CN110360257B - 一种端部组成橡胶关节及刚度调节方法 - Google Patents

一种端部组成橡胶关节及刚度调节方法 Download PDF

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Abstract

一种端部组成橡胶关节，包括圆台形的底座内孔和底座外壳以及外套内孔和外套外壳，橡胶层填充于所述间隙内并与所述外套内孔和底座外壳硫化形成硫化层。一种端部组成橡胶关节刚度调节方法，通过调节所述底座内孔和外套内孔圆台母线角度，调节端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度，通过在所述的外套内孔表面及底座外壳表面上设置齿状凸起，减小橡胶层的厚度，增加端部组成橡胶关节的扭转刚度或轴向刚度。本发明涉及的端部组成橡胶关节具有较高的轴向和径向刚度，并且所述刚度能够调节，适应性好。

Description

一种端部组成橡胶关节及刚度调节方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆橡胶关节技术领域，特别涉及一种端部组成橡胶关节及刚度调节方法；该种端部组成橡胶关节及刚度调节方法可以解决传统的带芯轴的扭转刚度及径向、轴向的刚度因无法调节的不足；属于橡胶关节刚度调节技术领域。
背景技术
端部组成橡胶关节悬挂于地铁转向架的前端，两产品中间通过一根轴安装至转向架侧梁，中间轴则需要悬挂信号传递装置，因此对于端部组成橡胶关节的扭转刚度及径向、轴向的刚度要求很大。传统的带芯轴的橡胶关节两端采用安装孔固定，无法满足实际安装应用需要，且其扭转刚度及径向、轴向的刚度因无法调节导致无法满足应用需求。
通过专利检索，没有发现和本发明相同的专利公开报道。相同技术领域下相似的专利文献有以下几个。
1、专利号“CN201510093322”，名称为“啮合橡胶关节其及制作方法”的发明专利，公开了一种啮合橡胶关节,包括芯轴、弹性橡胶体和金属外套，芯轴、弹性橡胶体和外套整体硫化在一起，其特征在于所述的芯轴轴壁上设有沿所述的芯轴周向分布且形状大小均相同的上凸起和下凸起，所述的上凸起和下凸起关于所述的芯轴的中轴线上下对称设置，所述的上凸起和下凸起均沿所述的芯轴轴向均匀间隔分布，所述的上凸起沿所述的芯轴径向的宽度小于或等于所述的芯轴中部的直径，所述的金属外套的内壁上具有与所述的上凸起啮合的内上凸起和与所述的下凸起啮合的内下凸起。本发明的啮合橡胶关节，其径向和轴向的刚度比小于5：1且径向和轴向的刚度调整范围大，整个橡胶关节具有两个不同的偏转刚度，使用寿命更长。该专利中公开的啮合橡胶关节包括芯轴、弹性橡胶体和金属外套，且所述的芯轴轴壁上设有沿所述的芯轴周向分布且形状大小均相同的上凸起和下凸起，通过啮合的上凸起和下凸起增加橡胶关节的轴向和径向刚度，但因其圆柱形的设计和上凸起和下凸起分布方向单一，导致橡胶关节的轴向、径向及扭转刚度均无法满足应用需求。
2、专利号“CN201610304012”，名称为“适用于双T型构架的橡胶铰接关节装置”的发明专利，公开了一种适用于双T型构架的橡胶铰接关节装置，对角设置在双T型构架的横梁和侧梁连接处，包括铰接轴、橡胶关节和安装座，所述的橡胶关节包括内铁件、橡胶层和外铁件，外铁件套设在内铁件上，二者之间设有橡胶层，安装座套设在外铁件的外侧，所述的内铁件套设在铰接轴的外侧，所述的橡胶层的轴向断面为开口相对的双U型结构，安装座两端分别设有用于固定橡胶关节的内端盖和外端盖。该专利公开的技术方案使橡胶铰接关节具备了较大的横向刚度，但其余方向的刚度无法满足轴端安装的需求并且刚度无法调节，适应性较差。
3、专利号“CN201210145647”，名称为“一种带液体阻尼橡胶关节动刚度调节方法及橡胶关节”的发明专利，公开了一种带液体阻尼橡胶关节动刚度调节方法及橡胶关节，包括金属外套、橡胶关节、节流通道调节装置等部分，具体结构为橡胶关节外表面设置适当的孔，经在其外表面压装金属外套后形成封闭的空腔，空腔设置于橡胶关节芯轴与外套相对运动方向上，对称分布于橡胶关节轴线的两侧，两个空腔之间通过节流通道相连，这样在橡胶关节的芯轴与外套做相对运动时，芯轴两侧的空腔一侧体积减小，另一侧体积增加，促使体积减小的一侧的液态阻尼介质通过小孔流向体积增大的一侧，液态阻尼介质通过节流通道时由于阻尼作用，产生阻尼力。节流通道可通过调节装置改变其大小，以达到调节阻尼力，得到所需的动刚度。该专利公开的技术方案通过采用节流通道调节装置来调节橡胶关节的刚度大小，能够实现各向刚度可调，但其结构上无法适应轴端安装，仅能通过芯轴安装孔固定安装。
因此综上所述：提出一种应用于轴端安装的具有较强的扭转刚度及径向、轴向的刚度端部组成橡胶关节及刚度调节方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的发明目的在于针对传统的带芯轴的橡胶关节两端采用安装孔固定，其扭转刚度及径向、轴向的刚度因无法调节的不足，提出一种新的带芯轴的橡胶关节，该种带芯轴的橡胶关节可以有效进行橡胶关节的扭转刚度及径向、轴向的刚度的调整，满足实际运用的需要。
本发明还涉及一种带芯轴的橡胶关节的扭转刚度及径向、轴向的刚度的调整的方法。
本发明的技术实施方案是：一种端部组成橡胶关节，包括底座、橡胶层、外套，其特征在于：所述底座包括底座内孔和底座外壳，所述外套包括外套内孔和外套外壳；
所述底座内孔和外套内孔为圆台形，所述底座外壳嵌套于所述外套内孔的圆台形空间内并留有间隙，所述橡胶层填充于所述间隙内并与所述外套内孔和底座外壳硫化形成硫化层。
进一步地，所述外套内孔表面上包括齿状凸起一，所述底座外壳表面上包括齿状凸起二。
进一步地，所述齿状凸起一和齿状凸起二方向平行且呈啮合状态。
进一步地，所述齿状凸起一沿外套内孔的圆台母线分布。
进一步地，所述齿状凸起一沿外套内孔的圆台周向分布。
进一步地，底座的底面及外套的顶面均包括螺栓固定座，并开设有螺栓孔。
本发明还涉及一种端部组成橡胶关节刚度调节方法，通过调节所述底座内孔和外套内孔圆台母线角度，调节端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度。
进一步地，所述调节所述底座内孔和外套内孔圆台母线角度是通过增大圆台母线角度，使得所述底座内孔和外套内孔的圆台空间支撑力度减小，从而减小端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度；通过减小圆台母线角度，使得所述底座内孔和外套内孔的圆台空间支撑力度增加，从而增加端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度。
进一步地，通过在所述的外套内孔表面及底座外壳表面上设置齿状凸起，减小橡胶层的厚度，增加端部组成橡胶关节的扭转刚度或轴向刚度。
进一步地，将所述齿状凸起沿所述圆台母线分布并将所述齿状凸起设置啮合状，使得端部组成橡胶关节扭转受力时，将扭转剪切应力转变为扭转压缩应力，从而提高端部组成橡胶关节的扭转刚度；
通过将所述齿状凸起沿所述圆台周向分布并将所述齿状凸起设置啮合状，使得端部组成橡胶关节轴向受力时，将轴向剪切应力转变为压缩应力，从而提高端部组成橡胶关节的轴向刚度；
通过增加或减小所述齿状凸起的数量和高度，可进一步增加或减小端部组成橡胶关节的扭转刚度或轴向刚度的增加幅度。
本发明具有以下优点：
1、本发明涉及的端部组成橡胶关节，通过将外套及底座的圆台形设计，增加了外套和底座的支撑强度，使得端部组成橡胶关节的轴向和径向刚度得以提高，通过调节外套和底座的圆台母线角度，可实现轴向和径向刚度可调；
2、在外套内孔表面和底座外套表面设置齿状凸起，通过改变齿状凸起的方向、高度、数量，可调节端部组成橡胶关节的轴向、径向及扭转刚度。
综上所述，本发明涉及的端部组成关节及刚度调节方法，能适应轴端安装，并且有较强的轴向、径向及扭转刚度，且各向的刚度均可调节，适应范围广。
附图说明
图1是本发明端部组成橡胶关节的立体结构示意图；
图2 是本发明一个实施例的端部组成橡胶关节的端面视图；
图3 是图2的A-A剖面视图；
图4是本发明端部组成橡胶关节的端面视图；
图5是图4的C-C剖面视图；
图6 是底座的端面视图；
图7是图6的A-A剖面视图；
图8是外套的端面视图；
图9是图8的B-B剖面视图；
图10是图8的C-C剖面视图。
附图标记说明：
1：底座； 2：橡胶层；
3：外套； 4：底座内孔；
5：底座外壳； 6：外套内孔；
7：外套外壳： 8：齿状凸起一；
9：齿状凸起二： 10：螺栓固定座；
11：螺栓孔； 12：圆柱一；
13：圆台一； 14：圆台二；
15：圆弧倒角一； 16：圆柱二；
17：圆弧倒角二； 18：圆柱三；
19：圆台三； 20：圆柱四；
21：圆台四； 22：圆柱五；
23：圆弧倒角三； 24：圆台五；
25：圆柱六； 27：圆台六；
28：圆弧倒角四。
具体实施方式
为了本领域普通技术人员能充分实施本发明内容，下面结合附图以及具体实施例来进一步阐述本发明内容。
实施例一
如图1和图3所示，一种端部组成橡胶关节，包括底座（3）、橡胶层（2）、外套（1），所述底座（3）包括底座内孔（4）和底座外壳（5），所述外套（1）包括外套内孔（6）和外套外壳（7）；
所述底座内孔（4）和底座外壳（5）以及外套内孔（6）和外套外壳（7）均为圆台形，所述底座外壳（5）嵌套于所述外套内孔（6）的圆台形空间内并留有间隙，所述橡胶层（2）填充于所述间隙内并与所述外套内孔（6）和底座外壳（5）硫化形成硫化层。
如图7所示，在本实施例中，底座外壳（5）的剖面从顶部到底部依次由圆柱一12、圆台一13、圆台二14、圆柱二16以及圆柱三18呈阶梯状拼接而成，其中圆台二14和圆柱二16之间包括圆弧倒角一15，圆柱二16以及圆柱三18包括圆弧倒角二17；底座内孔4从顶部至底部依次由圆台三19、圆柱四20和圆台四21拼接而成，圆台三19顶部和圆柱一12顶部平齐，圆台四21和圆柱三18底部平齐。底座外壳（5）和底座内孔4采用多圆台及圆柱的拼接结构，可进一步提高底座1的支撑稳定性。
如图9所示，外套外壳7的剖面从顶部到底部依次由圆柱五22、圆台五24及圆柱六25拼接而成，圆柱五22、圆台五24之间包括圆弧倒角三23；外套内孔6从顶部至底部依次由圆柱六26以及圆台六27拼接而成，圆台六27的底面包括圆弧倒角四28。圆台六27的底面和圆柱六25的地面平齐，圆柱五22的顶面和圆柱六26的顶面平齐。外套外壳7和外套内孔6采用多圆台及圆柱的拼接结构，可进一步提高外套3的支撑稳定性。
如图3及图5所示，所述外套内孔（6）表面上包括齿状凸起一（8），所述底座外壳（5）表面上包括齿状凸起二（9）。所述齿状凸起一（8）和齿状凸起二（9）方向平行且呈啮合状态。所述齿状凸起一（8）沿外套内孔（6）的圆台母线分布。所述齿状凸起一（8）沿外套内孔（6）的圆台周向分布。
如图9所示，在本实施例中，齿状凸起一（8）沿圆台六27的母线平行分布；如图齿状凸起二（9）沿圆台二14的母线平行分布，齿状凸起一（8）和齿状凸起二（9）呈啮合状态，使得端部组成橡胶关节的底座1和外套3扭转受力时，将扭转剪切应力转变为扭转压缩应力，从而提高端部组成橡胶关节的扭转刚度。
同理的，齿状凸起一（8）和齿状凸起二（9）分别可沿圆台六27和圆台二14的周向分布，使得端部组成橡胶关节的底座1和外套3轴向和径向受力时，将剪切应力转变为扭转压缩应力，从而提高端部组成橡胶关节的轴向和径向刚度，同理的，齿状凸起一（8）和齿状凸起二（9）可呈正交状态，在此状态下，可提高端部组成橡胶关节的扭转刚度、轴向和径向刚度。
如图7和图9所示，优选地，齿状凸起一（8）和齿状凸起二9的侧视剖面为圆台形，如图6和8所示，齿状凸起一（8）的俯视剖面为扇面结构，如此可获得较大的啮合接触面积。同理的，齿状凸起一（8）和齿状凸起二9 侧视剖面和可为锥面状、俯视剖面可为扇面状等其他结构的齿状凸起结构。
如图2、图4及图10所示，底座（3）的底面及外套（1）的顶面均包括螺栓固定座（10），并开设有螺栓孔（11）。所述螺栓固定座（10）沿底座（3）的底面及外套（1）的顶面的周向均匀分布。螺栓固定座（10）和螺栓孔（11）用于端部组成橡胶关节和连接轴的固定安装。
本实施例还涉及一种端部组成橡胶关节刚度调节方法，通过调节所述底座内孔（4）和外套内孔（6）圆台母线角度，调节端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度。如图7和图9所示，在本实施例中，调节圆台二14和圆台三19的母线角度，可调节底座1的支撑稳定性，从而调节底座1的 轴向和径向刚度。调节圆台二14和圆台三19的母线角度增大时，轴向和径向刚度减小，反之轴向和径向刚度增加，圆台二14和圆台三19的母线角度在40度到50度之间变化调节，可调节轴向和径向刚度的同时，保证端部组成橡胶关节的基本外形结构。
同理的，调节圆台五24和圆台六27的母线角度，可调节外套3的轴向和径向刚度。圆台五24和圆台六27的母线角度在40度到50度之间变化调节，可调节轴向和径向刚度的同时，保证端部组成橡胶关节的基本外形结构。
如图7和图10所示，通过在所述的外套内孔（6）表面及底座外壳（5）表面上设置齿状凸起，减小橡胶层（2）的厚度，增加端部组成橡胶关节的扭转刚度或轴向刚度。将所述齿状凸起沿所述圆台母线分布并将所述齿状凸起设置啮合状，使得端部组成橡胶关节扭转受力时，将扭转剪切应力转变为扭转压缩应力，从而提高端部组成橡胶关节的扭转刚度；通过增加或减小所述齿状凸起的数量和高度，可进一步增加或减小端部组成橡胶关节的扭转刚度或轴向刚度的增加幅度。
显然，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
本发明具有以下优点：
1、本发明涉及的端部组成橡胶关节，通过将外套及底座的圆台形设计，增加了外套和底座的支撑强度，使得端部组成橡胶关节的轴向和径向刚度得以提高，通过调节外套和底座的圆台母线角度，可实现轴向和径向刚度可调；
2、在外套内孔表面和底座外套表面设置齿状凸起，通过改变齿状凸起的方向、高度、数量，可调节端部组成橡胶关节的轴向、径向及扭转刚度。
综上所述，本发明还涉及的端部组成关节及刚度调节方法，该种关节及刚度调节方法能适应轴端安装，并且有较强的轴向、径向及扭转刚度，且各向的刚度均可调节，适应范围广。

Claims (7)

1.一种端部组成橡胶关节，包括底座（3）、橡胶层（2）、外套（1），其特征在于：所述底座（3）包括底座内孔（4）和底座外壳（5），所述外套（1）包括外套内孔（6）和外套外壳（7）；
所述底座内孔（4）和底座外壳（5）以及外套内孔（6）和外套外壳（7）均为圆台形，所述底座外壳（5）嵌套于所述外套内孔（6）的圆台形空间内并留有间隙，所述橡胶层（2）填充于所述间隙内并与所述外套内孔（6）和底座外壳（5）硫化形成硫化层；
所述外套内孔（6）表面上包括齿状凸起一（8），所述底座外壳（5）表面上包括齿状凸起二（9）；所述齿状凸起一（8）和齿状凸起二（9）方向平行且呈啮合状态；所述齿状凸起一（8）沿外套内孔（6）的圆台母线分布。
2.如权利要求1所述的端部组成橡胶关节，其特征在于：所述齿状凸起一（8）沿外套内孔（6）的圆台周向分布。
3.如权利要求1-2任意一项所述的端部组成橡胶关节，其特征在于：底座（3）的底面及外套（1）的顶面均包括螺栓固定座（10），并开设有螺栓孔（11）。
4.一种端部组成橡胶关节刚度调节方法，其特征在于：端部组成橡胶关节包括底座（3）、橡胶层（2）、外套（1），所述底座（3）包括底座内孔（4）和底座外壳（5），所述外套（1）包括外套内孔（6）和外套外壳（7）；
所述底座内孔（4）和底座外壳（5）以及外套内孔（6）和外套外壳（7）均为圆台形，所述底座外壳（5）嵌套于所述外套内孔（6）的圆台形空间内并留有间隙，所述橡胶层（2）填充于所述间隙内并与所述外套内孔（6）和底座外壳（5）硫化形成硫化层；
将通过调节底座内孔（4）和外套内孔（6）圆台母线角度，调节端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度。
5.如权利要求4所述的端部组成橡胶关节刚度调节方法，其特征在于：所述调节所述底座内孔（4）和外套内孔（6）圆台母线角度是通过增大圆台母线角度，使得所述底座内孔（4）和外套内孔（6）的圆台空间支撑力度减小，从而减小端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度；通过减小圆台母线角度，使得所述底座内孔（4）和外套内孔（6）的圆台空间支撑力度增加，从而增加端部组成橡胶关节的径向和轴向刚度。
6.如权利要求5所述的端部组成橡胶关节刚度调节方法，其特征在于：通过在所述的外套内孔（6）表面及底座外壳（5）表面上设置齿状凸起，减小橡胶层（2）的厚度，增加端部组成橡胶关节的扭转刚度或轴向刚度。
7.如权利要求6所述的端部组成橡胶关节刚度调节方法，其特征在于：将所述齿状凸起沿所述圆台母线分布并将所述齿状凸起设置啮合状，使得端部组成橡胶关节扭转受力时，将扭转剪切应力转变为扭转压缩应力，从而提高端部组成橡胶关节的扭转刚度；
通过将所述齿状凸起沿所述圆台周向分布并将所述齿状凸起设置啮合状，使得端部组成橡胶关节轴向受力时，将轴向剪切应力转变为压缩应力，从而提高端部组成橡胶关节的轴向刚度；
通过增加或减小所述齿状凸起的数量和高度，可进一步增加或减小端部组成橡胶关节的扭转刚度或轴向刚度的增加幅度。
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