CN115217876A - 一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法，它包括金属外套和芯轴，金属外套外部设置有外橡胶层，金属外套内部设置有芯轴，芯轴左右两侧内部均设置有通孔，金属外套与芯轴之间设置有内橡胶体，内橡胶体外侧设置有防鼓出腔体，内橡胶体外部前面设置有刚性环，刚性环左右两侧均设置有拉应变承接环；本发明具有结构简单、降低拉应变、有效避免橡胶鼓出、实现高径向刚度和低偏转刚度的优点。

Description

一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法

技术领域

本发明属于牵引橡胶关节技术领域，具体涉及一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法。

背景技术

牵引橡胶关节用于转向架中心牵引装置，安装在牵引杆两端孔中，起传递牵引力的作用，是转向架重要的弹性原件，牵引橡胶关节由金属芯轴、外套和橡胶弹性体组成，经过硫化形成一个整体，再通过外套直径整体缩小工艺使橡胶得到一定的预压缩，从而提高橡胶关节的使用寿命，目前的牵引橡胶关节在实际使用时，受到的径向最大拉应变较高，导致橡胶鼓出现象十分严重，容易形成应力集中，应变过大，加上应力集中，严重影响牵引橡胶关节的疲劳寿命，另外除了径向承载以外，牵引橡胶关节的偏转刚度也是影响产品可靠性的关键因素；因此，提供一种结构简单、降低拉应变、有效避免橡胶鼓出、实现高径向刚度和低偏转刚度的一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种结构简单、降低拉应变、有效避免橡胶鼓出、实现高径向刚度和低偏转刚度的一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法。

本发明的目的是这样实现的：一种双球面牵引橡胶关节，它包括金属外套和芯轴，所述的金属外套外部设置有外橡胶层，所述的金属外套内部设置有芯轴，所述的芯轴左右两侧内部均设置有通孔，所述的金属外套与芯轴之间设置有内橡胶体，所述的内橡胶体外侧设置有防鼓出腔体，所述的内橡胶体外部前面设置有刚性环，所述的刚性环左右两侧均设置有拉应变承接环。

所述的内橡胶体包括内球面和外球面，所述的内球面与芯轴的外球面段贴合，所述的外球面与金属外套的内球面段贴合。

所述的内球面包括内弧形端面和内连接端面，所述的外球面包括外弧形端面和外连接端面。

所述的内弧形端面的弧度是外弧形端面的弧度的2倍，提高内球面、外球面分别与芯轴、金属外套的贴合度。

所述的内橡胶体两侧均通过相应的侧贴合端面与金属外套内壁连接，所述的侧贴合端面从上到下设置有若干个贴合腔体。

所述的侧贴合端面内侧均设置有扇形结构的预贴近橡胶端面，所述的预贴近橡胶端面包括与侧贴合端面连接的侧直端面以及与内橡胶体连接的第一贴合弧面端、第二贴合弧面端。

所述的金属外套采用锰钢材料制成，所述的芯轴采用碳钢材料制成，所述的外橡胶层、内橡胶体均采用天然橡胶材料制成。

所述的内橡胶体与金属外套、芯轴采用热硫化结合，粘结强度大于等于4MPa。

所述的一种双球面牵引橡胶关节的制作方法，它包括以下步骤：

步骤1：将芯轴中部外侧面、金属外套中部内侧面均加工为球面；

步骤2：将内橡胶体硫化粘结在芯轴和金属外套的双球面之间，经过硫化形成一个整体；

步骤3：再通过金属外套直径整体缩小工艺使内橡胶体得到一定的预压缩，从而实现径向预压缩制作成型；

步骤4：将外橡胶层与金属外套硫化结合，完成橡胶关节的加工制作。

本发明的有益效果：本发明为双球面牵引橡胶关节，在使用中，本发明的外橡胶层对金属外套提供一定的防护能力，本发明的拉应变承接环以及刚性环能够基本消除了橡胶关节在牵引方向上的拉应变，而且刚性环能够在内橡胶体持续径向变形时提供限位保护的作用，提高内橡胶体的径向刚度，另外拉应变承接环、刚性环均为环体结构，在一定程度上也能对内橡胶体提供较小的偏转刚度，同时扭转刚度也较小，能够提高车辆过弯道的能力；防鼓出腔体的设置，能够减少内橡胶体的体积，增大内橡胶体的自由面，有效解决了内橡胶体鼓出的现象，降低了内橡胶体的应力；本发明的橡胶关节将内橡胶体、金属外套、芯轴硫化成一体后，挤压金属外套使其收缩，从而压缩内橡胶体，使得内橡胶体在使用前处于预压缩状态，预压缩的量值大于橡胶关节使用过程中产生的拉伸应力，使得内橡胶体综合应力不产生拉伸应力，提高橡胶关节的使用寿命；本发明具有结构简单、降低拉应变、有效避免橡胶鼓出、实现高径向刚度和低偏转刚度的优点。

附图说明

图1为本发明一种双球面牵引橡胶关节的正视图。

图2为本发明一种双球面牵引橡胶关节的内部结构示意图图一。

图3为本发明图2中A处结构放大示意图。

图4为本发明图2中B处结构放大示意图。

图5为本发明一种双球面牵引橡胶关节的内部结构示意图图二。

图6为本发明图5中C处结构放大示意图。

图中：1、金属外套 2、外橡胶层 3、芯轴 4、通孔 5、内橡胶体 51、内球面 511、内弧形端面 512、内连接端面 52、外球面 521、外弧形端面 522、外连接端面 6、防鼓出腔体7、拉应变承接环 8、刚性环 9、侧贴合端面 91、贴合腔体 10、预贴近橡胶端面 101、侧直端面 102、第一贴合弧面端 103、第二贴合弧面端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-6所示，一种双球面牵引橡胶关节，它包括金属外套1和芯轴3，所述的金属外套1外部设置有外橡胶层2，所述的金属外套1内部设置有芯轴3，所述的芯轴3左右两侧内部均设置有通孔4，所述的金属外套1与芯轴3之间设置有内橡胶体5，所述的内橡胶体5外侧设置有防鼓出腔体6，所述的内橡胶体5外部前面设置有刚性环8，所述的刚性环8左右两侧均设置有拉应变承接环7。

所述的内橡胶体5包括内球面51和外球面52，所述的内球面51与芯轴3的外球面段贴合，所述的外球面52与金属外套1的内球面段贴合。

所述的内球面51包括内弧形端面511和内连接端面512，所述的外球面52包括外弧形端面521和外连接端面522。

所述的内弧形端面511的弧度是外弧形端面521的弧度的2倍，提高内球面51、外球面52分别与芯轴3、金属外套1的贴合度，提高整体的机械性能和可靠性能。

为了更好的效果，所述的金属外套1采用锰钢材料制成，所述的芯轴3采用碳钢材料制成，所述的外橡胶层2、内橡胶体5均采用天然橡胶材料制成。

为了更好的效果，所述的内橡胶体5与金属外套1、芯轴3采用热硫化结合，粘结强度大于等于4MPa。

本发明为双球面牵引橡胶关节，在使用中，本发明的拉应变承接环7以及刚性环8能够基本消除了橡胶关节在牵引方向上的拉应变，而且刚性环8能够在内橡胶体5持续径向变形时提供限位保护的作用，提高内橡胶体5的径向刚度，另外拉应变承接环7、刚性环8均为环体结构，在一定程度上也能对内橡胶体5提供较小的偏转刚度，同时扭转刚度也较小，能够提高车辆过弯道的能力；防鼓出腔体6的设置，能够减少内橡胶体5的体积，增大内橡胶体5的自由面，有效解决了内橡胶体5鼓出的现象，降低了内橡胶体5的应力，大载荷下，随着内橡胶体5的压缩，内橡胶体5的变形由变形型面向金属外套1内壁以及防鼓出腔体6方向鼓出，变形型面的变形顺着橡胶关节的变形规律进行，可有效减少内橡胶体与金属外套1及芯轴3连接处的橡胶鼓出，变形型面在往复变形中，不容易在靠近金属外套1和芯轴3的位置出现皱褶开裂和挤压开裂，可有效提高牵引橡胶关节的抗疲劳性能；本发明的橡胶关节将内橡胶体5、金属外套1、芯轴3硫化成一体后，挤压金属外套1使其收缩，从而压缩内橡胶体5，使得内橡胶体5在使用前处于预压缩状态，预压缩的量值大于橡胶关节使用过程中产生的拉伸应力，使得内橡胶体综合应力不产生拉伸应力，提高橡胶关节的使用寿命；本发明具有结构简单、降低拉应变、有效避免橡胶鼓出、实现高径向刚度和低偏转刚度的优点。

实施例2

如图1-6所示，一种双球面牵引橡胶关节，它包括金属外套1和芯轴3，所述的金属外套1外部设置有外橡胶层2，所述的金属外套1内部设置有芯轴3，所述的芯轴3左右两侧内部均设置有通孔4，所述的金属外套1与芯轴3之间设置有内橡胶体5，所述的内橡胶体5外侧设置有防鼓出腔体6，所述的内橡胶体5外部前面设置有刚性环8，所述的刚性环8左右两侧均设置有拉应变承接环7。

所述的内橡胶体5包括内球面51和外球面52，所述的内球面51与芯轴3的外球面段贴合，所述的外球面52与金属外套1的内球面段贴合。

所述的内球面51包括内弧形端面511和内连接端面512，所述的外球面52包括外弧形端面521和外连接端面522。

所述的内弧形端面511的弧度是外弧形端面521的弧度的2倍，提高内球面51、外球面52分别与芯轴3、金属外套1的贴合度。

所述的内橡胶体5两侧均通过相应的侧贴合端面9与金属外套1内壁连接，所述的侧贴合端面9从上到下设置有若干个贴合腔体91。

所述的侧贴合端面9内侧均设置有扇形结构的预贴近橡胶端面10，所述的预贴近橡胶端面10包括与侧贴合端面9连接的侧直端面101以及与内橡胶体5连接的第一贴合弧面端102、第二贴合弧面端103。

为了更好的效果，所述的金属外套1采用锰钢材料制成，所述的芯轴3采用碳钢材料制成，所述的外橡胶层2、内橡胶体5均采用天然橡胶材料制成。

为了更好的效果，所述的内橡胶体5与金属外套1、芯轴3采用热硫化结合，粘结强度大于等于4MPa。

所述的一种双球面牵引橡胶关节的制作方法，它包括以下步骤：

步骤1：将芯轴3中部外侧面、金属外套1中部内侧面均加工为球面；

步骤2：将内橡胶体5硫化粘结在芯轴3和金属外套1的双球面之间，经过硫化形成一个整体；

步骤3：再通过金属外套1直径整体缩小工艺使内橡胶体5得到一定的预压缩，从而实现径向预压缩制作成型；

步骤4：将外橡胶层2与金属外套1硫化结合，完成橡胶关节的加工制作。

本发明为双球面牵引橡胶关节，在使用中，本发明的拉应变承接环7以及刚性环8能够基本消除了橡胶关节在牵引方向上的拉应变，而且刚性环能够在内橡胶体5持续径向变形时提供限位保护的作用，提高内橡胶体5的径向刚度，另外拉应变承接环7、刚性环8均为环体结构，在一定程度上也能对内橡胶体5提供较小的偏转刚度，同时扭转刚度也较小，能够提高车辆过弯道的能力；防鼓出腔体6的设置，能够减少内橡胶体5的体积，增大内橡胶体5的自由面，有效解决了内橡胶体5鼓出的现象，降低了内橡胶体5的应力；本发明的橡胶关节将内橡胶体5、金属外套1、芯轴3硫化成一体后，挤压金属外套1使其收缩，从而压缩内橡胶体5，使得内橡胶体5在使用前处于预压缩状态，预压缩的量值大于橡胶关节使用过程中产生的拉伸应力，使得内橡胶体5综合应力不产生拉伸应力，提高橡胶关节5的使用寿命；本发明的内橡胶体5两侧均通过相应的侧贴合端面9与金属外套1内壁连接，侧贴合端面9内侧均设置有扇形结构的预贴近橡胶端面10，扇形结构的预贴近橡胶端面10具有体积小、相比于弧形或半圆形更方便预压缩工作的优点，预贴近橡胶端面10包括与侧贴合端面9连接的侧直端面101以及与内橡胶体5连接的第一贴合弧面端102、第二贴合弧面端103，内橡胶体5在预压缩后，侧面橡胶向金属外套1的侧贴合端面9平行贴近，金属外套1与内橡胶体5之间的间隙逐减缩小；在径向受载的情况下，侧面处橡胶继续向金属外套1的贴合腔体91平行贴近并逐减贴紧，间隙逐减消除，内橡胶体5与金属外套1的接触面积逐渐增加，从而实现变刚度，增加了内橡胶体5的自由面积，在预压缩与径向受载的情况下，端面处的橡胶的变形方式是平行贴近和平行贴紧，有效避免了内橡胶体的弯折变形，从而消除型面弯折对增加预压缩量的限制；本发明具有结构简单、降低拉应变、有效避免橡胶鼓出、实现高径向刚度和低偏转刚度的优点。

Claims (9)

1.一种双球面牵引橡胶关节，它包括金属外套和芯轴，其特征在于：所述的金属外套外部设置有外橡胶层，所述的金属外套内部设置有芯轴，所述的芯轴左右两侧内部均设置有通孔，所述的金属外套与芯轴之间设置有内橡胶体，所述的内橡胶体外侧设置有防鼓出腔体，所述的内橡胶体外部前面设置有刚性环，所述的刚性环左右两侧均设置有拉应变承接环。

2.如权利要求1所述的一种双球面牵引橡胶关节，其特征在于：所述的内橡胶体包括内球面和外球面，所述的内球面与芯轴的外球面段贴合，所述的外球面与金属外套的内球面段贴合。

3.如权利要求2所述的一种双球面牵引橡胶关节，其特征在于：所述的内球面包括内弧形端面和内连接端面，所述的外球面包括外弧形端面和外连接端面。

4.如权利要求3所述的一种双球面牵引橡胶关节，其特征在于：所述的内弧形端面的弧度是外弧形端面的弧度的2倍，提高内球面、外球面分别与芯轴、金属外套的贴合度。

5.如权利要求1所述的一种双球面牵引橡胶关节，其特征在于：所述的内橡胶体两侧均通过相应的侧贴合端面与金属外套内壁连接，所述的侧贴合端面从上到下设置有若干个贴合腔体。

6.如权利要求5所述的一种双球面牵引橡胶关节，其特征在于：所述的侧贴合端面内侧均设置有扇形结构的预贴近橡胶端面，所述的预贴近橡胶端面包括与侧贴合端面连接的侧直端面以及与内橡胶体连接的第一贴合弧面端、第二贴合弧面端。

7.如权利要求1所述的一种双球面牵引橡胶关节，其特征在于：所述的金属外套采用锰钢材料制成，所述的芯轴采用碳钢材料制成，所述的外橡胶层、内橡胶体均采用天然橡胶材料制成。

8.如权利要求7所述的一种双球面牵引橡胶关节，其特征在于：所述的内橡胶体与金属外套、芯轴采用热硫化结合，粘结强度大于等于4MPa。

9.如权利要求1-8任一项权利要求所述的一种双球面牵引橡胶关节的制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1：将芯轴中部外侧面、金属外套中部内侧面均加工为球面；

步骤2：将内橡胶体硫化粘结在芯轴和金属外套的双球面之间，经过硫化形成一个整体；

步骤3：再通过金属外套直径整体缩小工艺使内橡胶体得到一定的预压缩，从而实现径向预压缩制作成型；

步骤4：将外橡胶层与金属外套硫化结合，完成橡胶关节的加工制作。

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