一種錐形彈簧大幅度變剛度的方法及產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)車(chē)上的錐形彈簧的改進(jìn)，具體涉及調(diào)節(jié)錐形彈簧的剛度變化的方法 及錐形彈簧結(jié)構(gòu)，該種方法及錐形彈簧結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)錐形彈簧多次變剛度，并防止錐形彈 簧橡膠因使用壓縮時(shí)產(chǎn)生褶皺而開(kāi)裂。屬于彈性減震技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 錐形彈簧又稱(chēng)為軸箱彈簧，主要指在機(jī)車(chē)上金屬與橡膠結(jié)合的具有減振作用的彈 簧。錐形彈簧是安裝在軌道機(jī)車(chē)軸箱和構(gòu)架之間起支撐、減震降噪的作用，是常用的一種橡 膠金屬?gòu)?fù)合的減振降噪元件，安裝在機(jī)車(chē)一系懸掛和二系懸掛的車(chē)體上，主要作用為承受 車(chē)體和構(gòu)架的載荷。采用錐形金屬件與橡膠通過(guò)膠黏劑在一定的溫度和壓力下硫化成一個(gè) 整體，其作用是利用硫化橡膠起減振、降噪作用，金屬件起支承和安裝接口。
[0003] 隨著機(jī)車(chē)技術(shù)的發(fā)展，特別是高鐵動(dòng)車(chē)組、城軌、地鐵和低地板車(chē)技術(shù)的發(fā)展，錐 形彈簧為了更好地滿(mǎn)足保證機(jī)車(chē)的動(dòng)力學(xué)要求和安全性，要求錐形彈簧垂向剛度有變剛 度，且不能出現(xiàn)垂向剛度出現(xiàn)反S曲線現(xiàn)象。垂向剛度出現(xiàn)反S曲線是由于現(xiàn)有錐形彈簧 結(jié)構(gòu)的橡膠體沒(méi)有強(qiáng)烈的相互擠壓，也沒(méi)有外凸的凸臺(tái)與橡膠接觸擠壓，空載時(shí)錐形彈簧 垂向變剛度太小，而機(jī)車(chē)加載時(shí)，尤其是在最大垂向載荷下，需要錐形彈簧的橡膠部分能提 供足夠大的垂直剛度時(shí)，現(xiàn)有的錐形彈簧又無(wú)法提供大變剛度，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的變剛 度，剛度曲線呈現(xiàn)反"S"現(xiàn)象；具有反"S"曲線的錐形彈簧，在空載下剛度比較大，有造 成車(chē)輛脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。另外，機(jī)車(chē)在加速、減速或轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)需要錐形彈簧有合適的橫向變剛度 和縱向變剛度，使機(jī)車(chē)更符合動(dòng)力學(xué)要求，有良好的橫向和縱向減振、降噪能力。因此適當(dāng) 增加機(jī)車(chē)橫向變剛度和縱向變剛度的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)多次剛度變化，能讓機(jī)車(chē)行駛更為平穩(wěn)、順 暢。又由于錐形彈簧是金屬與橡膠硫化而成的整體，不能拆開(kāi)也不方便進(jìn)行局部修復(fù)，因而 錐形彈簧是終身免維修的產(chǎn)品。隨著機(jī)車(chē)技術(shù)的發(fā)展，其疲勞載荷也越來(lái)越苛刻，對(duì)疲勞性 能的要求越來(lái)越嚴(yán)，目前的錐形彈簧的結(jié)構(gòu)在使用時(shí)，由于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)橡膠的型面都是采用 單一結(jié)構(gòu)的形面，產(chǎn)品在垂向載荷下，上下部的橡膠型面容易出現(xiàn)"褶皺"變形，形成應(yīng)力集 中，且產(chǎn)品的垂向載荷完全由橡膠承擔(dān)，應(yīng)力和應(yīng)變都較大，最終由于橡膠疲勞導(dǎo)致橡膠 開(kāi)裂。這就需要一種既可調(diào)節(jié)變剛度，同時(shí)又能防止使用時(shí)出現(xiàn)褶皺的錐形彈簧來(lái)滿(mǎn)足上 述要求。
[0004] 通過(guò)國(guó)內(nèi)檢索發(fā)現(xiàn)以下專(zhuān)利與本發(fā)明有相似之處： 申請(qǐng)?zhí)枮?01010285627. 8,名稱(chēng)為"城市軌道列車(chē)轉(zhuǎn)向架的軸箱彈簧"的發(fā)明，此發(fā)明 是一種城市軌道列車(chē)轉(zhuǎn)向架的軸箱彈簧。芯軸外圈上從內(nèi)向外依次設(shè)置有隔套I、隔套II 和外套。芯軸、隔套I、隔套II和外套均由全屬材料制成，相鄰兩金屬材料之間分別設(shè)置有 橡膠層III、橡膠層II和橡膠層I。所述的芯軸、隔套I、隔套II、外套外露金屬表面均涂有 底漆面漆。此發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種列車(chē)車(chē)輪運(yùn)行時(shí)在垂向、橫向、縱向靜態(tài)剛性很小， 能提高車(chē)輛運(yùn)行時(shí)的柔性和品質(zhì)的城市軌道列車(chē)轉(zhuǎn)向架的軸箱彈簧。
[0005] 由于申請(qǐng)?zhí)枮?01010285627. 8的發(fā)明沒(méi)有在最大垂向載荷下大幅度增加軸箱彈 簧的橡膠部分的垂向剛度的結(jié)構(gòu)，因此在大的垂向載荷下主要靠金屬部件來(lái)增大剛度，這 樣會(huì)影響到軸箱彈簧的減振效果。
[0006] 申請(qǐng)?zhí)枮?01420467799. 0,名稱(chēng)為"一種鐵道重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架用軸箱"的實(shí)用新 型，此實(shí)用新型公開(kāi)了一種鐵道重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架用軸箱彈簧。此實(shí)用新型的目的是提供一 種鐵道重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架用軸箱彈簧，以克服現(xiàn)有軸箱彈簧徑向剛度過(guò)大、重量重等缺點(diǎn)。本 實(shí)用新型包括外套、內(nèi)套、內(nèi)芯、第一橡膠層和第二橡膠層，其特征在于：所述第一橡膠層、 第二橡膠層與外套、內(nèi)套及內(nèi)芯硫化成一整體，外套通過(guò)內(nèi)置于第一橡膠層、第二橡膠層表 面的銅導(dǎo)線與內(nèi)芯連接，第一橡膠層、第二橡膠層的側(cè)面延長(zhǎng)線與軸箱彈簧頂部平面之間 的夾角為100-160°。此實(shí)用新型主要用作鐵道重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架上的軸箱彈簧。但是該實(shí) 用新型專(zhuān)利沒(méi)有讓軸箱彈簧實(shí)現(xiàn)多個(gè)變剛度的結(jié)構(gòu)，難以滿(mǎn)足機(jī)車(chē)在不同狀態(tài)所需的多次 剛度變化。
[0007] 因此，到目前為止尚未有能有效防止錐形彈簧在變剛度時(shí)防止橡膠體褶皺開(kāi)裂， 并能滿(mǎn)足機(jī)車(chē)在不同狀態(tài)所需的多次剛度變化的方法及裝置，因此很有必要對(duì)此進(jìn)一步加 以改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是： 1. 解決整體垂向變剛度出現(xiàn)反S曲線，機(jī)車(chē)空載時(shí)，錐形彈簧垂向剛度過(guò)大，有造成 機(jī)車(chē)脫軌的風(fēng)險(xiǎn)，起不到應(yīng)有的減振效果； 2. 實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)在最大垂向載荷下，錐形彈簧仍能僅通過(guò)橡膠來(lái)支撐載荷，避免由金屬和 橡膠共同支撐載荷時(shí)，錐形彈簧的減震、降噪效果變差； 3. 機(jī)車(chē)從空載到最大垂向載荷的過(guò)程中，錐形彈簧的橡膠的形狀都能是平滑沒(méi)有褶皺 的，以防止錐形彈簧的橡膠部分開(kāi)裂； 4. 機(jī)車(chē)在加速、減速或轉(zhuǎn)彎時(shí)，錐形彈簧能進(jìn)行多次剛度變化，讓機(jī)車(chē)運(yùn)行更平穩(wěn)、順 暢。
[0009] 針以上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種錐形彈簧大幅度變剛度的方法，包 括內(nèi)錐體、橡膠體和外錐體，橡膠體環(huán)繞在內(nèi)錐體的外圍，外錐體環(huán)繞在橡膠體的外圍，橡 膠體與內(nèi)錐體和外錐體一起形成一個(gè)錐形布置的橡膠金屬?gòu)椈?；橡膠體下端面分別與錐形 彈簧的內(nèi)錐體和外錐體連接，且橡膠體從與橡膠體內(nèi)錐體處到與外錐體連接是逐步上升趨 勢(shì)走向；其特點(diǎn)在于，內(nèi)錐體底部向外伸出有凸臺(tái)，在橡膠體下移到橡膠體下端面抵觸到凸 臺(tái)后，通過(guò)內(nèi)錐體底部向外伸出的凸臺(tái)與外椎體內(nèi)側(cè)的雙重約束配合產(chǎn)生大幅度變剛度。
[0010] 進(jìn)一步地，所述通過(guò)內(nèi)錐體底部向外伸出的凸臺(tái)與外椎體內(nèi)側(cè)的雙重約束配合產(chǎn) 生大幅度變剛度是在垂向載荷作用下，橡膠體下端面同時(shí)與外椎體內(nèi)側(cè)和內(nèi)椎體下部外凸 的凸臺(tái)通過(guò)滾動(dòng)方式逐漸貼緊，實(shí)現(xiàn)大幅度變剛度。
[0011] 進(jìn)一步地，所述凸臺(tái)的上表面為多段式結(jié)構(gòu)，每一段之間用圓弧過(guò)渡，通過(guò)調(diào)整凸 臺(tái)每一段的形狀、斜率、長(zhǎng)度和外椎體內(nèi)側(cè)的張開(kāi)角度，調(diào)整剛度變化的大小和剛度變化的 位置；并通過(guò)控制多段的數(shù)量實(shí)現(xiàn)多次變剛度的調(diào)整。
[0012] 進(jìn)一步地，所述凸臺(tái)的上表面多段式結(jié)構(gòu)中，每段的形狀是直線或弧線形狀，并將 每?jī)啥沃g通過(guò)圓弧段過(guò)渡連接起來(lái)，以保證橡膠體的上端下移過(guò)程中，橡膠體上端的形 狀始終保持平滑，不會(huì)產(chǎn)生褶皺和開(kāi)裂。
[0013] 進(jìn)一步地，所述多段上坡組合是兩段以上的直線段組合，且直線段與直線段之間 通過(guò)圓角段過(guò)渡，每一直線段具有不同的斜率和長(zhǎng)度，以保證橡膠體的上端下移過(guò)程中，橡 膠體上端的形狀始終保持平滑，不會(huì)產(chǎn)生褶皺和開(kāi)裂。
[0014] 進(jìn)一步地，所述直線段組合是二段直線段組合，其中，第一直線段的長(zhǎng)度為5-8_， 第一直線段與錐形彈簧軸線的夾角為86-88度；第二直線段的長(zhǎng)度為49-52mm，第二直線段 與錐形彈簧軸線的夾角為9-11度。
[0015] 進(jìn)一步地，所述橡膠體的下端面的環(huán)形圓角段的圓角半徑為15-25_。
[0016] 一種實(shí)現(xiàn)上述錐形彈簧大幅度變剛度方法的錐形彈簧，包括內(nèi)錐體、橡膠體和外 錐體，橡膠體環(huán)繞在內(nèi)錐體的外圍，外錐體環(huán)繞在橡膠體的外圍，橡膠體與內(nèi)錐體和外錐體 一起形成一個(gè)錐形布置的橡膠金屬?gòu)椈?；橡膠體下端面分別與錐形彈簧的內(nèi)錐體和外錐體 連接，且橡膠體從與橡膠體內(nèi)錐體處到與外錐體連接是逐步上升趨勢(shì)走向；其特點(diǎn)在于，在 錐形彈簧內(nèi)錐體的底部向外伸出有凸臺(tái)，橡膠體在下移到橡膠體下端面抵觸到凸臺(tái)后，通 過(guò)內(nèi)錐體底部向外伸出的凸臺(tái)與外椎體內(nèi)側(cè)的雙重約束配合產(chǎn)生大幅度變剛度。
[0017] 進(jìn)一步地，所述凸臺(tái)的上表面為多段式結(jié)構(gòu)，每一段之間用圓弧過(guò)渡，通過(guò)調(diào)整凸 臺(tái)每一段的形狀、斜率、長(zhǎng)度和外椎體內(nèi)側(cè)的張開(kāi)角度，調(diào)整剛度變化的大小和剛度變化的 位置；并通過(guò)控制多段的數(shù)量實(shí)現(xiàn)多次變剛度的調(diào)整。
[0018] 進(jìn)一步地，所述凸臺(tái)的上表面多段式結(jié)構(gòu)中，每段的形狀是直線或弧線形狀，并將 每?jī)啥沃g通過(guò)圓弧段過(guò)渡連接起來(lái)，以保證橡膠體的上端下移過(guò)程中，橡膠體上端的形 狀始終保持平滑，不會(huì)產(chǎn)生褶皺和開(kāi)裂。
[0019] 進(jìn)一步地，所述多段上坡組合是兩段以上的直線段組合，且直線段與直線段之間 通過(guò)圓角段過(guò)渡，每一直線段具有不同的斜率和長(zhǎng)度，以保證橡膠體的上端下移過(guò)程中，橡 膠體上端的形狀始終保持平滑，不會(huì)產(chǎn)生褶皺和開(kāi)裂。
[0020] 進(jìn)一步地，所述直線段組合是二段直線段組合，其中，第一直線段的長(zhǎng)度為 49-52mm，第一直線段與錐形彈簧軸線的夾角為9-11度；第二直線段的長(zhǎng)度為5-8mm，第二 直線段與錐形彈簧軸線的夾角為86-88度。
[0021] 進(jìn)一步地，所述橡膠體的下端面的環(huán)形圓角段的圓角半徑為15-25_。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是： 1.橡膠體的下端面為多段組合形面，且每?jī)啥沃g采用環(huán)形圓角段過(guò)渡，能實(shí)現(xiàn)多次 垂向剛度的平緩變化，不會(huì)出現(xiàn)錐形彈簧的垂向剛度突然增大的現(xiàn)象，能避免垂向剛度出 現(xiàn)反S曲線，從而有效的防止機(jī)車(chē)脫軌，同時(shí)也能讓錐形彈簧有很好的減震、降噪效果。
[0023] 2.橡膠體的下端面采用大于兩段以上的變形形面結(jié)構(gòu)，且每?jī)啥沃g采用環(huán)形圓 角段過(guò)渡，且通過(guò)合理調(diào)整各段的斜率、長(zhǎng)度，能有效防止橡膠體承受載荷，橡膠體的上端 下移的過(guò)程中，橡膠體上端形狀始終保持平滑，從而防止橡膠體上端開(kāi)裂。
[0024] 3.橡膠體的下端面采用多段的組合形面，每?jī)啥沃g采用環(huán)形圓角段過(guò)渡，因此 橡膠體能實(shí)現(xiàn)多次橫向剛度和縱向剛度的變化，且能讓橫向剛度和縱向剛度的變化比較平 緩，不會(huì)出現(xiàn)橫向剛度和縱向剛度的突然增大，從而使得機(jī)車(chē)在加速、減速或轉(zhuǎn)彎時(shí)，更為 平穩(wěn)、順暢，能增加車(chē)內(nèi)旅客的舒適感。
[0025] 4.錐形彈簧能通過(guò)改變每