[发明专利]缓和过渡非线性刚度牵引节点及其控制非线性刚度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种牵引节点及其控制非线性刚度方法，尤其涉及一种缓和过渡非线性刚度牵引节点及其控制非线性刚度方法，属于弹性元件技术领域。

背景技术

橡胶节点是一种常用的弹性元件，具有良好的减振特性和柔性连接作用，广泛应用于各种工程领域，尤其在现代轨道车辆转向架悬挂系统中应用十分普遍。

牵引节点是一种常见的橡胶节点，应用于车辆转向架悬挂系统中，是实现车辆牵引或者制动平稳保证车辆动力学舒适性的关键元件之一。如图1所示，牵引节点1分别安装于牵引杆2两端。牵引杆2一端的牵引节点1与转向架构架3固定连接，其另一端的牵引节点与车体连接。列车在牵引或者制动时的牵引力或者制动力通过转向架构架传递给牵引杆，再由牵引杆传递给车体，人在车体中会感知列车的牵引加速或者制动减速。当列车牵引或者制动时，如果转向架构架的加速度比较大，直接作用在人体会使人体感觉强烈的不舒适，这时牵引杆节点的弹性体提供的非线性刚度特性会随着转向架构架的加速度相应变化,从而作用到人体上的瞬时加速度就会变小、变平缓,列车的乘坐舒适性就大大提升。随着现代机车车辆技术的发展，车辆要求具有更高的运行速度以及更佳的乘坐舒适性，这就要求列车牵引节点必须在具备明显的非线性刚度特性的同时，还要求具有非线性刚度缓和过渡的特性。

现有的整体式空实向结构牵引节点的结构如图2所示，其包括金属芯轴4、金属外套5以及带间隙结构的橡胶弹性体6，三者通过特定的硫化过程硫化成型为一整体后，一般再通过径向挤压并二次精加工形成成品。产品通过弹性体的间隙接触实现刚度的突变，空向刚度非线性特性明显，但是，该种结构实现的非线性刚度变化陡峭，不具有缓和过渡特性。

公开号为CN101520076A，公开日为2009年9月2日的中国发明专利(以下简称D1)公开了一种变刚度弹性元件及其变刚度方法，所述弹性元件变刚度方法包括外套、内套和橡胶弹性体，该方法包括在弹性元件的工作方向上对称的掏空橡胶弹性体，形成空气隔离区，使该方向产生一个空气段而形成不连续结构，通过弹性元件的不同部位提供不同阶段的产品空向刚度，实现整个弹性元件不同情况不同空向刚度的变化。

上述专利文献D1中的弹性元件的空向刚度非线性特性明显，但是其非线性刚度缓和过渡特性不足。

综上，如何设计一种牵引节点，使其在具备明显的非线性刚度特性的同时还具有非线性刚度缓和过渡的特性，以使车辆具备更高的运行速度以及更佳的乘坐舒适性是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种缓和过渡非线性刚度牵引节点及其调节刚度缓和度的方法，其具备明显的非线性刚度特性的同时还具有非线性刚度缓和过渡的特性，以使车辆具备更高的运行速度以及更佳的乘坐舒适性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种缓和过渡非线性刚度牵引节点，包括金属芯轴、金属外套和橡胶弹性体，所述金属芯轴包括轴体和设置在所述轴体中部的凸缘，所述橡胶弹性体设置在所述金属芯轴凸缘和金属外套之间，所述牵引节点在沿其径向上形成实向和空向且所述实向和空向相互垂直；沿实向所述金属芯轴凸缘、橡胶弹性体和金属外套粘结形成实向结构，沿空向在所述橡胶弹性体上设置有关于所述金属芯轴轴线对称的空隙，所述金属芯轴的凸缘为一底面为平行四边形的棱柱，所述平行四边形棱柱的四个棱角呈两两相互垂直的状态，其一对相对的棱角处于空向上，其另外一对相对的棱角处于实向上，且沿空向上所述平行四边形棱柱的一对相对的棱角均设置为圆棱角，沿实向上所述平行四边形棱柱的另外一对相对的棱角也均设置为圆棱角；沿空向在所述金属外套的内壁上设置有关于所述金属外套轴线对称的空向凹槽，所述空向凹槽包括弧形空向凹槽底边和设置在所述弧形空向凹槽底边两侧的空向凹槽直边。

优选的，沿空向上所述金属芯轴凸缘的一对相对的棱角的角度设置为A1,沿空向在所述金属外套内壁上的空向凹槽的两侧空向凹槽直边之间的夹角设置为A2，且A1≤A2。

优选的，所述A1设置为50°～120°，所述A2设置为60°～130°。

优选的，沿空向上所述平行四边形棱柱的一对相对的圆棱角在沿金属芯轴轴向上设置有弧度，且所述相对的圆棱角的弧度关于金属芯轴轴线对称。