一種提高剛度的球鉸及提高球鉸剛度的方法
【專利摘要】一種提高剛度的球鉸，球鉸包括橡膠層、芯軸和外套，芯軸外圍的主圓弧段的兩側(cè)設(shè)向外側(cè)凸出的外凸圓弧段，且外凸圓弧段的圓弧半徑小于主圓弧段的圓弧半徑，外凸圓弧段的外側(cè)設(shè)有向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段。在芯軸的主圓弧段的兩側(cè)削出向外側(cè)凸出的外凸圓弧段，在外凸圓弧段的外側(cè)削出向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段，同時使得硫化在芯軸上的橡膠層的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變。通過改變球鉸中芯軸和橡膠層的結(jié)構(gòu)，增加了球鉸的剛度。本發(fā)明中外凸圓弧段和內(nèi)凹圓弧段使得球鉸的開口處尺寸增大，且主圓弧段、外凸圓弧段和內(nèi)凹圓弧段之間是平滑的過渡，能有效的降低橡膠層的應(yīng)變，從而提高產(chǎn)品的抗疲勞性能和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
【專利說明】
_種提局剛度的球較及提局球較剛度的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種提高球鉸剛度的方法及產(chǎn)品，具體涉及一種通過改進球鉸中的芯軸和橡膠層兩側(cè)的結(jié)構(gòu)來提高球鉸剛度的方法及產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]球鉸是常用的一種橡膠金屬復(fù)合的減振、連接元件，主要作用為連接車體和構(gòu)架，可以進行傳遞力并提供多向緩沖的原件。采用金屬件與橡膠通過膠黏劑在一定的溫度和壓力下硫化成一個整體，其作用是利用硫化橡膠起減振緩沖作用，金屬件起支承和安裝接口。
[0003]在現(xiàn)有的球鉸產(chǎn)品中，一般采用單弧度設(shè)計。隨著科技進步，球鉸徑向剛度要求越來越大，同時產(chǎn)品的偏扭轉(zhuǎn)剛度不變，現(xiàn)階段的這種設(shè)計已經(jīng)難以滿足這種需求。隨著機車車輛技術(shù)的發(fā)展，特別是高速重載機車技術(shù)的發(fā)展，球鉸為了更好地滿足保證車輛的動力學(xué)要求和安全性，要求剛度越來越大，但同時要保證產(chǎn)品的尺寸，需要一種新型的結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)這些要求。
[0004]目前為了提高球鉸的剛度采用的方法有:
1.采用增大產(chǎn)品體積來實現(xiàn)提高剛度，這種方法占用空間大，產(chǎn)品太重，安裝麻煩，還可能會造成相關(guān)聯(lián)的部件的位置和尺寸要進行改造；
2.采用硬度很高的膠料來制造橡膠層，這種方法會使得產(chǎn)品的應(yīng)變較大，產(chǎn)品的抗疲勞性能不理想。
[0005]通過國內(nèi)檢索發(fā)現(xiàn)以下專利與本發(fā)明有相似之處:
申請?zhí)枮镃N200810143954.2，名稱為“一種球鉸類橡膠彈性元件變剛度方法及球鉸類橡膠彈性元件”的發(fā)明公開了一種球鉸類橡膠彈性元件變剛度方法及球鉸類橡膠彈性元件，采取四瓣式球鉸類橡膠彈性體組合方式，兩個為一組，并且是以相對的兩個為一組，構(gòu)成相互垂直的兩組球鉸類橡膠彈性體;通過改變兩組球鉸類橡膠彈性體的垂直方向結(jié)構(gòu)，使得兩組球鉸類橡膠彈性體的剛度性能不一樣，并通過調(diào)整兩組球鉸類橡膠彈性體的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)球鉸類橡膠彈性體的變剛度，以滿足各個方向具有不同剛度性能要求。所述的相互垂直的兩組球鉸類橡膠彈性體，一個方向的橡膠彈性體與金屬外套是無間隙地整體硫化在一起，另一個方向的橡膠彈性體與金屬外套之間的留有一定間隙。
[0006]申請?zhí)枮镃N200910043823.1，名稱為“一種球鉸類橡膠彈性元件組裝方式及產(chǎn)品”的發(fā)明公開了一種球鉸類橡膠彈性元件組裝方式及產(chǎn)品，將彈性橡膠體與金屬內(nèi)套構(gòu)成的彈性體壓入金屬外套后，再將金屬止擋壓入金屬外套;然后再將金屬外套進行翻邊，并在翻邊過程中迫使金屬止擋壓縮彈性橡膠體，通過金屬外套翻邊來實現(xiàn)球鉸類橡膠彈性元件的彈性橡膠體的預(yù)壓縮應(yīng)力。球鉸類橡膠彈性元件包括一個金屬內(nèi)套、金屬外套、彈性橡膠體、金屬止擋，彈性橡膠體與金屬內(nèi)套通過硫化成為彈性體，且彈性體是被壓入金屬外套內(nèi)的;在金屬外套上有翻邊;在彈性橡膠體的外邊沿壓有金屬止擋，且金屬止擋是被金屬外套的翻邊向內(nèi)包裹起來。此發(fā)明的優(yōu)點是徑向和軸向預(yù)壓縮應(yīng)力都可以改變，所以可以更靈活的調(diào)整徑向、軸向剛度比。
[0007]申請?zhí)枮镃N201010129020.0，名稱為“一種球鉸類橡膠彈性元件變剛度方法和橡膠彈性元件及其制作方法”的發(fā)明公開了一種球鉸類橡膠彈性元件變剛度方法和橡膠彈性元件及其制作方法，采用對稱的去除部分橡膠材料，在不同的受力階段通過接觸面及橡膠變形受限程度的大小提供不同的剛度，實現(xiàn)變剛度。所述對稱的去除部分橡膠材料是在橡膠彈性體表面沿周向掏出3-5個圓環(huán)狀空間，使得橡膠彈性體在與外金屬套組合安裝后，在空載狀況時外金屬套與橡膠彈性體之間只有部分接觸，處于有3-5道圓環(huán)狀空氣隔離區(qū)的狀況，而且兩端供橡膠鼓出的空間非常??；同時橡膠彈性體在外金屬套組合安裝后，在橡膠彈性體與外金屬套內(nèi)側(cè)面之間也留有環(huán)狀空隙帶。當球鉸類橡膠彈性元件受力時，分階段通過橡膠彈性體與外金屬套之間的外圓接觸面和側(cè)面接觸面的改變實現(xiàn)球鉸類橡膠彈性元件變剛度。
[0008]上述專利都涉及到球鉸的剛度，與本發(fā)明有相似之處，但申請?zhí)枮镃N200810143954.2和CN200910043823.1的發(fā)明專利中芯軸的外表面都是采用單弧度設(shè)計，也就是說，芯軸的外表面只有主圓弧段。而申請?zhí)枮镃N201010129020.0的發(fā)明專利中芯軸的外表面除了主圓弧段外還設(shè)有與主圓弧段相連接的內(nèi)凹圓弧段，但此專利的主圓弧段和內(nèi)凹圓弧段之間沒有設(shè)外凸圓弧段，其剛度特征與本發(fā)明有所不同。事實上，申請?zhí)枮镃N201010129020.0的發(fā)明專利在主圓弧段上掏出有3-5個圓環(huán)狀空間，其作用主要是實現(xiàn)球鉸類橡膠彈性元件變剛度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何在保持現(xiàn)有球鉸的尺寸不變的情況下提高球鉸的剛度，以滿足車輛的動力學(xué)要求和安全性。
[0010]針以上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:一種提高了剛度的球鉸，球鉸包括橡膠層、芯軸和外套，芯軸外圍的主圓弧段的兩側(cè)設(shè)向外側(cè)凸出的外凸圓弧段，且外凸圓弧段的圓弧半徑小于主圓弧段的圓弧半徑，外凸圓弧段的外側(cè)設(shè)有向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段。
[0011]外凸圓弧段有2段，主圓弧段的兩側(cè)各與I段外凸圓弧段連接，主圓弧段與兩側(cè)的外凸圓弧段都在連接處形成平滑的過渡。
[0012]外凸圓弧段的外側(cè)都與I段內(nèi)凹圓弧段的內(nèi)側(cè)連接，且外凸圓弧段與內(nèi)凹圓弧段在連接處形成平滑的過渡。
[0013]內(nèi)凹圓弧段的外側(cè)還設(shè)有環(huán)形平直段，內(nèi)凹圓弧段與環(huán)形平直段在連接處形成平滑的過渡。
[0014]將芯軸的主圓弧段的兩側(cè)削出向外側(cè)凸出的外凸圓弧段，且使得外凸圓弧段的圓弧半徑小于主圓弧段的圓弧半徑;并在外凸圓弧段的外側(cè)削出向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段。
[0015]在主圓弧段與外凸圓弧段的連接處進行了平滑處理，使主圓弧段和外凸圓弧段在連接處形成平滑的過渡。
[0016]在外凸圓弧段與內(nèi)凹圓弧段的連接處進行了平滑處理，使外凸圓弧段與內(nèi)凹圓弧段在連接處形成平滑的過渡。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點是:
1.在芯軸的主圓弧段的兩側(cè)削出向外側(cè)凸出的外凸圓弧段，在外凸圓弧段的外側(cè)削出向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段，同時使得硫化在芯軸上的橡膠層的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變。通過改變球鉸中芯軸和橡膠層的結(jié)構(gòu)，增加了球鉸的剛度。
[0018]2.外凸圓弧段和內(nèi)凹圓弧段使得球鉸的開口處尺寸增大，且主圓弧段、外凸圓弧段和內(nèi)凹圓弧段之間是平滑的過渡，能有效的降低橡膠層的應(yīng)變，從而提高產(chǎn)品的抗疲勞性能和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
[0019]3.在芯軸的外表面削出的外凸圓弧段和內(nèi)凹圓弧段，雖然改變了芯軸和橡膠層的結(jié)構(gòu)，但不會對外套的位置、形狀等參數(shù)造成影響。也就是說，本發(fā)明在提高剛度和抗疲勞性能的同時不需要改變球鉸的尺寸，也就不用對與球鉸相關(guān)的各個部件進行改造，沒有產(chǎn)生后續(xù)的改造費用。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖；
圖2為圖1中的局部放大圖；
圖3為本發(fā)明與改進前的結(jié)構(gòu)對比圖；
圖4為本發(fā)明與改進前的剛度曲線對比圖；
圖中:I外套、2橡膠層、3芯軸、31主圓弧段、32外凸圓弧段、33內(nèi)凹圓弧段、34環(huán)形平直段。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做一步的描述:
實施例一
如圖1和圖2所示，球鉸的外套1、橡膠層2和芯軸3都是旋轉(zhuǎn)體，外套I和芯軸3是金屬部件，外套I和芯軸3與橡膠層2硫化在一起。芯軸3的外圍表面包括主圓弧段31、外凸圓弧段32、內(nèi)凹圓弧段33和環(huán)形平直段34。主圓弧段31的兩側(cè)設(shè)有2段向外側(cè)凸出的外凸圓弧段32，但外凸圓弧段32的圓弧半徑小于主圓弧段31的圓弧半徑。外凸圓弧段32的外側(cè)設(shè)有向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段33，內(nèi)凹圓弧段33的外側(cè)還設(shè)有環(huán)形平直段34。
[0022]其中主圓弧段31、外凸圓弧段32和內(nèi)凹圓弧段33都是圓環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，其縱截面都是圓弧。環(huán)形平直段34也是圓環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，但其縱截面是線段。外凸圓弧段32的內(nèi)側(cè)與主圓弧段31連接，外凸圓弧段32的外側(cè)與內(nèi)凹圓弧段33連接，內(nèi)凹圓弧段33的外側(cè)與環(huán)形平直段34連接。
[0023]而且主圓弧段31與兩側(cè)的外凸圓弧段32都在連接處形成平滑的過渡，外凸圓弧段32與內(nèi)凹圓弧段33在連接處形成平滑的過渡，內(nèi)凹圓弧段33的內(nèi)凹圓弧段33與環(huán)形平直段34在連接處形成平滑的過渡，內(nèi)凹圓弧段33與環(huán)形平直段34在連接處形成平滑的過渡。
[0024]讓主圓弧段31、外凸圓弧段32、內(nèi)凹圓弧段33和環(huán)形平直段34在連接處形成平滑的過渡，主要是為了防止橡膠層2在受到載荷的擠壓發(fā)生形變時，橡膠層2內(nèi)部的應(yīng)力集中，使橡膠層2容易產(chǎn)生疲勞而裂開，失去原有的性能。也就是說，讓各個連接處形成平滑的過渡主要是高產(chǎn)品的抗疲勞性能。
[0025]對比例一
如圖3和圖2所示，在外套1、橡膠層2和芯軸3的縱截面中，在本發(fā)明前芯軸3的外表面的縱截面為圖中的A曲線所示，芯軸3的外表面只有主圓弧段31和環(huán)形平直段34。而本發(fā)明的芯軸3的外表面的縱截面為圖中的B曲線所示，芯軸3的外表面包括主圓弧段31、外凸圓弧段32、內(nèi)凹圓弧段33和環(huán)形平直段34。
[0026]由于外凸圓弧段32的圓弧半徑小于主圓弧段31的圓弧半徑，因此，雖然外凸圓弧段32是向外側(cè)凸起的但仍在原來的主圓弧段31的內(nèi)側(cè)。外凸圓弧段32和內(nèi)凹圓弧段33—起增大了球鉸開口處的橡膠層2的尺寸，從而有效的降低了橡膠層2的應(yīng)變，提高了球鉸的剛度。
[0027]如圖4所示，本發(fā)明在靜態(tài)的載荷下的剛度曲線為C，在對原有結(jié)構(gòu)進行改進前的產(chǎn)品在靜態(tài)的載荷下的剛度曲線為D。從剛度曲線中可以看出:產(chǎn)生同樣程的形變時，本發(fā)明能承受更大的載荷，也就是說，本發(fā)明的剛度相對于原來的結(jié)構(gòu)提高了。
[0028]綜上所述，目前的球鉸、弧線相關(guān)的專利都是采用改變產(chǎn)品端部型面來實現(xiàn)提高疲勞性能而本發(fā)明則是通過改變產(chǎn)品內(nèi)部型面來實現(xiàn)提高剛度、提高疲勞性能;且目前改變產(chǎn)品端部型面主要是通過調(diào)整產(chǎn)品受力變形后的褶皺來提高疲勞效果，而本發(fā)明能通過降低橡膠硬度，降低產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力來提升產(chǎn)品的疲勞效果。
[0029]很顯然，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，作出的若干改進或修飾都應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種提高剛度的球鉸，球鉸包括橡膠層(2)、芯軸(3)和外套(I)，其特征在于，芯軸(3)外圍的主圓弧段(31)的兩側(cè)設(shè)向外側(cè)凸出的外凸圓弧段(32)，且外凸圓弧段(32)的圓弧半徑小于主圓弧段(31)的圓弧半徑，外凸圓弧段(32)的外側(cè)設(shè)有向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段(33)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高剛度的球鉸，其特征在于，外凸圓弧段(32)有2段，主圓弧段(31)的兩側(cè)各與I段外凸圓弧段(32)連接，主圓弧段(31)與兩側(cè)的外凸圓弧段(32)都在連接處形成平滑的過渡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高剛度的球鉸，其特征在于，外凸圓弧段(32)的外側(cè)都與I段內(nèi)凹圓弧段(33)的內(nèi)側(cè)連接，且外凸圓弧段(32)與內(nèi)凹圓弧段(33)在連接處形成平滑的過渡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高剛度的球鉸，其特征在于，內(nèi)凹圓弧段(33)的外側(cè)還設(shè)有環(huán)形平直段(34)，內(nèi)凹圓弧段(33)與環(huán)形平直段(34)在連接處形成平滑的過渡。5.—種提高球鉸剛度的方法，球鉸包括橡膠層(2)、芯軸(3)和外套(1)，其特征在于，將芯軸(3)的主圓弧段(31)的兩側(cè)削出向外側(cè)凸出的外凸圓弧段(32)，且使得外凸圓弧段(32)的圓弧半徑小于主圓弧段(31)的圓弧半徑;并在外凸圓弧段(32)的外側(cè)削出向內(nèi)側(cè)凹陷的內(nèi)凹圓弧段(33)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高球鉸剛度的方法，其特征在于，在主圓弧段(31)與外凸圓弧段(32)的連接處進行了平滑處理，使主圓弧段(31)和外凸圓弧段(32)在連接處形成平滑的過渡。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高球鉸剛度的方法，其特征在于，在外凸圓弧段(32)與內(nèi)凹圓弧段(33)的連接處進行了平滑處理，使外凸圓弧段(32)與內(nèi)凹圓弧段(33)在連接處形成平滑的過渡。
【文檔編號】F16F1/387GK105972064SQ201610622934
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年8月2日
【發(fā)明人】顏瑤, 榮繼剛, 林立鈿, 馮萬盛
【申請人】株洲時代新材料科技股份有限公司