的纵向(X方向)，要求转臂节点在正反方向其定位刚度是相等的(即KX＝KX1＝KX2)；而垂直方向(Y方向)，一些转臂节点除了承受车辆运行过程中的垂向动载荷，还要长期承受部分垂向车体重量，这就要求转臂节点在长期承受垂向车体重量的方向刚度适当大些；而反方向只承受垂向动载荷，刚度可以适当小一些；即在垂直方向上，一个方向刚度大，另一个方向刚度小。这就需要这么一种结构的球铰：在X方向上，正反方向的刚度是相等的；在Y方向上，正反方向的刚度是不相等的，其中一个方向刚度大，另一个方向刚度小；即X方向上，KX＝KX1＝KX2，Y方向上，KY2＞KY1，因此希望球铰在正交方向有三个不同的径向刚度。但现有的球铰尚做不到三个不同的径向刚度，因此很有必要对此进一步加以改进。
实用新型内容
本实用新型的目的就是针对现有球铰类橡胶弹性元件的不足，提供一种球铰类橡胶弹性元件结构，以获得在一个方向(X方向)上，正反两个方向的刚度相等，而与之正交的另一个方向(Y方向)上，正反两个方向的刚度不相等，在一个方向上刚度大，与之相反的方向刚度小，球铰在正交方向有三个不同的径向刚度。
根据本实用新型的目的，所提出的技术实施方案是：一种橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件，包括金属外套、弹性橡胶体和金属内套，其特点在于，在弹性橡胶体上开了两个不对称布置的孔，两个孔明显偏向一边，两个孔的开孔位置在一个方向(X方向)上是对称的，及径向方向是对称的，使该方向正反方向的刚度是相等的；而在与之正交的另一个方向(Y方向)上，这两个开孔的位置不是对称的，即在圆周方向是不对称布置的；在橡胶不开口的部位，刚度大，而橡胶开孔的部位，刚度小。两个开孔可以是直的，也可以是倾斜的或变截面的，其大小是相等的；两个开孔之间的夹角、孔的大小及形状依据径向刚度匹配要求设计，通过调整两个开孔之间的角度和开孔的大小，来调整X方向和Y方向的刚度。
本实用新型的有益效果是：通过两个斜向布置的的不对称孔，使得弹性橡胶体在X方向和Y方向具有不同的刚度，以获得在一个方向(X方向)上，正反两个方向的刚度相等，而与之正交的另一个方向(Y方向)上，正反两个方向的刚度不相等，在一个方向上刚度大，与之相反的方向刚度小，达到球铰在正交方向有三个不同的径向刚度的要求。
附图说明：
图1是一种常见的球铰结构示意图；
图2是一种常见的球铰开孔结构示意图；
图3是另一种常见的球铰开孔结构示意图；
图4为本实用新型一种实施例的结构示意图；
图5为本实用新型实施例二的结构示意图；
图6为本实用新型实施例二的结构侧向示意图；
图7为本实用新型实施例三的结构示意图；
图8为本实用新型实施例三轴向预压缩后受力示意图
图9为本实用新型实施例三承受垂向载荷时受力示意图。
图中：1-金属内套；2-弹性橡胶体；3-金属外套；4-开孔；201-金属内套；202-弹性橡胶体；203-斜孔；204-分段金属隔片一；205-分段金属隔片二；206-金属外套。301-金属芯轴；302-左球铰；303-右球铰。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的描述。
实施例一
如附图4所示，一种橡胶体不对称开孔的球铰类弹性元件，包括金属内套1、弹性橡胶体2、金属外套3，弹性橡胶体2位于金属内套1与金属外套3之间，且弹性橡胶体2的内表面与金属内套1硫化粘结在一起，弹性橡胶体2的外表面与金属外套3硫化粘结在一起，其特点在于：在弹性橡胶体上开了两个不对称布置的开孔4，两个开孔4明显偏向一边，两个开孔4的开孔位置在一个方向(X方向)上是对称的，及径向方向是对称的，使该方向正反方向的刚度是相等的；而在与之正交的另一个方向(Y方向)上，这两个开孔4的位置不是对称的，即在圆周方向是不对称布置的；在橡胶不开口的部位，刚度大，而橡胶开孔的部位，刚度小。两个开孔4可以是直的，也可以是倾斜的或变截面的，其大小是相等的；两个开孔4之间的夹角、孔的大小及形状依据径向刚度匹配要求设计，通过调整两个开孔之间的角度和开孔的大小，来调整X方向和Y方向的刚度。
实施例二
如附图5所示，实施例二是在实施例一的基础上，增加了不对称切割的金属隔片，弹性橡胶体202由一层变为多层；弹性橡胶体202和金属内套201和金属外套206的粘接面由圆柱面变为圆锥面，弹性橡胶体202上的两个开孔由直孔变为斜孔203。金属隔片为两层，分别为分段金属隔片一204和分段金属隔片二205。
实施例三
如附图6所示，实施例三是一种橡胶体不对称开孔球铰的组合结构，由一根金属芯轴301，把两个实施例二橡胶体不对称开孔的球铰(左球铰302和右球铰303，两个球铰面对面安装)通过过盈配合，组装在一起。其特征在于：如图7所示，对左右球铰金属外套施加轴向力Fa，进行轴向预压缩后，弹性橡胶体的上部分，因为开孔导致橡胶相对少，预压力小；而弹性橡胶体下部分，橡胶多，预压力大；轴向预压后，金属芯轴的轴线会上移一小部分而离开中心位置；如图8所示，轴向预压缩后，把左右球铰的金属外套固定，当金属芯轴承受垂向载荷Fv时，左右球铰弹性的橡胶体上部分得到放松，而弹性橡胶体下部分受到进一步的径向预压缩，金属芯轴的轴线又会往下移，靠近中心位置。这样，通过调整球铰两个开孔的分布角度和大小，再进行一定量的轴向预压缩，当球铰在承受垂向载荷Fv时，橡胶体不对称开孔的左右球铰，里面的弹性橡胶体还可以实现等应变预压缩。

Claims (4)

1.一种橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件，包括金属外套、弹性橡胶体和金属内套，其特征在于：在弹性橡胶体上开了两个不对称布置的孔，两个孔明显偏向一边，两个孔的开孔位置在一个方向上是对称的，及径向方向是对称的，使该方向正反方向的刚度是相等的；而在与之正交的另一个方向上，这两个开孔的位置不是对称的，即在圆周方向是不对称布置的；在橡胶不开口的部位，刚度大，而橡胶开孔的部位，刚度小。
2.如权利要求1所述的橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于：两个开孔是直的。
3.如权利要求1所述的橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于：两个开孔是倾斜的或变截面的。
4.如权利要求1或2或3所述的橡胶体不对称开孔的球铰类橡胶弹性元件，其特征在于：两个开孔大小是相等的。 
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