CN203743278U - 一种圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，包括硫化在一起的金属件和橡胶体，所述金属件包括外套、芯轴以及位于外套和芯轴之间的隔套，所述锥形弹簧采用圆柱形和圆锥形相结合的结构，其上部为圆柱形段、下部为圆锥形段。所述金属件为圆柱形和圆锥形相结合的结构；所述锥形弹簧为由金属件和橡胶通过胶黏剂以及高温硫化形成的整体结构。所述金属件的圆柱形段长度以及圆锥形段锥角的角度，与垂向刚度和水平刚度的大小相配合。所述橡胶体上设有盲孔；所述隔套为二层以上。本实用新型针对现有锥形弹簧的不足，提供一种小垂向刚度大水平刚度的锥形弹簧结构，简洁方便，能满足车辆蠕变功能，同时又能实现小垂向刚度大水平刚度的功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及减振降噪元件，特别是一种圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧。
背景技术
锥形弹簧是常用的一种橡胶金属复合的减振降噪元件，主要指金属橡胶结合的具有减振作用的弹簧，金属与橡胶都成锥形结构。安装在机车车辆一系悬挂和二系悬挂的车体上，主要作用为承受车体和构架的载荷。应用原理为：车辆正常运行时，锥形弹簧不但承受构架和车体的垂向载荷，保证车体与地面的高度外，还承受牵引或制动方向的纵向力，同时在过弯道时承受横向力，确保车辆运行时的舒适度。锥形弹簧结构应用最为普遍的是金属件均为锥形结构，该类型结构有其一些特点，同时也有缺点；特点是它们的性能能基本满足各种工况的使用，生产工序相对简单；缺点是，当要求垂向刚度很小，水平刚度很大时，锥形结构金属件的锥形弹簧很难满足其要求，若将金属件的锥角无限变小，则弹簧的蠕变将变大甚至超出车辆运行要求，影响车辆运行舒适度和动力学要求。
随着机车车辆技术的发展，特别是高铁动车组、城轨、地铁和低地板车技术的发展，锥形弹簧需要更好地满足车辆的动力学要求，在确保蠕变性能的情况下，小垂向刚度大水平刚度要求也越来越高，当要求锥形弹簧实现小垂向刚度大水平刚度的功能，就需要一种新型的结构以实现该要求。
水平刚度：指平行轨道方向或垂直轨道方向的刚度，其中平行轨道方向为纵向刚度，垂直轨道方向为横向刚度。垂向刚度：指垂直地面方向的刚度。
现有应用的锥形弹簧的金属件普遍采用锥形结构，见图1常用结构所示，现有方案结构主要为橡胶金属相结合的弹性减振件。由外套和芯轴，以及中间根据刚度需求设计有多层锥形隔套的金属件，与橡胶通过胶黏剂以及高温硫化在一起，形成的复合金属橡胶锥形弹簧。
现有应用的锥形弹簧的结构因金属件为锥形结构，存在如下缺点：
1、因圆锥角设计限制，锥形弹簧的结构很难满足小垂向刚度和大水平刚度的要求，一般只能满足垂向刚度与水平刚度比在1:2~1:8之间，因此不能满足动力学要求。
2、若将圆锥角设计过小，尽管能满足小垂向刚度和大水平刚度的要求，但锥形弹簧的蠕变将会大大增加，使产品的高度降低导致车辆的整体高度下降，同样也不能满足动力学要求，影响车辆运行的舒适性。
3、如果要求水平方向的纵向刚度和横向刚度要求不一样时，现有结构只能在小刚度要求的相应方向上设计通孔以降低该方向的刚度，往往使该方向上的刚度及垂向刚度急剧降低，无法满足要求，如果也采用盲孔设计，又在工艺上很难实现。
现有专利技术中，申请号为200880120032.8的发明申请公开了一种组合的圆柱形和锥形弹簧，包括具有非线性弹簧刚度的不对称线圈弹簧的床垫为体重不同的用户提供了舒适性，该弹簧的下部为圆柱形,并且上部为圆锥形或截头圆锥形。专利号为 200520051166.2 的发明公开了一种叠层橡胶金属弹簧，将现有三层结构改为五层结构,产品共有五层橡胶层,四层隔套组,每层橡胶层与芯轴轴心的倾斜夹角为14°-17°;并且每层胶料部分的胶料硬度为46-52°sha,产品的产品动静刚度比为1.1～1.2。产品在自由状态的高度为230-240mm;外套高度为82-88mm。本发明采用了锥形结构的金属件以及多层金属隔套，但未采用圆柱形和圆锥形相结合的金属件结构，不能实现小垂向刚度大水平刚度的功能。专利号为 200820053072.2的发明公开了一种城市轻轨一系橡胶金属层叠弹簧，采用装配结构,由轴箱弹簧、上盖板和底座组合连接成一个整体。其中,轴箱弹簧位于上盖板和底座之间。轴箱弹簧与上盖板和底座组合可以是通过过盈配合及螺钉组合起来的。所述的轴箱弹簧为叠层橡胶金属弹簧结构,是由弹性橡胶层与金属隔片组合而成弹性橡胶金属体;可以是由三层橡胶层,两层隔片组合而成,每层橡胶层的倾斜夹角为15～20°。所述的橡胶层采取梯度结构布置,胶层厚度最外层橡胶最厚,最里层橡胶最薄,最外层与中间层和最里层的梯度比为100∶50～80∶30～50。产品在承受垂向载荷时,最外层橡胶变形较大,最里层橡胶变形较小。且最外层橡胶的内表面为外圆弧结构。本发明采用了锥形结构的金属件以及多层金属隔套，但未采用圆柱形和圆锥形相结合的金属件结构，不能实现小垂向刚度大水平刚度的功能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有锥形弹簧的不足，提供一种圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，既能满足车辆蠕变功能，又能实现小垂向刚度大水平刚度的功能。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：所述圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，包括硫化在一起的金属件和橡胶体，所述金属件包括外套、芯轴以及位于外套和芯轴之间的隔套，所述锥形弹簧采用圆柱形和圆锥形相结合的结构，其上部为圆柱形段、下部为圆锥形段。
所述金属件为圆柱形和圆锥形相结合的结构，所述金属件的上部为圆柱形段、下部为圆锥形段；所述锥形弹簧为由金属件和橡胶通过胶黏剂以及高温硫化形成的整体结构。
更进一步，所述金属件的圆锥形段和圆柱形段一体成形，所述金属件为一体化结构。
所述金属件的圆柱形段长度以及圆锥形段锥角的角度，与垂向刚度和水平刚度的大小相配合。所述圆锥形段锥角的角度优选为68°。
所述橡胶体上设有盲孔；所述隔套为二层以上。
所述橡胶体为弹性橡胶层，所述弹性橡胶层共四层，所述隔套为三层，弹性橡胶层与隔套相间排列。
本实用新型针对现有锥形弹簧的不足，提供一种小垂向刚度大水平刚度的锥形弹簧结构，简洁方便，能满足车辆蠕变功能，同时又能实现小垂向刚度大水平刚度的功能。
本实用新型的优点在于：
1、采用结构为圆柱形和圆锥形相结合的外套和芯轴、以外及中间根据刚度需求设计有多层隔套的金属件，与橡胶通过胶黏剂以及高温硫化在一起，形成的复合金属橡胶锥形弹簧。
2、采用的金属件结构为圆柱形和圆锥形相结合，与橡胶体形成整体结构后，圆柱形结构段的金属和橡胶，在承受垂向载荷时，橡胶属于纯剪切状态，可降低垂向刚度，在承受水平方向载荷时，橡胶属于纯压缩状态，可提高水平刚度；圆锥形结构段的金属和橡胶，不管承受垂向载荷还是水平载荷，橡胶都属于剪切和压缩相结合状态，即可支撑垂向载荷，避免垂向方向的蠕变过大，也可提供一定的水平刚度。同时如果要求水平方向上的纵向刚度和横向刚度要求不一样，可在要求刚度小的方向开盲孔，以适当降低刚度值。
3、金属件为圆柱形和圆锥形相结合的结构，其中中间隔套可根据需要设计一层或多层。
4、金属件的圆柱形段长度以及圆锥形段锥角的角度，根据产品刚度性能需要设计。圆柱形长度越长，垂向刚度越小，水平刚度越大；圆锥形段锥角越大，垂向刚度越大，水平刚度越小。
5、当水平方向上的纵向刚度和横向刚度要求不一样，可在要求刚度小的方向开盲孔，盲孔深度要求根据刚度性能要求以三向刚度匹配性要求来设计。
附图说明
图1为现有技术中金属件为圆锥形的锥形弹簧；
图2为本实用新型具体实施例的俯视结构示意图；
图3为沿图2中A-A线的剖面结构示意图。
图中：1、外套；2、橡胶体；3、隔套；4、芯轴。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图2、图3所示，一种圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，包括包括金属件和橡胶体，所述金属件包括外套1、橡胶体2、隔套（三层）3和芯轴4，通过胶黏剂以及高温硫化形成一个整体的金属橡胶减振件；所述锥形弹簧采用圆柱形和圆锥形相结合的结构，其上部为圆柱形段、下部为圆锥形段。所述金属件为圆柱形和圆锥形相结合的结构，所述金属件的上部为圆柱形段、下部为圆锥形段；所述橡胶体上设有盲孔，所述金属件的圆柱形结构段长度根据刚度需求来设计；所述橡胶体上的盲孔长度设计根据刚度匹配性要求来设计。
本实用新型是一种能实现小垂向刚度大水平刚度功能的锥形弹簧，所述金属件包括结构为圆柱形和圆锥形相结合的外套和芯轴，以及中间根据刚度需求设计的多层隔套。金属件与橡胶体通过胶黏剂以及高温硫化结合在一起，形成复合金属橡胶锥形弹簧，实现小垂向刚度大水平刚度的功能。其中，圆柱形结构段的金属和橡胶，在承受垂向载荷时，橡胶属于纯剪切状态，可降低垂向刚度，在承受水平方向载荷时，橡胶属于纯压缩状态，可提高水平刚度；圆锥形结构段的金属和橡胶，不管承受垂向载荷还是水平载荷，橡胶都属于剪切和压缩相结合状态，即可支撑垂向载荷，避免垂向方向的蠕变过大，也可提供一定的水平刚度。同时如果要求水平方向上的纵向刚度和横向刚度要求不一样，可在要求刚度小的方向开盲孔，以适当降低刚度值，同时保持其他两个方向的刚度。
作为本实用新型的进一步改进，所述金属件均为圆柱形和圆锥形相结合的两段式结构，其中中间隔套可根据需要设计一层或多层。
作为本实用新型的进一步改进，所述金属件的圆柱形段长度以及圆锥形段锥角的角度，根据产品刚度性能需要设计。圆柱形长度越长，垂向刚度越小，水平刚度越大；圆锥形段锥角越大，垂向刚度越大，水平刚度越小。
作为本实用新型的进一步改进，当水平方向上的纵向刚度和横向刚度要求不一样，可在要求刚度小的方向开盲孔，盲孔深度要求根据刚度性能要求以三向刚度匹配性要求来设计。
以上所述仅是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，包括硫化在一起的金属件和橡胶体，所述金属件包括外套、芯轴以及位于外套和芯轴之间的隔套，其特征是，所述锥形弹簧采用圆柱形和圆锥形相结合的结构，其上部为圆柱形段、下部为圆锥形段。
2.根据权利要求1所述的圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，其特征是，所述金属件为圆柱形和圆锥形相结合的结构，所述金属件的上部为圆柱形段、下部为圆锥形段；所述锥形弹簧为由金属件和橡胶通过胶黏剂以及高温硫化形成的整体结构。
3.根据权利要求2所述的圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，其特征是，所述金属件的圆锥形段和圆柱形段一体成形，所述金属件为一体化结构。
4.根据权利要求2所述的圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，其特征是，所述金属件的圆柱形段长度以及圆锥形段锥角的角度，与垂向刚度和水平刚度的大小相配合。
5.根据权利要求4所述的圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，其特征是，所述圆锥形段锥角的角度为68°。
6.根据权利要求1所述的圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，其特征是，所述橡胶体上设有盲孔；所述隔套为二层以上。
7.根据权利要求1所述的圆柱式和圆锥式相结合的锥形弹簧，其特征是，所述橡胶体为弹性橡胶层，所述弹性橡胶层共四层，所述隔套为三层，弹性橡胶层与隔套相间排列。
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