[发明专利]一种节点类产品的橡胶自由型面设计方法

说明书

一种节点类产品的橡胶自由型面设计方法，根据节点类产品的接口尺寸和刚度性能要求，解析计算得出橡胶体的有效承载长度L；同时假设芯轴与外套间橡胶体末端的连线为K1，在K1的中点与外套末端N1以及芯轴末端N2之间选取橡胶型面的连接点，依次将外套末端N1、各连接点以及芯轴末端N2用线段连接并将连接点处圆弧过渡，得到橡胶型面的最终形状，将此型面朝内移动，得到橡胶体的自由型面。本发明能够依据牵引节点金属部件的结构特点，快速设计出橡胶自由型面，该橡胶自由型面在大径向载荷作用下能够实现平滑变形，变形后的橡胶自由型面呈现近似平直状态，不存在褶皱，能适应牵引节点的高承载、高寿命要求。

技术领域

本发明涉及一种橡胶自由型面的设计方法，具体涉及一种节点类产品的橡胶自由型面设计方法，可针对包括高速动车组用的牵引节点、定位节点、电机节点以及普通球铰类产品等在内的各类具有大承载工况要求的各类弹性元件橡胶自由型面设计。

背景技术

节点类产品通常都是由橡胶将金属芯轴和金属外套硫化成整体，起到既支撑又减振的作用，如高速动车组的牵引节点、定位节点和电机节点等均需满足减振降噪的性能需求，在其设计制造过程中，一个重点考虑的问题就是大承载工况下橡胶自由型面的设计，良好的橡胶自由面可以大幅程提高产品的承载变形能力和疲劳性能，但目前的橡胶自由型面设计具有一定的随意性，设计出来的橡胶自由型面在承载变形过程中存在橡胶自由型面褶皱，且可能出现不止一处褶皱。而出现褶皱的部位，往往是较易出现疲劳失效的危险区域。为了获得良好的橡胶自由型面，需要根据橡胶自由型面承载变形的仿真分析分析结果，对橡胶自由型面进行多轮优化，但即使这样，也很难获得承载变形后不存在褶皱的理想橡胶自由型面。

如申请号CN201710617061.6，名称为“牵引拉杆节点的橡胶型面设计方法及牵引拉杆节点”的发明专利申请，申请号CN201910675943.7，名称为“一种轴箱拉杆橡胶关节及提高抗疲劳性能方法”的发明专利申请，申请号CN201910753404.0，名称为“一种锥型橡胶截面牵引球铰及防止橡胶型面开裂的方法”的发明专利申请，都提及了通过橡胶自由面的型面设计来提高产品的性能的方法，但上述方式都是针对特定的环境来有针对性地设计的，而且需要多次调整，才能获得较理想的型面，无法形成一种通用的方式应用于不同的场合。

发明内容

本发明针对当前节点类产品的橡胶自由型面需要单独设计、多次调整才能满足要求的问题，提出了一种节点类产品的橡胶自由型面设计方法，能够根据节点类产品金属部件的结构特点，快速设计出橡胶自由型面。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种节点类产品的橡胶自由型面设计方法，根据节点类产品的接口尺寸和刚度性能要求，解析计算得出橡胶体的有效承载长度L；同时假设芯轴与外套间橡胶体末端的连线为K1，在K1的中点与外套末端N1以及芯轴末端N2之间选取橡胶型面的连接点，依次将外套末端N1、各连接点以及芯轴末端N2用线段连接并将连接点处圆弧过渡，得到橡胶型面的最终形状，将此型面朝内移动，得到橡胶体的自由型面。

进一步地，K1与外套的外表面垂直。

进一步地，解析计算得出橡胶体的有效承载长度是指根据橡胶节点各向刚度的计算公式计算橡胶层的内径R1、外径R2和长度L。

进一步地，各向刚度的技算公式采用以下方程组：

其中：L为橡胶体长度，G为橡胶的剪切模量，R2为橡胶体的外径，R1为橡胶体的内径，M为胶料硬度相关系数，S为内外径承载面积比，δ₁、δ₂、δ₃、δ₄为刚度计算修正系数。