CN2485194Y

CN2485194Y - 车辆转向架轴箱转臂悬挂用无摩损复合节点套

Info

Publication number: CN2485194Y
Application number: CN 01213318
Authority: CN
Inventors: 张亚新
Original assignee: Zhuzhou Shidai Rubber And Plastics Co ltd
Current assignee: Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-04-10
Anticipated expiration: 2011-01-18

Abstract

一种实用于各种机车车辆,特别是高速运行车辆转向架轴箱中,连接轴箱与构架,传递构架与轴箱之间的牵引力、横向力,承受轴箱悬挂所需的部分悬挂力,以及机车在运行中扭弯力矩的综合作用的轴箱节点套,其静态性能的轴向与径向刚度比为1∶2.5～3.2,且外金属套与弹性橡胶体部分采用多瓣式弹性结构,芯轴和外金属套与橡胶件的接触面为球面接触,同时,为保证所需的压装力,其产品的金属外套与安装孔为小过盈配合安装。

Description

车辆转向架轴箱转臂悬挂用无摩损复合节点套

本实用新型属于一种高速列车部件连接构件，可用于各种机车或列车，特别适用于高速运行的机车或列车。

轴箱节点套作为一种受力构件，主要用于高速列车转向架轴箱中，连接轴箱与构架，传递构架与轴箱之间的牵引力、横向力，同时始终随轴箱悬挂所需的部分悬挂力，以及机车在运行中扭弯力矩的综合作用，然而，轴箱节点套在实际使用中未能达到设计寿命要求，使用中多次出现脱胶、铁件错位及使用过后产品橡胶层厚度不均等现象，严重影响产品使用寿命，之所以这样，主要是因为产品的结构设计不尽合理，因此极有待加以改进。

本实用新型的目的在于针对现有的轴箱节点套的不足，提出一种新型结构的轴箱节点套，使其具有受力性好，又不易出现脱胶和铁件错位的现象。

根据本实用新型的目的所提出的新轴箱节点套是由下述技术方案得以实现的：产品静态性能的轴向与径向刚度比为1∶2.5～3.2，且外金属套与弹性橡胶体部分采用多瓣式弹性结构，芯轴和外金属套与橡胶件的接触面为球面接触，同时，为保证所需的压装力，其产品的金属外套与安装孔为小过盈配合安装。

本实用新型之所以采取上述结构，是从多方面综合分析所得出的结果，我们使用ANSYS软件对新、旧产品结构进行了理论分析，以比较新旧二种结构在不同载荷下的应力、应变分布及刚度匹配情况，从理论上分析得出新产品能够有效地满足客户所要求的使用寿命和动力学性能，为此，我们将提出的新设计结构与产品原设计结构分别进行详尽的计算分析，以比较其性能特点。

橡胶是各向同性的超弹性材料，这种超弹性材料存在一个应变张量的弹性势能函数，其标量函数对应变分量的导数即是相应的应力分量：

[S] = \frac{&PartialD; W}{&PartialD; [E]} = 2 \frac{&PartialD; W}{&PartialD; [C_{IJ}]}

Mooney-Rivlin理论指出：如果一完全弹性材料的弹性贮能应变的各变数的依赖关系已确定的话，则其力学性质已确定，因此，描述任一高弹性材料的弹性问题便可以简化为确定其贮能函数的问题。其贮能函数的数学表达式为：

W = Σ_{K + ι = 1}^{N} a_{Kι} {(I_{1} - 3)}^{k} {(I_{2} - 3)}^{ι} + \frac{1}{2 X} {(I_{3} - 1)}^{2}

在ANSYS中，Mooney-Rivlin是适用不可压缩的橡胶材料的材料选项，使用2个、5个、9个常数来描述其特性，为了获取所需的Mooney-Rivlin常数，必须输入反映橡胶变形的静态应力、应变数据，而获取这些原始数据的实验为橡胶基本应力、应变实验(单/双拉、单/双压、单/双剪)；同时，由于新结构为外套三瓣式结构，周向压缩过程中会有较大的接触发生，且压缩后是复杂的预应力下的求解，因此，使用ANSYS求解时，选用HYPER58、SOLD45及接触对181单元，以时间历程方式进行模拟。

模拟弹性元件轴箱节点套刚度(轴向、径向)试验方法，正确施加模型的边界条件，求解即可得出产品的受力分析。根据经典刚度计算公式K＝P/δ，已知外加载荷及此载荷方向的位移，即可求出橡胶件的刚度值(轴向刚度、径向刚度)。

根据我们的有限元分析结果，原结构虽然基本能满足产品刚度方面的要求，但是，从产品的橡胶部分的应力分布图上来看，产品在承受轴向和径向载荷时，橡胶部分呈现较强的拉应力状态，且橡胶件上出现了几处较为明显的应力集中，特别是在外套上的缺口处，由于此缺口的存在，此处橡胶部分的应力集中极为明显，而橡胶弹簧的损坏，主要是由于在应力集中处产生裂纹以及橡胶和金属粘合处发生剥离而引起的，过大的应力集中导致产品的寿命显著缩短，所以原产品在结构上有不合理的地方。

而本实用新型，采用了分瓣技术，改轴向预压为周向预压，这种结构在满足刚度要求的基础上，也有效的减弱了应力的集中程度。从产品的应力分布图来看，不论是承受轴向载荷，还是承受径向载荷，橡胶应力分布情况都要优于原产品结构，而且应力集中处的最大应力也明显比现有产品要小，与现有产品比较的话，本实用新型产品的使用寿命会大大提高。

此外，在橡胶件的动态工况下，当动态应变通过零位时，橡胶件的抗疲劳性能最差，因此，为提高橡胶件的抗疲劳寿命，应避免最小应变为零的情况，而本实用新型的轴箱节点橡胶套由于采用插入技术，橡胶件承受了一定的预压力，避免了最小应变为零，这会进一步提高产品的使用寿命。

同时，本实用新型所设计的产品铁件与橡胶粘结的部分为光滑曲线连接，较之原结构使橡胶层厚度趋近均匀，减少了橡胶受力时存在的应力集中，同时球面型设计更有利于产品作为弹性活节承受径向、横向及偏扭转载荷的综合作用，从而有效地延长了产品的使用寿命。

下面将结合附图对本实用新型作进一步的描述：

图1为本实用新型的结构示意主视图；

图2为本实用新型的结构示意左视图；

图中：1为芯轴，2为外金属套，3为弹性橡胶，4为芯包，5为压缩槽。

从附图中可以看出，本实用新型是由芯轴1、弹性橡胶体3和外金属套2三部分组成，其特征在于芯轴1的芯包4为球体状，弹性橡胶体3与芯轴1和外金属套2均为球面接触，弹性橡胶体3通过硫化粘接于芯轴1和外金属套2上。其整体的静态性能为轴向与经向刚度比为1∶2.5～3.2，且外金属套2为等分的分瓣式结构，可以是三瓣式结构或多瓣式结构，在瓣与瓣之间有一轴向的压缩槽5，并且，为保证所需的压装力，金属外套3与安装孔6为小过盈配合安装。

Claims

1、一种实用于各种机车车辆，特别是高速运行车辆转向架轴箱中，连接轴箱与构架，传递构架与轴箱之间的牵引力、横向力，承受轴箱悬挂所需的部分悬挂力，以及机车在运行中扭弯力矩的综合作用的轴箱节点套，由芯轴(1)、弹性橡胶体(3)和外金属套(2)三部分组成，其特征在于芯轴(1)的芯包(4)为球体状，弹性橡胶体(3)与芯轴(1)和外金属套(2)均为球面接触，且外金属套(2)为等分的分瓣式结构，在瓣与瓣之间有一轴向的压缩槽(5)。

2、如权利要求1所述的轴箱节点套，其特征在于整体的静态性能为轴向与径向刚度比为1∶2.5～3.2。

3、如权利要求1所述的轴箱节点套，其特征在于外金属套(2)为等分的三瓣式结构。

4、如权利要求1所述的轴箱节点套，其特征在于外金属套(2)为等分的多瓣式结构。

5、如权利要求1所述的轴箱节点套，其特征在于金属外套(2)与安装孔为小过盈配合安装。

6、如权利要求1所述的轴箱节点套，其特征在于弹性橡胶体(3)通过硫化粘接于芯轴(1)和外金属套(2)上。