RU2491197C2

RU2491197C2 - Сжимаемая эластомерная пружина (варианты)

Info

Publication number: RU2491197C2
Application number: RU2009144287/11A
Authority: RU
Inventors: Рональд СПРЭЙНИС; Майкл Э. РИНГ; Брэдли АНДЕРСОН; Джонатон МАРЛОУ
Original assignee: Уобтек Холдинг Корп.
Priority date: 2007-05-01
Filing date: 2008-05-01
Publication date: 2013-08-27
Also published as: RU2009144281A; UA101615C2; US20080272079A1; US20080272081A1; CA2684381A1; CA2684372C; AU2008246059A1; CN101801758A; UA100690C2; US20080283720A1; RU2009144273A; KR101483808B1; ZA200906746B; EP2150450A1; WO2008134080A1; RU2490527C2; UA98490C2; AU2008246058A8; RU2009144261A; CA2682476A1

Abstract

Группа изобретений относится к машиностроению. Пружина содержит множество эластомерных прокладок и размещенных между ними разделительных пластинчатых элементов, расположенных соосно и последовательно друг за другом и формирующих многоярусный пакет. Каждая эластомерная прокладка имеет боковую поверхность и пару концевых поверхностей, расположенных по нормали к центральной оси. Разделительный пластинчатый элемент имеет первую и вторую плоские поверхности и осевое отверстие. В сжимаемой пружине по первому варианту с каждой стороны разделительного пластинчатого элемента вблизи края осевого отверстия выполнено множество зубцов. Зубцы имеют трапецеидальную форму и проходят наружу под углом относительно плоской поверхности в материал соответствующей эластомерной прокладки. В сжимаемой пружине по второму варианту вблизи периферийного края осевого отверстия расположено средство для крепления разделительного пластинчатого элемента к эластомерной прокладке. Достигается возможность поглощения энергии удара без использования металлического стержня или корпуса в качестве направляющей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение, в общем, относится к сжимаемым эластомерным пружинам, предназначенным для поглощения и рассеивания энергии; в частности, это изобретение относится к эластомерным сжимаемым пружинам для поглощения и рассеивания энергии во время эксплуатации пассажирского или товарного железнодорожного вагона; и, точнее, настоящее изобретение относится к эластомерной сжимаемой пружине, имеющей новую компоновку для центрирования и крепления эластомерных прокладок и пластинчатых элементов, расположенных в осевом направлении последовательно друг за другом.

Как, в общем, хорошо известно, сжимаемые эластомерные пружины применяют в различных случаях для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к сжимаемой пружине. Прилагаемую динамическую ударную нагрузку создают удар и/или вибрация, являющиеся следствием определенного использования пружины.

В последнее время сжимаемые эластомерные пружины получили широкое применение в пассажирских и товарных железнодорожных вагонах. Точнее, сжимаемые эластомерные пружины конструируют для использования в качестве единой части бокового несущего узла с целью ограничения «рыскания» или «качательных» движений железнодорожного вагона вокруг продольной оси. В патентах США №№7338034 и 6792871 раскрыты альтернативные типы пружин, которые могут быть использованы в боковых опорных узлах.

Дополнительно важно то, что сжимаемые эластомерные пружины часто применяют в буферных узлах железнодорожных вагонов, узлах со сцепными приборами и в тяговых узлах для амортизации энергии удара между двумя смежными железнодорожными вагонами в течение формирования и эксплуатации железнодорожного состава.

Для использования в случаях поглощения и амортизации энергии при динамических ударных нагрузках, возникающих между парой смежных железнодорожных вагонов, в сжимаемых эластомерных пружинах обычно используют последовательность из эластомерных прокладок и металлических пластинчатых элементов, расположенных так, чтобы они были уложены между друг другом. Однако перед разработкой концепции и конструкции согласно настоящему изобретению следует обеспечить требуемое придание направления сжимаемым эластомерным пружинам в течение движений сжатия и расширения для получения боковой устойчивости и удовлетворительной рабочей характеристики. Обычно такое придание направления обеспечивают посредством металлического стержня, вводимого через центральные отверстия в каждой прокладке и пластинчатом элементе, посредством размещения пружины в корпусе и расположения краев металлических пластинчатых элементов с примыканием к внутренним стеночным поверхностям корпуса, либо посредством использования сочетания корпуса и центрирующего стержня. Однако использование корпуса и/или металлического стержня увеличивает затраты на изготовление исходного узла, а также затраты на техническое обслуживание в течение его срока службы при эксплуатации железнодорожного вагона. Использование корпуса и/или металлического стержня также приводит к увеличению веса узла, предназначенного для поглощения энергии удара. Поскольку существует постоянное стремление к увеличению грузоподъемности каждого железнодорожного вагона, вес, связанный с корпусом и/или стержнем, неблагоприятно сказывается на грузоподъемности.

Кроме того, такое постоянное стремление к увеличению грузоподъемности добавляет динамические ударные нагрузки, воспринимаемые узлами для поглощения энергии в течение эксплуатации и формирования железнодорожного состава. Следовательно, повышенные динамические ударные нагрузки будут непосредственным образом переданы к сжимаемой эластомерной пружине. Кроме того, известно превышение предписанных максимальных скоростей при формировании железнодорожного состава, что дополнительно увеличивает динамические ударные нагрузки, которые должны быть поглощены и амортизированы различными буферными устройствами. Однако сжимаемые эластомерные пружины, используемые в настоящее время, не надежны в отношении поглощения всех прилагаемых динамических ударных нагрузок. Следовательно, существует постоянная необходимость в отношении недорогой и надежной сжимаемой эластомерной пружины, способной поглощать нагрузки от энергии удара, без использования металлического стержня или корпуса, служащих для придания направления.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения создана сжимаемая пружина для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине. Сжимаемая пружина содержит, по меньшей мере, одну сжимаемую эластомерную прокладку, определяющую центральную ось и имеющую пару осевых концов. Прокладка изготовлена из заданного материала и имеет заданный коэффициент формы, обеспечивающий возможность повторяемого поглощения и рассеивания динамической ударной нагрузки свыше примерно ста тридцати процентов (130%) предельной прочности на растяжение упомянутого материала. Также имеется пара конечных элементов, каждый из которых имеет поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с одним из пары осевых концов. Дополнительно, имеется средство крепления для крепления каждого из пары конечных элементов к, по меньшей мере, одной прокладке.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создана сжимаемая пружина для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине. Сжимаемая пружина содержит сжимаемую эластомерную прокладку, определяющую центральную ось и имеющую пару осевых концов. Также имеется пара конечных элементов, каждый из которых имеет поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с одним из пары осевых концов. Кроме того, имеется заданное множество зубцов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с конечным элементом или прикреплен к его поверхности. Каждый из заданного множества зубцов имеет трапецеидальную форму и проходит наружу под заданным углом относительно упомянутой поверхности к прокладке для крепления каждого конечного элемента к соответствующему осевому концу прокладки.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения создана сжимаемая пружина для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине вдоль ее центральной оси. Сжимаемая пружина содержит заданное множество эластомерных прокладок, расположенных соосно и последовательно друг за другом. Каждая из заданного множества прокладок имеет периферийную боковую поверхность и пару осевых концов. Каждый из пары осевых концов имеет поверхность, расположенную по нормали к центральной оси;

заданное множество разделительных пластинчатых элементов, каждый из которых расположен между парой прокладок и имеет первую по существу плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом одной из пары прокладок, и противоположную, вторую по существу плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом противоположной одной из пары прокладок, причем прокладки и разделительные пластинчатые элементы в сочетании формируют многоярусный пакет, имеющий заданную начальную высоту, при этом каждая прокладка сжимается и проходит вдоль центральной оси, вызывая перемещение разделительных пластинчатых элементов вдоль центральной оси, когда динамическая ударная нагрузка приложена к пружине и снята с нее. Также имеется заданное множество первых зубцов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждым разделительным пластинчатым элементом или прикреплен к его первой по существу плоской поверхности. Каждый из заданного множества первых зубцов имеет трапецеидальную форму и проходит наружу под заданным углом относительно первой по существу плоской поверхности для крепления каждого разделительного пластинчатого элемента к одной из пары прокладок. Кроме того, имеется заданное множество вторых зубцов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждым разделительным пластинчатым элементом или прикреплен к его второй, по существу плоской поверхности. Каждый из заданного множества вторых зубцов имеет трапецеидальную форму и проходит наружу под заданным углом относительно второй по существу плоской поверхности для крепления каждого разделительного пластинчатого элемента к противоположной одной из пары прокладок.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения создана сжимаемая пружина для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине вдоль ее центральной оси. Сжимаемая пружина содержит заданное множество эластомерных прокладок, расположенных соосно и последовательно друг за другом. Каждая из заданного множества прокладок имеет периферийную боковую поверхность и пару осевых концов, каждый из которых имеет поверхность, расположенную по нормали к центральной оси. Кроме того, имеется заданное множество разделительных пластинчатых элементов, каждый из которых расположен между парой прокладок и имеет первую по существу плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом одной из пары прокладок, и противоположную, вторую по существу плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом противоположной одной из пары прокладок. Прокладки и разделительные пластинчатые элементы в сочетании формируют многоярусный пакет, имеющий заданную начальную высоту. Каждая прокладка сжимается и проходит вдоль центральной оси, вызывая перемещение разделительных пластинчатых элементов вдоль центральной оси, когда динамическую ударную нагрузку прилагают к пружине и снимают с нее. Также имеется осевое отверстие, образованное сквозь каждый из заданного множества разделительных пластинчатых элементов, концентричное с центральной осью пакета. Кроме того, обеспечено средство, прикрепленное к каждому из заданного множества разделительных пластинчатых элементов и расположенное вокруг периферийного края каждого осевого отверстия для крепления каждого разделительного пластинчатого элемента к каждой из пары прокладок способом, обеспечивающим перенос в осевом направлении центра каждого из заданного множества эластомерных прокладок от одной прокладки к другой, и обеспечивающим по существу прямой в осевом направлении и/или устойчивый в боковом направлении пакет.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения создана сжимаемая пружина для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине вдоль ее центральной оси. Сжимаемая пружина содержит заданное множество эластомерных прокладок, расположенных соосно и последовательно друг за другом. Каждая из заданного множества эластомерных прокладок имеет периферийную боковую поверхность и пару осевых концов. Каждый из пары осевых концов имеет поверхность, расположенную по нормали к центральной оси. Каждая из заданного множества эластомерных прокладок изготовлена из заданного материала и имеет заданный коэффициент формы, обеспечивающий возможность повторяемого поглощения и рассеивания динамических ударных нагрузок свыше примерно ста тридцати процентов (130) предела прочности материала на растяжение. Кроме того, имеется заданное множество разделительных пластинчатых элементов, каждый из которых расположен между парой прокладок и имеет первую по существу плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом одной прокладки, и противоположную вторую по существу плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом смежной прокладки. Прокладки и разделительные пластинчатые элементы в сочетании формируют многоярусный пакет, имеющий заданную начальную высоту. Каждая прокладка сжимается и проходит вдоль центральной оси, вызывая перемещение разделительных пластинчатых элементов вдоль центральной оси, когда такую динамическую ударную нагрузку прилагают к пружине и снимают с нее. Также имеется средство крепления для крепления каждого из множества разделительных пластинчатых элементов к паре прокладок.

Итак, одна из основных задач настоящего изобретения заключается в создании сжимаемой эластомерной пружины для поглощения и рассеивания энергии от динамических ударных нагрузок.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании сжимаемой эластомерной пружины, которая включает в себя пару пластинчатых элементов, каждый из которых прикреплен к соответствующему концу эластомерной прокладки.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании сжимаемой эластомерной пружины, которая включает в себя последовательность из эластомерных прокладок и пластинчатых элементов, расположенных посредством их укладки в пакет между друг другом, и которая не требует придания направления посредством центрального стержня или корпуса в течение ее эксплуатации.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании сжимаемой эластомерной пружины, которая включает в себя последовательность из эластомерных прокладок и пластинчатых элементов, расположенных посредством их укладки в пакет между друг другом, и в каждом пластинчатом элементе которой применены зубцы для прокалывания смежной конечной поверхности прокладки и прохождения в нее.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании сжимаемой эластомерной пружины, которая включает в себя последовательность из эластомерных прокладок и пластинчатых элементов, расположенных посредством их укладки в пакет между друг другом, и в которой применены зубцы, расположенные на периферийном краю осевого отверстия, образованного сквозь каждый пластинчатый элемент, для прокалывания смежной конечной поверхности прокладки и прохождения в нее.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании сжимаемой эластомерной пружины, которая включает в себя последовательность из расположенных между друг другом эластомерных прокладок и пластинчатых элементов, и которая экономична в отношении ее изготовления.

Наряду с некоторыми задачами и преимуществами настоящего изобретения, которые описаны выше с некоторой степенью определенности, различные другие задачи и преимущества изобретения будут более понятны специалистам в данной области, в частности, после прочтения данного описания, выполненного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - вид сбоку в разрезе сжимаемой эластомерной пружины, сконструированной согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - вид в поперечном сечении по линии II-II с фиг.1 сжимаемой пружины;

фиг.3 - вид в перспективе сжимаемой эластомерной пружины, сконструированной в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 - вид в перспективе сжимаемой эластомерной пружины с фиг.3, в частности, иллюстрирующий использование конечных элементов пружины;

фиг.5 - вид в поперечном сечении по линии V-V с фиг.4 сжимаемой пружины; и

фиг.6 - вид в перспективе в поперечном сечении сжимаемой эластомерной пружины, сконструированной согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Перед тем как перейти к более подробному описанию настоящего изобретения, следует отметить, что для ясности и лучшего понимания на нескольких видах, представленных на чертежах, идентичные компоненты, которые выполняют идентичные функции, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Понятно, что описание применено к железнодорожному транспортному средству, но оно не ограничено пассажирским железнодорожным вагоном, грузовым железнодорожным вагоном, локомотивом и подобными железнодорожными транспортными средствами.

Наилучший способ осуществления изобретения представлен посредством двух его вариантов, которые показаны на фиг.1-5. Однако изобретение не ограничено описанными вариантами конструкции и специалистам в этой области будет понятно, что без отклонения от основной концепции изобретения возможны многие другие варианты осуществления изобретения, и что любые такие разработки также попадают в объем этого изобретения. Можно полагать, что идеями изобретения легко могут быть охвачены другие типы и конфигурации согласно настоящему изобретению, и что в целях разъяснения и раскрытия, но без ограничения объема, следует показать и описать только одну конкретную конфигурацию.

Теперь обратимся к фиг.1-2, на которых показана сжимаемая эластомерная пружина, в общем, обозначенная ссылочной позицией 100, предназначенная для поглощения и рассеивания энергии от прилагаемой к ней динамической ударной нагрузки, и сконструированная согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Сжимаемая эластомерная пружина 100 включает в себя сжимаемую эластомерную прокладку, в общем, обозначенную позицией 110, и пару конечных элементов, каждый из которых прикреплен с зацеплением путем примыкания к соответствующему осевому концу прокладки 110. При использовании конечные элементы применяют для крепления пружины 100 к соответствующим массам. Следовательно, форма, материал и размер каждого конечного элемента будут выбраны таким образом, чтобы они соответствовали конкретному применению. Настоящее изобретение представлено и описано в сочетании с парой пластинчатых элементов, которые могут быть применены в сцепном узле, используемом в пассажирском или товарном железнодорожном вагоне и способном амортизировать динамические ударные нагрузки в течение формирования и эксплуатации железнодорожного состава, хотя специалистам в этой области будет понятно, что настоящее изобретение может быть применено и в других случаях, и, как таковое, не должно быть истолковано в качестве ограничительного фактора в отношении пружины 100 и конечных элементов согласно настоящему изобретению. При этом конечные элементы представлены и описаны как пластинчатые элементы, в общем, обозначенные позицией 150.

Вкратце, прокладка 110 определяет центральную ось 112 и имеет пару осевых противоположных концов 114 и 116. Прокладка также имеет периферийную боковую поверхность 122. Кроме того, согласно этому варианту осуществления конструкции прокладку 110 изготавливают из термопластичного эластомерного материала и она имеет заданный коэффициент формы, обеспечивающий возможность повторяемого поглощения и рассеивания динамических ударных нагрузок с превышением на сто тридцать процентов (130%) предела прочности на растяжение такого полимерного материала, как простой сополиэфир. Предпочтительным в настоящее время термопластичным эластомерным материалом является полимерный материал в виде простого сополиэфира, изготавливаемого компанией E.I. DuPont de Nemours & Co., Уилмингтон, штат Делавэр, в общем, с товарным знаком HYTREL, а точнее под торговым названием Hytrell 5556. Такой материал Hytrell отличается пределом прочности на растяжение, составляющим порядка 5800 фунтов на квадратный дюйм.

Кроме того, каждый пластинчатый элемент 150 имеет поверхность 152, которая путем примыкания входит в зацепление с одним из пары осевых противоположных концов 114, 116. Также обеспечено средство крепления для крепления каждого пластинчатого элемента 150 к прокладке 110. В общем, известно, что такое средство крепления включает в себя заданное множество выступов 160, по меньшей мере, образованных за одно целое с пластинчатым элементом 150 или прикрепленных к поверхности 152 пластинчатого элемента 150, и проходящих от него в наружном направлении. Каждый выступ 160 имеет основную часть 162 с круглым поперечным сечением и отверстие 164, образованное сквозь него и, кроме того, образованное сквозь толщину пластинчатого элемента 150. Такая кольцевая форма выступа 160 предпочтительно образована в пластинчатом элементе 150, изготовленном из предпочтительного в настоящее время металлического материала, способом штамповки. Наружный диаметр основной части 162 и диаметр отверстия 164 определены исходя из материала и конструкции прокладки 110 для возможности прохождения такого материала в отверстие 164 и вокруг основной части 162 в течение процесса холодного формования такой пружины 100. Таким образом, после формования пружины 100 выступы 160 проходят в толщину прокладки 110 и обеспечивают механическое взаимное блокирование пластинчатого элемента 150 и прокладки 110 способом соединения без приклеивания.

Выступы 160 расположены через одинаковые углы друг от друга на постоянном радиусе от центральной оси 112 такой прокладки 110, а их количество выбирают так, чтобы обеспечить единообразие пружины 100 в боковом направлении при ее работе, причем центральная ось 112 также определяет центральную ось пружины 100.

Кроме того, пружина 100 включает в себя средство для сохранения осевой прямолинейности и боковой устойчивости или жесткости пружины 100 в течение ее работы. Такое средство сохранения боковой устойчивости включает в себя заданное множество зубцов 170, по меньшей мере, образованных за одно целое с пластинчатым элементом 150 или прикрепленных к поверхности 152 пластинчатого элемента 150. Каждый зубец 170 имеет заданную форму и проходит наружу под заданным углом относительно поверхности 152.

В течение сборки и формирования пружины 100, когда осевую формирующую нагрузку прилагают по оси к противоположной поверхности 154 пластинчатого элемента 150, конец 172 каждого зубца 170 будет предназначен для прокалывания поверхности 118, 120 осевого торца соответственно 114, 116 основной частью зубца 170, далее пронизывающего прокладку 110 и проходящего в нее.

При работе, чтобы, по меньшей мере, поглощать и рассеивать энергию от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к одному из пластинчатых элементов 150, прокладка 110 будет сжата в осевом направлении, при этом периферийная боковая поверхность 122 будет проходить в радиальном направлении между пластинчатыми элементами 150. В этой области хорошо известно, что прокладка 110 способна поглощать и рассеивать энергию в течение сжатия до тех пор, пока прокладка 110 не достигнет ее максимальной рабочей высоты при сжатии. Прокладка 110 возвращается к ее первоначальной высоте, когда динамическая ударная нагрузка будет снята. Один из пластинчатых элементов 150 перемещается в осевом направлении вместе с прокладкой 110.

Конец 172 может представлять собой острый конец, обеспечивающий треугольную форму зубца 170, однако в настоящее время предпочтительно придавать концу 172 заданную ширину и сужение боковых краев 174, обеспечивая трапецеидальную форму зубца 170. В этом документе далее будет разъяснено, что такая трапецеидальная форма предпочтительна в отношении увеличения поверхностного контакта между зубцом 170 и прокладкой 110 в течение процесса формирования. Трапецеидальная форма, кроме того, предпочтительна в отношении экономичности изготовления пластинчатого элемента 150 способом штамповки из предпочтительного в настоящее время металлического материала. В равной степени также установлено, что трапецеидальная форма достаточна для прокалывания поверхности 118, 120 осевого торца соответственно 114, 116.

Угол зубца 170 по отношению к поверхности 152 определен для обеспечения достаточной протяженности зубца 170 в прокладке 110 и для соответствующего прохождения материала прокладки 110 вокруг зубца 170 в течение процесса холодного формования. В настоящее время предпочтительно располагать зубец 170, в общем, перпендикулярно по отношению к поверхности 152 пластинчатого элемента 150.

Зубцы 170 расположены через равные углы друг от друга относительно центральной оси 112 прокладки 110. Кроме того, зубцы 170 расположены вблизи от центральной оси 112 и на постоянном расстоянии от нее для повышения концентричности пружины 100. Количество зубцов 172 также выбирают для обеспечения единообразия пружины 100 в боковом направлении в течение ее работы.

Средство сохранения устойчивости в боковом направлении дополнительно включает в себя осевое отверстие 180, образованное сквозь пластинчатый элемент 150, концентричное с центральной осью 112, вследствие чего зубцы 170 будут расположены на периферийном крае 182 такого осевого отверстия 180 или вблизи от него и имеют внутреннюю поверхность 176, расположенную тангенциально по отношению к периферийному краю 182. Кроме того, прокладка 110 обеспечена парой осевых выступов 130, каждый из которых, по меньшей мере, образован за одно целое с соответствующим концом 114, 116 прокладки 110 или прикреплен к нему. В течение сборки и формирования пружины 100 выступ 130 проходит в осевом направлении в осевое отверстие 180 между внутренними поверхностями 176 зубцов 170. Периферийной кольцевой боковой поверхности 134 выступа 130 могут быть приданы размеры для скользящей посадки на внутренние поверхности 176 зубцов 170, но предпочтительно, чтобы периферийной боковой поверхности 134 были приданы размеры для фрикционного зацепления с внутренними поверхностями 176. Такое фрикционное зацепление представляет собой заданную посадку с натягом по размеру боковой поверхности 134 выступа 130, который больше, чем радиальное расстояние между внутренними поверхностями 176 зубцов 170. Настоящее изобретение также предполагает, что когда конечный элемент имеет форму, отличающуюся от пластинчатого элемента 150, осевое отверстие 180 может быть образовано в виде простой осевой полости.

Средство сохранения боковой устойчивости дополнительно включает в себя пару канавок 140, каждая из которых образована в соответствующей поверхности 118, 120 вокруг периферийной боковой поверхности 134 каждого выступа 130, при этом зубцы 170 совпадают с соответствующей канавкой 140.

Зубцы 170 в одном пластинчатом элементе 150 могут совпадать с зубцами 170 в противоположном пластинчатом элементе 150, однако в настоящее время предпочтительно поочередно вставлять зубцы 170 в одном пластинчатом элементе 150 между зубцами 170 противоположного пластинчатого элемента 150. При этом вставляемые зубцы 170 формируют, в общем, кольцевое устройство, проходящее к прокладке 110. Взаимосвязь посредством введения в промежутки также обеспечивает возможность увеличения операционной высоты зубцов 170.

Для обеспечения того, чтобы зубцы 170 были вставлены, пружина 100 включает в себя средство для выравнивания пластинчатых элементов 150. Предпочтительно, чтобы такое выравнивающее средство включало в себя выравнивающее отверстие 188, образованное сквозь каждый пластинчатый элемент 150, так что пара выравнивающих отверстий 188 будет выровнена соосно с центральной осью 112 в течение сборки пружины 110. Кроме того, предпочтительно располагать такое выравнивающее отверстие 188 вблизи от края пластинчатого элемента 150 для легкости визуального распознавания выравнивания в течение сборки и формирования пружины 100.

Пружина 100, сконструированная согласно описанным выше вариантам ее осуществления, может быть легко внедрена в существующие сцепные приборы, например, обычного типа, раскрытые в патенте США №5351844, содержание которого включено сюда посредством ссылки.

В настоящем изобретении также предполагается, что в тех случаях, в которых обеспечена или может быть применена периферийная направляющая пружины 100, зубцы 170 будут достаточны для крепления пластинчатых элементов 150 к прокладке 110 без необходимости в выступах 160. В равной степени выступы 160 также могут быть применены без зубцов 170.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, наилучшим образом показанному на фиг.3-5, создана пружина, в общем, обозначенная позицией 102. Пружина 102 включает в себя прокладки 110, расположенные соосно и последовательно друг за другом. Пружина 102 также включает в себя множество разделительных пластинчатых элементов, в общем, обозначенных позицией 190, при этом каждый из них расположен между парой прокладок 110. Каждый разделительный пластинчатый элемент 190 имеет первую по существу плоскую поверхность 192, путем примыкания входящую в зацепление с осевым торцом 114, 116 одной прокладки 110, и противоположную, вторую по существу плоскую поверхность 194, путем примыкания входящую в зацепление с осевым торцом 114, 116 смежной прокладки 110. Прокладки 110 и разделительные пластинчатые элементы 190 в сочетании формируют многоярусный пакет, имеющий заданную начальную высоту, посредством чего каждая прокладка 110 сжимается вдоль центральной оси 112 в течение поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к ней, что вызывает уменьшение заданной начальной высоты пакета и перемещение разделительных пластинчатых элементов 190 вдоль центральной оси, когда динамическую ударную нагрузку прилагают к пружине 102.

Разделительный пластинчатый элемент 190 сконструирован по существу идентичным пластинчатому элементу 150, описанному выше, за исключением того, что пластинчатый элемент 190 имеет заданное множество первых выступов, обозначенных позицией 160a, по меньшей мере, образованных за одно целое с пластинчатым элементом 190 или прикрепленных к его первой поверхности 192. Такое множество первых выступов 160a проходит наружу от первой поверхности 192. Заданное множество вторых выступов, обозначенных позицией 160b, по меньшей мере, образовано за одно целое с пластинчатым элементом 190 или прикреплено к его второй поверхности 194. Такое множество вторых выступов 160b проходит наружу от второй поверхности 194 и расположено поочередно с множеством первых выступов 160a.

Пластинчатый элемент 190, кроме того, содержит заданное множество первых зубцов, обозначенных позицией 170a, по меньшей мере, образованных за одно целое с пластинчатым элементом 190 или прикрепленных к нему, и проходящих наружу под заданным углом относительно его первой поверхности 192, и заданное множество вторых зубцов, обозначенных позицией 170b, по меньшей мере, образованных за одно целое с пластинчатым элементом 190 или прикрепленных к нему, и проходящих наружу под заданным углом относительно его второй поверхности 194.

Вторые зубцы 170b поочередно вставлены между первыми зубцами 170a. При этом, когда происходит формирование пружины 100, выступы 160a, 160b и зубцы 170a и 170b проникают в соответствующие смежные поверхности 118, 120 прокладок 110 и проходят в них. Пружина 102, имеющая наружные конечные прокладки 110, может быть вставлена между двумя массами, либо если это необходимо при конкретном применении, у каждого конца пружины 102 также могут быть расположены пластинчатые элементы 150 или 190.

При проведении испытания было установлено, что конфигурация пластинчатых элементов 190 и прокладок 110, при которой зубцы 170a, 170b имеют трапецеидальную форму, расположены на периферийном краю осевого отверстия 180 или в непосредственной близости от этого отверстия, в общем, перпендикулярны относительно соответствующих поверхностей пластинчатого элемента 190 и, кроме того, расположены поочередно друг с другом, и при которой прокладки 110 обеспечены выступами 130 и канавками 140, преимущественно имитирует концепцию с обычным центральным стержнем, но без недостатков, связанных с дополнительными затратами и весом такого центрального стержня. Будет понятно, что конструкция прокладок 110 и пластин 150, 190 согласно настоящему изобретению обеспечивает средство для переноса осевого центра прокладки 110 от одной прокладки к другой, тем самым по существу обеспечивая прямую в осевом направлении и устойчивую в боковом направлении колонну или пакет заданной высоты. Количество зубцов 170a, 170b обычно определяют на основе абсорбционной способности пружины 100, так чтобы обеспечить состояние неизогнутости в осевом направлении и устойчивость в боковом направлении.

При проведении испытания было установлено, что такая конфигурация обеспечивает достижение пружиной 102 оптимальной боковой устойчивости и, кроме того, позволяет пружине 102 повторяемым образом поглощать и рассеивать прилагаемые динамические нагрузки без необходимости придания направления по периферии.

Боковая устойчивость или жесткость дополнительно усилена посредством выравнивания в радиальном направлении множества выступов 160a, 160b под заданным углом к соответствующему множеству зубцов 170a, 170b.

Далее со ссылкой на фиг.6 будет представлен еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором сжимаемая эластомерная пружина сконструирована, в общем, идентично сжимаемой эластомерной пружине 100 согласно фиг.1-2, за исключением того, что пластинчатые элементы 150 заменены парой пластинчатых элементов 190. Проходящие наружу зубцы 170b и выступы 160b могут быть предпочтительны при креплении пружины согласно фиг.6 к паре масс (не показаны). Кроме того, в равной степени пара пластинчатых элементов 190 может быть применена на концах сжимаемой эластомерной пружины 102 согласно фиг.3-5.

Преимущество такой конструкции пружины будет очевидно при ее использовании в сцепных приборах.

Трапецеидальная форма зубца 170 (170a, 170b) и его перпендикулярная ориентация относительно поверхности пластинчатого элемента 150, 190 также могут быть применены при создании средства для управления избыточным сжатием прокладок 110. Чтобы добиться этого, высота зубца 170 (170a, 170b), в общем, может быть обеспечена равной или незначительно большей, чем максимальная рабочая сжимаемая высота прокладки 110. Поэтому, когда прокладка 110 сжата до такой максимальной рабочей высоты, прямой конец 172 путем примыкания входит в зацепление с поверхностью пластинчатого элемента 150, препятствуя его дальнейшему осевому перемещению.

Настоящее изобретение также предполагает, что выступам 160 (160a, 160b) могут быть приданы размеры для управления избыточным сжатием прокладок 110. Кроме того, выступы 160 (160a, 160b) и зубцы 170 (170a, 170b) могут быть расположены так, и им могут быть приданы такие размеры, что противоположные в осевом направлении выступы и/или зубцы будут входить в контакт друг с другом для управления избыточным сжатием прокладок 110.

Кроме того, в объеме настоящего изобретения предполагается крепление, по меньшей мере, одного стопора, по меньшей мере, к одному краю пластинчатого элемента 150, 190 способом, который показан на фиг.12-13 патента США №7258243. Содержание патента США №7258243 включено сюда посредством ссылки.

Хотя настоящее изобретение представлено, исходя из крепления пластинчатых элементов 150, 190 к прокладке 110, когда зубцы 170, 170а, 170b прокалывают торцевую поверхность прокладки 110, боковую поверхность выступа 130 или канавки 140, специалистам в этой области будет понятно, что настоящее изобретение может быть применено к другим способам крепления пластинчатых элементов 150, 190 к прокладке 110. Только в качестве примера можно указать, что канавке 140 может быть придан размер для простого захождения зубцов 170 способом посадки со скольжением. Эта компоновка исключает необходимость приложение осевого давления формирования к одному концу пружины и, кроме того, обеспечивает возможность сборки пружины в месте ее использования. Такая компоновка также может быть пригодна в том случае, когда можно использовать периферийную направляющую, и когда пластинчатым элементам 150, 190 придают размеры соответственно созданию такой периферийной направляющей в течение работы пружин 100, 102.

В качестве еще одного примера можно указать, что множество полостей или каналов просто может быть образовано в прокладке 110 с выравниванием с зубцами 170, при этом зубцы 170 заходят способом посадки со скольжением, что приводит к описанным выше положительным результатам.

Кроме того, при использовании пружин 100, 102 внутри сцепного прибора железнодорожного вагона толщина пластинчатых элементов 150 может быть выбрана так, чтобы она находилась в диапазоне от приблизительно 1,00 дюйма до приблизительно 2,00 дюймов, что представляет собой толщину заднего и переднего (соединителя) ведомых звеньев или блоков, применяемых внутри таких сцепных приборов. При таком применении выступы 160 и зубцы 170 могут быть приварены к одной поверхности соответствующего ведомого звена непосредственным образом, либо путем использования промежуточного элемента. Например, зубцы могут быть образованы на краю кольца, которое в дальнейшем приваривают к поверхности заднего или переднего ведомого звена. Далее ведомые звенья располагают у соответствующего конца пружины и формируют в качестве ее части описанным выше способом. Итак, настоящее изобретение описано посредством полных, ясных, лаконичных и точных терминов, чтобы обеспечить для специалистов в этой области, которым оно адресовано, возможность изготовления и использования изобретения. Очевидно, что без отклонения от существа и объема изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения, специалистами в этой области могут быть выполнены изменения, модификации, эквиваленты и замещения специально описанных вариантов осуществления настоящего изобретения.

Claims

1. Сжимаемая пружина для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине вдоль ее центральной оси, при этом сжимаемая пружина содержит:
заданное множество эластомерных прокладок, расположенных соосно и последовательно друг за другом, при этом каждая из заданного множества прокладок имеет периферийную боковую поверхность и пару осевых концов, а каждый из пары осевых концов имеет поверхность, расположенную по нормали к центральной оси;
заданное множество разделительных пластинчатых элементов, каждый из которых расположен между парой прокладок и имеет первую, по существу, плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом одной из пары прокладок, и противоположную, вторую, по существу, плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом противоположной одной из пары прокладок, при этом каждый разделительный пластинчатый элемент дополнительно имеет осевое отверстие, образованное сквозь его толщину и концентричное с центральной осью, причем прокладки и разделительные пластинчатые элементы в сочетании формируют многоярусный пакет, имеющий заданную начальную высоту, при этом каждая прокладка сжимается и проходит вдоль центральной оси, вызывая перемещение разделительных пластинчатых элементов вдоль центральной оси, когда динамическая ударная нагрузка приложена к пружине и снята с нее;
заданное множество первых зубцов, но меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждым разделительным пластинчатым элементом или прикреплен к его первой, по существу, плоской поверхности вблизи периферийного края осевого отверстия, причем каждый из заданного множества первых зубцов имеет трапецеидальную форму и проходит наружу под заданным углом относительно первой, по существу, плоской поверхности в материал соответствующей эластомерной прокладки для крепления каждого разделительного пластинчатого элемента к одной из пары прокладок;
заданное множество вторых зубцов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждым разделительным пластинчатым элементом или прикреплен к его второй, по существу плоской поверхности вблизи периферийного края осевого отверстия, при этом каждый из заданного множества вторых зубцов имеет трапецеидальную форму и проходит наружу под заданным углом относительно второй, по существу, плоской поверхности для крепления каждого разделительного пластинчатого элемента к противоположной одной из пары прокладок.

2. Сжимаемая пружина для поглощения и рассеивания энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине вдоль ее центральной оси, при этом сжимаемая пружина содержит:
заданное множество эластомерных прокладок, расположенных соосно и последовательно друг за другом, при этом каждая из заданного множества прокладок имеет периферийную боковую поверхность и пару осевых концов, каждый из которых имеет поверхность, расположенную по нормали к центральной оси;
заданное множество разделительных пластинчатых элементов, каждый из которых расположен между парой прокладок и имеет первую, по существу, плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом одной из пары прокладок, и противоположную, вторую по существу плоскую поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с осевым концом противоположной одной из пары прокладок, причем прокладки и разделительные пластинчатые элементы в сочетании формируют многоярусный пакет, имеющий заданную начальную высоту, при этом каждая прокладка сжимается и проходит вдоль центральной оси, вызывая перемещение разделительных пластинчатых элементов вдоль центральной оси, когда динамическую ударную нагрузку прилагают к пружине и снимают с нее;
осевое отверстие, образованное сквозь каждый из заданного множества разделительных пластинчатых элементов, концентричное с центральной осью пакета;
средство, расположенное вблизи периферийного края каждого осевого отверстия и проходящее в материал соответствующей эластомерной прокладки для крепления каждого разделительного пластинчатого элемента к соответствующей эластомерной прокладке.

3. Сжимаемая пружина по п.2, в которой средство крепления включает в себя:
заданное множество первых зубцов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждым из заданного множества разделительных пластинчатых элементов или прикреплен к его первой, по существу, плоской поверхности, при этом каждый из заданного множества первых зубцов проходит наружу под первым заданным углом относительно первой, по существу, плоской поверхности;
заданное множество вторых зубцов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждым из заданного множества разделительных пластинчатых элементов или прикреплен к его второй, по существу, плоской поверхности, при этом каждый из заданного множества вторых зубцов проходит наружу под вторым заданным углом относительно второй, по существу, плоской поверхности;
причем каждое из заданного множества первых и вторых зубцов образует трапецеидальную форму, включающую пару боковых краев, сужающихся наружу к периферийному краю; и
зазор, образованный между парой противоположных боковых краев пары соседних зубцов на периферийном краю.

4. Сжимаемая пружина по п.3, в которой средство крепления дополнительно включает в себя первую канавку, образованную внутри поверхности первого осевого конца каждой прокладки, и вторую канавку, образованную внутри поверхности второго осевого конца каждой прокладки, при этом каждый из заданного множества первых зубцов размещен внутри первой канавки, а каждый из заданного множества вторых зубцов размещен внутри второй канавки.

5. Сжимаемая пружина по п.4, в которой средство крепления дополнительно включает в себя пару выступов, образованных за одно целое с соответствующим осевым концом каждой прокладки, причем каждый из пары выступов проходит в соответствующее осевое отверстие расположенного с примыканием разделительного пластинчатого элемента, при этом он имеет такие размеры, чтобы обеспечивать фрикционное зацепление с соответствующим заданным множеством зубцов.

6. Сжимаемая пружина по п.5, в которой средство крепления дополнительно включает в себя:
заданное множество первых выступов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждой из заданного множества разделительных пластин или прикреплен к ее первой, по существу, плоской поверхности, при этом каждый из заданного множества первых выступов проходит наружу от первой, по существу, плоской поверхности каждого разделительного пластинчатого элемента, и множество первых отверстий, каждое из которых образовано сквозь соответствующий первый выступ и сквозь разделительный пластинчатый элемент; и
заданное множество вторых выступов, по меньшей мере, один из которых образован за одно целое с каждым из заданного множества разделительных пластин или прикреплен к ее второй, по существу, плоской поверхности, при этом каждый из заданного множества вторых выступов проходит наружу от второй, по существу, плоской поверхности каждого разделительного пластинчатого элемента, и множество вторых отверстий, каждое из которых образовано сквозь соответствующий второй выступ и сквозь каждый разделительный пластинчатый элемент.

7. Сжимаемая пружина по п.6, в которой заданное множество вторых выступов поочередно расположено между заданным множеством первых выступов.

8. Сжимаемая пружина по п.2, в которой сжимаемый пружинный узел включает в себя средство для выравнивания множества разделительных пластинчатых элементов внутри пакета.

9. Сжимаемая пружина по п.8, в которой средство для выравнивания включает в себя выравнивающее отверстие, образованное сквозь каждый из заданного множества разделительных пластинчатых элементов.

10. Сжимаемая пружина по п.2, включающая в себя пару наружных пластинчатых элементов, каждый из которых имеет одну поверхность, путем примыкания входящую в зацепление с наружной поверхностью соответствующей конечной прокладки, и средство для крепления каждого из пары наружных пластинчатых элементов с соответствующей конечной прокладкой.