[发明专利]轨道车辆用牵引球铰及其刚度设计方法

说明书

轨道车辆用牵引球铰，包括外套、芯轴和硫化粘结在芯轴与外套之间的橡胶层，其特征在于所述的芯轴与橡胶层粘结部件的中间段为沿径向向外突起的圆弧面突起，所述的圆弧面突起的中线与芯轴的中线重合，所述的橡胶层的变形型面为沿轴向从外向内逐渐贴近外套内壁的外凸圆弧面，变形型面的圆弧半径为R1，圆弧面突起的圆弧半径为R2，R1R2。本发明可实现对球铰的轴、径、偏、扭四项刚度调节，并且提高球铰在承载过程中的非线性刚度特性和抗疲劳性能。本发明还提供一种轨道车辆用牵引球铰的刚度设计方法。

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆用牵引球铰及其刚度设计方法，属于轨道车辆弹性元件技术领域。

背景技术

球铰是常用的一种橡胶金属复合的减振、连接元件，主要作用为连接车体和构架，

可以进行传递力并提供多向缓冲的原件。采用金属件与橡胶通过胶黏剂在一定的温度和压力下硫化成一个整体，其作用是利用硫化橡胶起减振缓冲作用，金属件起支承和安装接口。

随着轨道车辆线路增多，各线路的运行工况也不尽相同，现有的球铰存在缺陷是：

1、不同运行工况，对球铰在承载过程中的刚度要求也不相同，球铰为了更好地满足保证车辆的动力学要求和安全性，要求其径向、轴向、偏转和扭转刚度满足运行工况的承载需求，但现有球铰的结构很难对球铰四项刚度根据运行工况的承载需求进行调整。

2、球铰中的橡胶型面采用向内凹进的U型结构，在大载荷下容易出现褶皱开裂和挤压开裂，疲劳寿命短，

3、球铰在承载过程的非线性刚度特性不高，无法满足大载荷下的非线性刚度需求。

CN 106032832 A，公开了一种球铰类橡胶弹性元件，包括芯轴，套设于所述芯轴外的橡胶，套设于所述橡胶外的外套，所述外套的长度大于所述橡胶的长度，且所述橡胶自与所述外套相接的一侧至与所述芯轴相接的一侧长度逐增。此方案中橡胶自与所述外套相接的一侧至与所述芯轴相接的一侧长度逐增，压缩时橡胶层侧面不会形成褶皱，而是贴近式贴紧外套，以减少橡胶层的开裂和褶皱，但此方案中并没有给出如何根据承载需求，对球铰的四项刚度和非线性刚度特性进行改进。

发明内容

本发明提供针对现有技术中存在的问题，提供一种轨道车辆用牵引球铰及其刚度设计方法，可实现对球铰的轴、径、偏、扭四项刚度调节，并且提高球铰在承载过程中的非线性刚度特性和抗疲劳性能。

为达到上述目的本发明采用的技术方案是：

轨道车辆用牵引球铰，包括外套、芯轴和硫化粘结在芯轴与外套之间的橡胶层，其特征在于所述的芯轴与橡胶层粘结部件的中间段为沿径向向外突起的圆弧面突起，所述的圆弧面突起的中线与芯轴的中线重合，所述的橡胶层的变形型面为沿轴向从外向内逐渐贴近外套内壁的外凸圆弧面，变形型面的圆弧半径为R1，圆弧面突起的圆弧半径为R2，R1R2。

优选的，所述的变形型面与外套内壁之间通过圆角过渡，与芯轴之间通过圆角二平滑过渡，所述的圆角的圆弧半径为R，橡胶层在芯轴与外套间的径向预挤压缩量H，H/4≤R≤H/2，变形型面与外套内壁的最小间距为H/2~2R。

优选的，所述的变形型面沿轴向的外端位于外套端面的内侧，且变形型面沿轴向的外端与外套端面的轴向距离不超过2mm。

优选的，所述的变形型面沿轴向的宽度为A， A≤R1≤2A。

优选的，所述的圆弧面突起的轴向宽度不小于芯轴与橡胶层粘结部件的轴向宽度的80%。

优选的，所述的芯轴由实心的内轴和套装在内轴上的外轴组成，外轴设置在内轴的中间位置与橡胶层硫化粘结，外轴的中间段为圆弧面突起。