專利名稱：一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法及產品的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種減振部件的組裝方法，特別是指球鉸類橡膠彈性元件產品的組裝方法，主要用于各種機車車輛的轉向架用的橡膠彈性元件中，同時也可以適用于工程機械等任何減振彈性連接的部位。本發明還涉及該種方法的產品。
背景技術：
球鉸類橡膠彈性元件是常用的一種橡膠金屬復合的減振元件，可廣泛應用于各種減振場所，尤其是在機車車輛的轉向架中應用十分普遍。在球鉸類橡膠彈性元件安裝時，為了提高球鉸類橡膠彈性元件的使用性能，多對球鉸類橡膠彈性元件的彈性元件部分人為制造一些預壓縮應力。現有的球鉸類橡膠彈性元件都是采用外套徑向壓縮來增加彈性元件的預壓縮應力，但現有的球鉸類橡膠彈性元件的外套都為剛性外套，如果是完整的外套，要想通過剛性外套的變形來為彈性體提供預壓縮應力是比較困難的。于是便有科技人員提出將整體式外鋼套改用分瓣式的外殼，這樣雖說外套壓縮起來是容易了，可又將出現因外套非整圓，而產生應力不一致，且壓裝后易出現不同心的問題，這樣將既導致很難控制壓裝力，又會因應力不一致而產生在運行中局部疲勞的現象。因此現有的分瓣式橡膠金屬球鉸仍不能達到滿意的效果。此外，由于受轉向架系統、節點套產品結構等條件的限制，國內原來開發的球鉸類橡膠彈性元件產品，不能提供理想的剛度匹配，尤其是當產品的外形尺寸較大，而徑向剛度又要求很小時，要滿足這些要求就更困難了。這些經多年的裝車運行結果表明，現有的球鉸類橡膠彈性元件產品的確存在著質量問題，產品未達到80萬公里的行車使用壽命即已破壞，廣深鐵路股份公司2003年匯報材料廣深車輛事業部自2001年10月開始采用裝有CW-2型轉向架的客車擔當岳陽一深圳間的運營任務，1年來，該批車輛共發生了14起彈簧折斷故障，經分析是由于其橡膠金屬球鉸嚴重失效引起，其中預壓縮應力控制不準，橡膠硫化不勻是最大的問題，這對行車安全造成了不良隱患，嚴重影響了旅客列車的運行品質。為了改進該產品，研究人員進行了多次改進，但都是從整體球鉸考慮的，對其預壓縮都是從剛性外套考慮的，尤其是對橡膠金屬球鉸的橡膠部分，主要只是考慮其整體的結構形狀，整個橡膠層是一次硫化成為一體的，但這種一體結構的橡膠層由于橡膠層軸向尺寸大，所以要保證硫化完全均勻是很難的，往往易出現內部橡膠不均勻現象，這就必然給產品留下了不良的隱患，所以極待改進。
發明內容
本發明的目的在于針對現有球鉸類橡膠彈性元件的不足，提供一種球鉸類橡膠彈性元件預壓縮方便，產生的應力不均勻小，同心度高，又易于控制預壓縮量的新型球鉸類橡膠彈性元件的組裝方法。
本發明的另一目的在于提供一種根據上述方法實施的產品。該產品具有橡膠硫化更均勻，剛度匹配更好，使用壽命更長的特點。
根據本發明的目的，所提出的技術實施方案是一種球鉸類橡膠彈性元件，包括金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套和芯軸，其特點在于球鉸類橡膠彈性元件的金屬外套、彈性橡膠體和金屬內套為相互獨立的二段式組合結構，整個球鉸類橡膠彈性元件是由兩個獨立的金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套組合構成的彈性體在芯軸上軸向組合起來的，球鉸類橡膠彈性元件的彈性橡膠體預壓縮應力是通過調整金屬外套與金屬內套相互間軸向位置實現的。彈性橡膠體預壓縮應力可以是金屬內套為軸向分離的二段，通過軸向壓縮金屬內套，調整金屬內套在芯軸上的軸向位置產生彈性橡膠體預壓縮應力。
其產品的結構是球鉸類橡膠彈性元件包括金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套和芯軸，彈性橡膠體位于金屬外套與金屬內套之間，且彈性橡膠體的外表面與金屬外套粘結在一起，彈性橡膠體的內表面與金屬內套粘結在一起，金屬內套緊套在芯軸上，其特點在于球鉸類橡膠彈性元件的金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套都為軸向二段式結構，金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套都分為獨立的兩半，組合構成兩半彈性體，且兩半彈性橡膠體與金屬內套均為軸向不連續的二段結構，在彈性橡膠體與金屬內套的二段之間有空氣隔離段。而每段彈性橡膠體可以是非軸向直線狀的彎弧形狀或彎折狀，其彎弧的曲率或彎折角度可以根據所需的軸徑向剛度比的要求調整，弧形角或彎折角為90°-160°。球鉸類橡膠彈性元件的徑、軸剛度比為1∶1-5∶1左右。此外，在金屬外套的二段接口處為“子口”相配，芯軸在必要時可以變成臺階狀，以提高承受軸向載荷的能力。
本發明的球鉸類橡膠彈性元件由兩個相互獨立的彈性體組合而成，在軸向方向橡膠是非連續的(有明顯的斷開面)，而非整體的，整個球鉸有四個橡膠自由面，從而能更有效的降低徑向剛度。而且球鉸主要通過調節內套及外套內部的角度來調整徑向和軸向剛度的大小及比值。可在比較大的范圍內進行調節，必要時可以設計得非常小，因而能得到較小的徑向剛度和較大的軸向剛度，實踐表明，這種結構可以非常容易地實現5∶1甚至小到1∶1的徑、軸剛度比。而傳統結構往往受到空間的限制，3∶1以下的徑、軸剛度比幾乎是不可想象的。該球鉸中橡膠部分得到預壓縮的途徑也比較特殊每個彈性體的內、外套在軸向設計有一個高度差Δ，當兩個彈性體壓入芯軸后，此高度差會消除(Δ＝0)，這就意味這內、外套之間會發生相對運動，從而使橡膠得到預壓縮，由于橡膠的壓縮模量三倍于剪切模量，這樣將進一步實現較大的軸向剛度和較小的徑向剛度。而且即使是在實現5∶1或者更小的的徑、軸剛度比的時候，球鉸也具有非常好的疲勞性能，原因是新結構的橡膠型面可以設計得比較流暢，厚度均勻，避免了傳統結構為了實現小的徑、軸剛度比的時候，所采用的截面突變非常大的外套和芯軸結構而導致的嚴重的應力集中。
附圖及說明
圖1為本發明一個實施例的結構示意圖；圖2為本發明一個實施例組合前的結構示意圖；圖3為本發明一個實施例的結構示意圖。
圖中1、球鉸類橡膠彈性元件；2、金屬外套；3、彈性橡膠體；4、金屬內套；5、芯軸；6、空氣隔離段；7、接口；8、彈性體；9、彈性體。
具體實施例方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。
實施例一從附圖中可以看出，球鉸類橡膠彈性元件1包括金屬外套2、彈性橡膠體3、金屬內套4和芯軸5，彈性橡膠體3位于金屬外套2與金屬內套4之間，且彈性橡膠體3的外表面與金屬外套2粘結在一起，彈性橡膠體3的內表面與金屬內套4粘結在一起，金屬內套4通過過盈配合緊套在芯軸5上，其特點在于球鉸類橡膠彈性元件1的彈性橡膠體3預壓縮應力是采用一種軸向壓縮來提供預壓縮應力的，球鉸類橡膠彈性元件1的金屬外套2、彈性橡膠體3、金屬內套4為相互獨立的二段式組合結構，先將金屬內套4、金屬外套2及彈性橡膠體3整體硫化成左右兩個彈性體8和9，再將兩個彈性8和9通過過盈配合壓入芯軸5，從而形成一個完整的球鉸。彈性橡膠體預壓縮應力是過軸向壓縮金屬內套4，調整金屬內套4在芯軸5的軸向位置產生彈性橡膠體預壓縮應力。同時，球鉸類橡膠彈性元件1的金屬外套2和彈性橡膠體3也都為軸向二段式結構，且彈性橡膠體3與金屬內套4均為軸向不連續的二段結構，在彈性橡膠體3與金屬內套4的二段之間有空氣隔離段6。此外，每段彈性橡膠體可以是非軸向直線狀的彎弧形狀或彎折狀，其彎弧的弧形角或彎折角A或B為90°。這樣可以獲得比較高的軸向剛度，球鉸類橡膠彈性元件的徑、軸剛度比可達到1∶1左右。此外，在金屬外套2的二段接口7處為“子口”相配，芯軸5在必要時可以變成臺階狀，以提高承受軸向載荷的能力。
實施例二實施例二與實施例一的結構是一樣的，只是每段彈性橡膠體可以是非軸向直線狀的彎弧形狀或彎折狀，其彎弧的弧形角或彎折角A或B為160°，球鉸類橡膠彈性元件的徑、軸剛度比可達到5∶1左右。這樣可以獲得比較高的徑向剛度。
實施例三實施例三與實施例一的結構是一樣的，只是每段彈性橡膠體可以是非軸向直線狀的彎弧形狀或彎折狀，其彎弧的弧形角或彎折角A或B為120°，球鉸類橡膠彈性元件的徑、軸剛度比為可達到3∶1左右。這樣可以獲得比較均勻的徑向和軸向剛度。
權利要求
1.一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法，屬于球鉸類橡膠彈性元件，包括金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套和芯軸，其特征在于球鉸類橡膠彈性元件的金屬外套、彈性橡膠體和金屬內套為相互獨立的二段式組合結構，整個球鉸類橡膠彈性元件是由兩個獨立的金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套組合構成的彈性體在芯軸上軸向組合起來的，球鉸類橡膠彈性元件的彈性橡膠體預壓縮應力是通過調整金屬外套與金屬內套相互間軸向位置實現的。
2.如權利要求1所述的一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法，其特征在于彈性橡膠體預壓縮應力是先將金屬內套(4)、金屬外套(2)及彈性橡膠體(3)整體硫化成左右兩個彈性體(8)和(9)，再將兩個彈性(8)和(9)通過過盈配合壓入芯軸(5)的，通過軸向壓縮金屬內套，調整金屬內套在芯軸上的軸向位置產生彈性橡膠體預壓縮應力。
3.如權利要求1所述的一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法的產品，包括金屬外套(2)、彈性橡膠體(3)、金屬內套(4)和芯軸(5)，彈性橡膠體(3)位于金屬外套(2)與金屬內套(4)之間，且彈性橡膠體(3)的外表面與金屬外套(2)粘結在一起，彈性橡膠體(3)的內表面與金屬內套(4)粘結在一起，金屬內套(4)通過過盈配合緊套在芯軸(5)上，其特征在于金屬外套(2)、彈性橡膠體(3)、金屬內套(4)為二段式組合結構，金屬內套(4)、金屬外套(2)及彈性橡膠體(3)整體硫化成左右兩個獨立的彈性體，兩個彈性體與芯軸(5)通過過盈配合緊固在一起。
4.如權利要求3所述的一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法的產品，其特征在于所述的彈性橡膠體(3)與金屬內套(4)均為軸向不連續的二段結構，在彈性橡膠體(3)與金屬內套(4)的二段之間有空氣隔離段(6)。
5.如權利要求3所述的一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法的產品，其特征在于所述的彈性橡膠體(3)的每段彈性橡膠體是非軸向直線狀的彎弧形狀或彎折狀，球鉸類橡膠彈性元件的徑、軸剛度比為5∶1-1∶1。
6.如權利要求3所述的一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法的產品，其特征在于所述的彈性橡膠體(3)彎弧的弧形角或彎折角(A、B)為90°-160°。
7.如權利要求3所述的一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法的產品，其特征在于所述的金屬外套(2)的二段接口(7)處為“子口”相配。
8.如權利要求3所述的一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法的產品，其特征在于所述的芯軸(5)在為臺階狀。
全文摘要
一種組合式球鉸類橡膠彈性元件軸向預壓縮方法及產品，屬于一種球鉸類橡膠彈性元件，包括金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套和芯軸，其特點在于球鉸類橡膠彈性元件的金屬外套、彈性橡膠體和金屬內套為相互獨立的二段式組合結構，整個球鉸類橡膠彈性元件是由兩個獨立的金屬外套、彈性橡膠體、金屬內套組合構成的彈性體在芯軸上軸向組合起來的，球鉸類橡膠彈性元件的彈性橡膠體預壓縮應力是通過調整金屬外套與金屬內套相互間軸向位置實現的。彈性橡膠體預壓縮應力可以是金屬內套為軸向分離的二段，通過軸向壓縮金屬內套，調整金屬內套在芯軸上的軸向位置產生彈性橡膠體預壓縮應力。
文檔編號B61F5/00GK1828084SQ20051003172
公開日2006年9月6日 申請日期2005年6月22日 優先權日2005年6月22日
發明者張春良, 袁貴根, 唐先賀 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司