一种弹性衬套抗形变性能提升方法及大变形弹性衬套与流程

本发明涉及一种弹性衬套及其性能提升方法，具体涉及一种弹性衬套抗形变性能提升方法及大变形弹性衬套。

背景技术：

弹性衬套为轨道车辆上广泛使用的一种支撑及减振结构，其典型结构为在一个中空的芯轴和外套之间硫化橡胶层，形成金属-橡胶-金属的结构，装配时通过外套的螺孔对弹性衬套进行定位、芯轴中间进行组装，在工作过程中弹性衬套同时提供垂向、横向和纵向支撑。当前通用的结构中，外套和芯轴均为一个环形整体，橡胶全部填满于芯轴与外套之间的空间，使弹性衬套具有耐压不耐拉的特性，因此在使用过程中，穿过芯轴内的装配杆与弹性衬套之间的横向位移和纵向位移均不能太大，否则如当位移过大时，对装配杆一侧的橡胶施以极大的压力，而对另一侧的橡胶会施以极大的拉扯力，导致橡胶撕裂或者与外套间剥离。为了提高弹性衬套的性能，使其满足不同的使用要求，通常会对弹性衬套进行结构上的改变。

如申请号cn201320096324.0，名称为“直线电机车辆转向架用弹性衬套”的实用新型专利公开了一种直线电机车辆转向架用弹性衬套，包括外套和弹性衬套内体，所述弹性衬套内体包括一体化的内套、弹性体和芯轴，通过橡胶型面的设计，使弹性衬套在承受的径向载荷的同时，达到产品性能的要求。

上述方案没有考虑弹性衬套在承受外力时的变形问题，还是不能适用于横向或纵向载荷过大而导致芯轴位移太大的环境。

又有申请号cn201010285540.0，名称为“列车转向架抗侧滚扭杆的弹性衬套”的发明专利申请公开了一种列车转向架抗侧滚扭杆的弹性衬套。它包括两对称的、不相连的半圆形衬套组件。每个半圆形衬套组件从外向内依次为外套、橡胶层i、内套、橡胶层ii。外套外圈上开有壁孔，圆柱销嵌装在壁孔中后再与外套相焊接。外套和内套由橡胶层i的橡胶硫化固接成一体。内套内圈上由橡胶硫化固接一层橡胶层ii。所述的外套、内套和圆柱销均由金属材料制成。本发明的优点是提供了一种能辅助列车转向，结构简单，震动小，噪音低，列车柔性结构好，列车运行品质高的一种列车转向架抗侧滚扭杆的弹性衬套。

上述方案是一种用于扭杆系统的支撑球铰，仅需要提供一个径向刚度，不能适用于垂向、纵向和横向都需提供支撑的环境。因此，还是需要一种能够提供大变形并在相互垂直的三个方向上都能提供支撑的弹性衬套结构和方法。

技术实现要素：

本发明针对当前弹性衬套不能在同时提供垂向、纵向和横向三个方向支撑的情况下满足纵向和横向大位移变形的需求，提出了一种弹性衬套抗形变性能提升方法及大变形弹性衬套，满足轨道车辆使用时多方位性能的要求。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种弹性衬套抗形变性能提升方法，将芯轴沿横向分割成对称的两瓣后与一个完整的外套硫化成整体，且硫化后的橡胶层也分成沿横向上对称的两瓣，以提升弹性衬套使用过程中承受纵向载荷后芯轴沿纵向位移时的抗形变性能。

进一步地，通过在弹性衬套内横向上的两端处设置对称的空穴，降低弹性衬套横向上的刚度。

进一步地，通过在弹性衬套内横向上两端的空穴处设置硫化在外套上的止挡块，实现芯轴横向位移时的止挡。

进一步地，通过在橡胶层内设置隔板的方式提高弹性衬套的纵向刚度。

进一步地，通过调整橡胶层内隔板的层数和/或隔板的厚度、大小实现弹性衬套不同的纵向刚度和挠度。

进一步地，通过在弹性衬套垂向上的底端处设置止挡板的方式实现芯轴垂向位移时的止挡。

进一步地，通过在芯轴内部设置耐磨衬套的方式减小使用过程中芯轴与装配体的摩擦。

一种大变形弹性衬套，包括芯轴和外套，以及将芯轴和外套硫化成整体的橡胶层，其中芯轴沿横向分割成对称的两瓣，橡胶层也为对称的两瓣，外套为环形整体。

进一步地，在弹性衬套内横向上的两端处设置对称的空穴。

进一步地，两个空穴内均设有与外套硫化成整体的止挡块。

进一步地，两瓣橡胶层内均设有隔板。

进一步地，每瓣橡胶层内的隔板数均为一个以上。

进一步地，弹性衬套垂向底端处设有止挡板。

进一步地，芯轴内部设有耐磨衬套。

进一步地，芯轴顶端设有朝外周伸出的凸台。

本发明的有益效果是：

1.本发明的弹性衬套通过将芯轴和橡胶层沿横向上分隔成对称的两部分，使弹性衬套在受到较大纵向载荷芯轴产生较大位移时，不会拉扯某一侧的橡胶，提升了弹性衬套纵向上的抗形变性能。

2.本发明通过在弹性衬套的横向两端内部处设置空穴，降低了弹性衬套的横向刚度。

3.本发明通过在弹性衬套的空穴内设置与外套硫化成一体的止挡块，使弹性衬套具有横向限位能力，避免芯轴在横向上产生太大的位移，提升了弹性衬套横向上的抗形变性能。

4.本发明通过在橡胶层内设置隔板，提高了弹性衬套的纵向刚度，同时通过调整隔板的数量和/或厚度，调整弹性衬套的纵向刚度和挠度，扩大了弹性衬套的使用范围。

5.本发明通过在芯轴的垂向底端处设置止挡板，使弹性衬套具有垂向限位能力，避免芯轴在垂向上产生太大的位移，提升了弹性衬套垂向上的抗形变性能。

6.本发明通过在芯轴内部设置耐磨衬套，避免使用过程中产生位移时芯轴与装配杆之间的直接摩擦，提高了弹性衬套的使用寿命。

附图说明

图1为实施例一弹性衬套沿径向上的剖视示意图；

图2为实施例二弹性衬套沿轴向上的剖视示意图；

图3为实施例三弹性衬套沿轴向上的剖视示意图；

图4为实施例四弹性衬套沿轴向上的剖视示意图；

图5为实施例四弹性衬套沿径向上的剖视示意图；

图6为实施例五弹性衬套沿径向上的剖视示意图；

图7为实施例六弹性衬套沿径向上的剖视示意图；

图中：1.芯轴，11.凸台，2.橡胶层，3.外套，31.安装孔，4.空穴，5.止挡块，6.隔板，7.耐磨衬套，8.止挡板。

其中各图中a处箭头所示的方向为横向，b处箭头所示的方向为纵向，c处箭头所示的方向为垂向。

具体实施方式

两瓣芯轴的上端处都设有凸台。

下面结合附图对本发明进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例一

一种用于轨道车辆的大变形弹性衬套，可用于轴箱上作为一系簧使用，也可作为中心销套用在牵引杆系统中。如图1所示，由内到外包括芯轴1、橡胶层2、外套3，橡胶层2将芯轴1和外套3硫化成整体，外套3上设有安装孔31，芯轴1为中空结构，在使用过程中，螺栓通过外套3的安装孔31将弹性衬套进行固定，具有环形凸台的装配杆穿过芯轴1进行装配，装配杆的环形凸台压到芯轴1和橡胶层2的顶端处，弹性衬套主要通过芯轴1处提供垂向上的支撑，在车辆运行过程中，装配杆将受到的作用力传递给芯轴1，带动芯轴1产生纵向、横向或垂向等方向的运动。其中芯轴1沿横向被分割成相对称的两瓣，硫化后的橡胶层2也为相对称的两瓣。由于弹性衬套的使用环境，在纵向上会承受较大载荷，在外套3固定的情况下，芯轴1承受大的纵向载荷时，会在纵向上产生较大的位移，此时，一侧的橡胶层2受到挤压，芯轴1和橡胶层2分成两瓣的结构可以使另一侧的橡胶层2则不被受到拉扯，避免大形变时橡胶层2的撕裂或剥离，提升了弹性衬套在纵向上的抗形变性能。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上做出改进，如图2所示，本实施例中的弹性衬套内设有两个较大的空穴4，空穴4位于弹性衬套内沿横向的两个端部处，橡胶层2没有填满外套3位于横向两端处的内壁，使弹性衬套内部在横向上形成空向，降低了横向刚度，满足车辆纵向和横向上的不同刚度需求。而通过调整空穴4的大小进而调整弹性衬套在横向上的刚度，扩大了弹性衬套径轴刚度比的可调节范围，进而扩大了弹性衬套的适用范围。

实施例三

本实施例在实施例二的基础上做出改进，如图3所示，本实施例在弹性衬套的两个空穴4内各设置一个止挡块5，两个止挡块5分别硫化在外套3沿横向的两端处，当芯轴1受到横向载荷而带动橡胶层2产生横向移动时，止挡块5能够限制芯轴1的横向移动距离，使弹性衬套具有横向限位止挡能力，提升了弹性衬套横向上的抗形变性能，同时也使弹性衬套在横向具有变刚度的性能。并且，当横向位移过大时，车辆会产生蛇形运动，止挡块5的设置能够有效控制这种情况。

实施例四

本实施例可在上述任一实施例的基础上做出改进，如图4和图5所示，本实施例在橡胶层2内设置隔板6，由于隔板6一般为金属材料，硬度大于橡胶，因此隔板6的设置提高了弹性衬套的纵向刚度，且隔板6将每瓣橡胶层2分成多个部分，同时也改变了弹性衬套的挠度。而且隔板6的数量和规格尺寸可根据弹性衬套的使用环境选择，以满足不同的纵向刚度和挠度需求，比如当增加隔板6数量或增大隔板6厚度等时，可以提高弹性衬套的刚度。

实施例五

本实施例可在上述任一实施例的基础上做出改进，如图6所示，本实施例在芯轴1的内部设有耐磨衬套7，当装配杆与弹性衬套组装成整体时，耐磨衬套7将装配杆和弹性衬套隔离开，避免在使用过程中，装配杆与芯轴1之间产生相对运动时产生摩擦，影响其使用寿命。

实施例六

本实施例可在上述任一实施例的基础上做出改进，如图7所示，本实施例在弹性衬套垂向上的底端处设有止挡板8，当芯轴1受力发生垂向位移时，止挡板8能够限制芯轴1的移动距离，使弹性衬套具有垂向限位能力，提升了弹性衬套垂向上的抗形变性能，同时也使弹性衬套在垂向具有变刚度的性能。

由于外套3整体形状为环状的凸台，为了使止挡板8能够顺利设置在弹性衬套的轴向底端处且保证止挡板8的使用寿命，可将止挡板8设计成金属板-橡胶-金属板的结构，且可采取最底层的金属板直径稍大于外套3内径，将止挡板8过盈压装入外套3内；或者可采取将最底层的金属板与外套3焊接成整体；或者螺栓连接或铆接，此时可在最底层金属板下端设置凸出的一圈或者凸出的数个连接点。将止挡板8稳固与外套3连接，保证在使用过程中不会掉出。最上层的金属板直径最好大于芯轴1的外径，以使芯轴1产生垂向位移时能够全部落到止挡板8，保证芯轴1与止挡板8之间的作用力尽量均匀，延长弹性衬套的使用寿命。而两个金属板之间的橡胶优选设置成类似于凸台的形状，当芯轴1挤压止挡块8时，橡胶能向其周围释放应力，延长使用寿命。

实施例七

本实施例可在上述任一实施例的基础上做出改进，在两瓣芯轴1的上端处都设有朝外周伸出的凸台11，两个凸台11组合成一个环状，当装配杆装入到芯轴1后，装配杆的压力全部施加到芯轴1，再由芯轴1传递到橡胶层2，避免装配杆与橡胶层2顶端直接接触而在装配杆与弹性衬套的相对位移过程中摩擦橡胶层2顶部。同时，也避免芯轴1内壁与装配杆外壁间摩擦力过大时导致芯轴1与橡胶层2之间产生垂直方向的相对位移，延长了弹性衬套的使用寿命。

上述实施例还涉及一种弹性衬套抗形变性能提升方法，将芯轴1分割成对称的两瓣后通过橡胶硫化在整体的外套3内部，且硫化后的橡胶层2也为对称的两瓣，形成芯轴1和橡胶层2沿横向有间隙的对称结构，当承受较大纵向载荷芯轴1发生纵向位移时，避免拉扯某一侧处的橡胶层2，提升了弹性衬套抗形变的性能。

而且，还可通过在弹性衬套内沿横向的两端处设置空穴4，降低弹性衬套的横向刚度，使其满足大纵向刚度和小横向刚度的使用需求，且其横向刚度还可通过改变空穴4的大小来调节，扩大了弹性衬套纵轴刚度比的可调节范围。

同时，还可通过在空穴4内设置与外套3硫化成整体的止挡块5，使弹性衬套具有横向限位能力，避免横向位移过大。还可通过在垂向端部处也设置止挡板8，使弹性衬套具有垂向限位能力，避免垂向位移过大。

此外，还可通过在橡胶层2内设置隔板6，提高了弹性衬套的纵向刚度。且通过调整隔板6的数量和尺寸等，调节弹性衬套的纵向刚度，进一步扩大了弹性衬套纵轴刚度比的可调节范围。

另外，还可通过在芯轴1内设置耐磨衬套7，避免芯轴1与装配杆之间的直接摩擦，提高了弹性衬套的使用寿命。还可将芯轴1顶端设计成具有凸台的结构，避免装配杆与橡胶层2接触而对橡胶层2产生摩擦，同时也避免芯轴1与橡胶层2之间的剥离。

上述各实施例对应的附图中表示的某些结构，可以视情况添加或去除，并不表示对某个特定实施例的结构限制。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。