CN116857309A - 一种狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧 - Google Patents

Abstract

一种狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，包括环状芯轴、环状外套以及硫化于环状芯轴和环状外套之间的橡胶体，环状外套内侧壁以及环状芯轴的外侧壁为斜面，橡胶体硫化在环状外套内侧壁以及环状芯轴的外侧壁之间。本发明涉及的橡胶弹簧将芯轴、外套以及橡胶体均设计为环形，使得整个橡胶弹簧能够适应狭长的安装空间。该橡胶弹簧在充分利用有限的狭长空间，相较于现有技术并未设计其他附属结构，因此在有限空间内橡胶体具有更充分的硫化面积，并且橡胶体体积也能尽量做到最大化，使得该橡胶弹簧能够具有更广泛的刚度调节范围，能够承载垂向大变形载荷。

Description

一种狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆悬挂技术领域，具体涉及应用于一系悬挂系统中一种狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧。

背景技术

在轨道交通车辆中，为了缓和轨道对机车的冲击和振动，改善部件工作可靠性和乘务员舒适度，在构架和轮对轴箱之间设置弹黄和减振器系统，称为轴箱悬挂装置，又称一系悬挂装置。通常轴箱弹簧由钢弹簧或者橡胶弹簧结构提供所需的垂向刚度，而吸收轮轨及车辆上的振动则是通过外联多套油压减振器提供阻尼来实现。橡胶弹簧则可以替代钢弹簧作为轨道车辆转向架的一系悬挂系统中的弹簧，缓解轮对传递而来的冲击和振动。在一系悬挂系统中的空间十分有限，尤其用于安装橡胶弹簧的轴箱处的空间为狭长空间，对于橡胶弹簧的结构设计提出了更高的要求。

通过检索，现有技术中已有应用于一系悬挂系统中的橡胶弹簧技术文献公开。例如公开号为“CN113685480A”名称为“复合锥形橡胶弹簧及其刚度设计方法”的发明专利。公开了一种复合锥形橡胶弹簧，所述的锥形橡胶弹簧中密封设置液压阻尼机构，液压阻尼机构随锥形橡胶弹簧的垂向承载而产生动态阻尼，为锥形橡胶弹簧提供动态刚度。本发明充分发挥锥形橡胶弹簧中橡胶体的弹性支撑作用和液压阻尼机构的动态硬化作用，满足高速行驶重载行驶时一系悬挂系统垂向刚度提升的需求，提高列车的运行平稳性，保证复合维形橡胶弹簧的垂向刚度在承载过程中的动态变化满足变刚度需求。该对比文件并未对狭长空间内的应用环境进行特别优化设计。

例如公开号为“CN115325097A”名称为“一种橡胶弹簧及轮对提吊装置”的发明专利。公开了一种橡胶弹簧以及应用这种橡胶弹簧的两种轮对提吊装置，其主要结构包括：层叠弹簧本体，层叠弹簧本体的内部具有空腔；底座，用于固定层叠弹簧本体的底部或外圈；定位销构件，固定在层叠弹簧本体的顶部或内圈，与车辆构架或机车轮对相连接；限位构件，设置在层叠弹簧本体内部空间且安装在底座上，当橡胶弹簧承受载荷时，用于对橡胶弹簧的变形进行限位。在正置使用时，定位销构件用于连接其上方的构架一系定位座，倒置使用时，定位销构件用于连接其下方的机车轮对的轴箱。该对比文件采用锥形橡胶弹簧，结构设计紧凑，但对于狭长的空间仍然不是十分适用。

例如公开号为“CN111071278A”名称为“一系悬挂装置的垂向刚度的调节方法及结构”的发明专利。公开了一系悬挂装置的垂向刚度调节结构，包括底座、锥形弹簧和限位止挡，锥形弹簧包括橡胶体和芯轴，转向架下端开有止挡孔，芯轴上端安装在转向架的止挡孔中，橡胶体和芯轴内都开有空腔；底座中沿纵向方向并排设置有两个锥形弹簧，每个锥形弹簧的空腔中都设置有限位止挡，限位止挡包括止挡座和止挡杆，止挡杆一体成型在止挡座上方；轴箱上设有轴箱座，底座安装在轴箱座中，当转向架相对于轴箱在垂向方向上产生相对移动，且芯轴下端与止挡座在垂向方向相顶时，一系悬挂装置会在垂向方向上产生变刚度。该对比文件采用两个锥形橡胶弹簧并联，但锥形弹簧本体结构依然较为复杂，在狭长空间内安装只能为了空间适用而压缩橡胶件或者刚性件的体积或者间隙，最终刚度的调整范围则因此收到影响。

因此在本领域内提出一种应用于一系悬挂能够适应狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，包括环状芯轴、环状外套以及硫化于环状芯轴和环状外套之间的橡胶体，环状外套内侧壁以及环状芯轴的外侧壁为斜面，橡胶体硫化在环状外套内侧壁以及环状芯轴的外侧壁之间。

进一步地，所述橡胶体内部间隔若干隔板，橡胶体被分为若干层并硫化在各个隔板之间。

进一步地，所述橡胶体被两层隔板间隔为三层橡胶体，其中最外层橡胶体和环状外套内侧壁硫化，最内层橡胶体和环状芯轴的外侧壁硫化，中间层橡胶体和隔板硫化。

进一步地，最外层橡胶体和中间层橡胶体两端型面均由平直段L1和开口弧面段R1过渡连接而成。

进一步地，最内层橡胶体上端由平直段L1和开口弧面段R1过渡连接而成，下端由开口弧面段R1和水平段L2过渡连接，所述水平段L2硫化并包络在环状芯轴的底部。

进一步地，所述橡胶体与环状外套的硫化面为整个环状外套内侧壁斜面。

进一步地，环状外套顶端具有内侧壁斜面过渡连接的竖直侧壁，橡胶体与环状外套的硫化面为整个环状外套内侧壁斜面以及竖直侧壁。

进一步地，所述环状芯轴底部面积S1和占比环状外套底部面积S2不低于75%。

进一步地，所述环状外套内侧壁斜面的斜率K1在4.5~5.5之间。

进一步地，所述环状芯轴的外侧壁斜面的斜率K2在6.5~7.7之间。

与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

本发明涉及的橡胶弹簧将芯轴、外套以及橡胶体均设计为环形，使得整个橡胶弹簧能够适应狭长的安装空间。该橡胶弹簧在充分利用有限的狭长空间，相较于现有技术并未设计其他附属结构，因此在有限空间内橡胶体具有更充分的硫化面积，并且橡胶体体积也能尽量做到最大化，使得该橡胶弹簧能够具有更广泛的刚度调节范围，能够承载垂向大变形载荷。

附图说明

图1：本实施例提供的橡胶弹簧剖视图；

图2：本实施例提供的橡胶弹簧顶视图；

图3：本实施例提供的橡胶弹簧橡胶体局部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~图3所示，一种狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，包括环状芯轴1、环状外套2以及硫化于环状芯轴1和环状外套2之间的橡胶体3，环状外套2内侧壁以及环状芯轴1的外侧壁为斜面，橡胶体3硫化在环状外套2内侧壁以及环状芯轴1的外侧壁之间。本实施例中的橡胶弹簧的芯轴、外套均设计为环状，是为了适应一系悬挂系统中狭长的安装空间。并且硫化在环状芯轴1和环状外套2之间的橡胶体3也整体呈环状，除此之外该橡胶弹簧并无其他附属结构。因此在有限的狭长空间内，该结构设计不仅简单易成型，更重要的是能够最大化橡胶体3的硫化面积，使得环状芯轴1和环状外套2与橡胶体3之间能够连接更加牢固，抗疲劳以及载荷的耐受性更佳。同时简洁的结构设计能够尽可能最大化橡胶体3的体积，使得橡胶弹簧具有更广法的刚度调节范围，因此其承受垂向大变形载荷时能够尽可能保持刚度的线性化，提高了一系悬挂的舒适度。

所述橡胶体3内部间隔若干隔板31，橡胶体3被分为若干层并硫化在各个隔板31之间。隔板31的设计，可以提高橡胶体3的整体刚度，从而提高橡胶弹簧的整体刚度，根据设计要求，可以灵活选择隔板31的层数来调节橡胶弹簧的初始刚度。

所述橡胶体3被两层隔板31间隔为三层橡胶体，其中最外层橡胶体32和环状外套2内侧壁硫化，最内层橡胶体34和环状芯轴1的外侧壁硫化，中间层橡胶体33和隔板31硫化。本实施例是一种典型的实施方式，三层橡胶体的设计具有良好的初始刚度以及动态刚度，同时也兼顾了加工成型简洁化。

最外层橡胶体32和中间层橡胶体33两端型面均由平直段L1和开口弧面段R1过渡连接而成。如图3所示，最外层橡胶体32和中间层橡胶体33采用了平直段L1和开口弧面段R1的过渡型面设计，当橡胶体3因载荷受压时，开口弧面段R1提供了大开口的自由面，平直段L1和开口弧面段R1使得橡胶体3形变时能够自由贴合，不会产生过多褶皱导致开裂，优化其抗疲劳性能。

最内层橡胶体34上端由平直段L1和开口弧面段R1过渡连接而成，下端由开口弧面段R1和水平段L2过渡连接，所述水平段L2硫化并包络在环状芯轴1的底部。最内层橡胶体34基于同样的目的设计了开口弧面段R1型面，由于其和环状芯轴1硫化连接，因此设计采用水平段L2和环状芯轴1的底部包络硫化，一方面在最内层橡胶体34受压形变时能够自由向环状芯轴1的底部贴合，最内层橡胶体34受和环状芯轴1硫化面避免因形变剪切而脱离，提高了橡胶弹簧的使用寿命。

所述橡胶体3与环状外套2的硫化面为整个环状外套2内侧壁斜面21。在本实施例中，将橡胶体3硫化面均设计在环状外套2的内侧壁斜面21，同理也将和环状芯轴1硫化面也设计为整个斜面，此时橡胶体3承受垂向载荷时的受力更为均匀，形变量也更为均匀，使得橡胶弹簧的垂向载荷耐受性更好。

环状外套2顶端具有内侧壁斜面21过渡连接的竖直侧壁22，橡胶体3与环状外套2的硫化面为整个环状外套2内侧壁斜面21以及竖直侧壁22。在上述基础上，还可以将橡胶体3的硫化面扩展到环状外套2内侧壁斜面21以及竖直侧壁22，竖直侧壁22可以起到一定的隔挡作用，防止橡胶体3形变后从环状外套2顶部边缘凸出并挤压至顶部边缘，否则橡胶体3反复和顶部边缘摩擦挤压将导致其异常磨耗。

所述环状芯轴1底部面积S1和占比环状外套2底部面积S2不低于75%。所述环状外套2内侧壁斜面21的斜率K1在4.5~5.5之间。所述环状芯轴1的外侧壁斜面的斜率K2在6.5~7.7之间。在本实施例中，对环状芯轴1、环状外套2的面积、斜率进行了优选设计，环状芯轴1底部面积S1与环状外套2底部面积S2的占比决定了橡胶体3的整体体积充分硫化连接的前提下，但过低的占比显然会导致橡胶体3的体积过大而导致其刚度过小，因此75%的设计阈值能够保证橡胶体3尽可能具有较大体积且具有较好的刚度。环状芯轴1、环状外套2的斜率则影响了橡胶体3的受到垂向大变形载荷时的承压能力。斜率趋于平缓其刚度较大，反之则刚度较小，上述斜率设计范围内能够确保橡胶体3具有合适的刚度承受垂向大变形载荷，同时保证一定的舒适性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：包括环状芯轴（1）、环状外套（2）以及硫化于环状芯轴（1）和环状外套（2）之间的橡胶体（3），环状外套（2）内侧壁以及环状芯轴（1）的外侧壁为斜面，橡胶体（3）硫化在环状外套（2）内侧壁以及环状芯轴（1）的外侧壁之间。

2.如权利要求1所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：所述橡胶体（3）内部间隔若干隔板（31），橡胶体（3）被分为若干层并硫化在各个隔板（31）之间。

3.如权利要求2所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：所述橡胶体（3）被两层隔板（31）间隔为三层橡胶体，其中最外层橡胶体（32）和环状外套（2）内侧壁硫化，最内层橡胶体（34）和环状芯轴（1）的外侧壁硫化，中间层橡胶体（33）和隔板（31）硫化。

4.如权利要求3所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：最外层橡胶体（32）和中间层橡胶体（33）两端型面均由平直段L1和开口弧面段R1过渡连接而成。

5.如权利要求4所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：最内层橡胶体（34）上端由平直段L1和开口弧面段R1过渡连接而成，下端由开口弧面段R1和水平段L2过渡连接，所述水平段L2硫化并包络在环状芯轴（1）的底部。

6.如权利要求1-5任意一项所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：所述橡胶体（3）与环状外套（2）的硫化面为整个环状外套（2）内侧壁斜面（21）。

7.如权利要求6所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：环状外套（2）顶端具有内侧壁斜面（21）过渡连接的竖直侧壁（22），橡胶体（3）与环状外套（2）的硫化面为整个环状外套（2）内侧壁斜面（21）以及竖直侧壁（22）。

8.如权利要求1所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：所述环状芯轴（1）底部面积S1和占比环状外套（2）底部面积S2不低于75%。

9.如权利要求6所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：所述环状外套（2）内侧壁斜面（21）的斜率K1在4.5~5.5之间。

10.如权利要求6所述的狭长空间内承载垂向大变形载荷的橡胶弹簧，其特征在于：所述环状芯轴（1）的外侧壁斜面的斜率K2在6.5~7.7之间。