[发明专利]无轮轴转向架用球铰的减震方法和结构

说明书

一种无轮轴转向架用球铰的减震方法和结构，采用在金属内套和金属外套之间设置分瓣式复合层结构的方式来满足对球铰的性能要求，其中复合层结构为在橡胶层的内部设有金属隔板与其硫化形成橡胶‑金属‑橡胶的结构，并在复合层结构的分瓣位置处设置分型面的方式以满足径向、轴向、偏转和扭转四项刚度的需求、并降低橡胶应力。本发明通过在金属内套和金属外套之间设置分瓣式复合层结构，能够实现大的对橡胶的径向预压缩，在提高球铰径向刚度的同时实现极小的扭转刚度。而在分瓣位置处设置的分型面，极大地增加了橡胶的自由面，能够大幅度降低橡胶受到挤压后产生的应力，提高了橡胶的抗疲劳寿命，提高了球铰的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种球铰的减震方法和结构，具体涉及一种无轮轴转向架用球铰的减震方法和结构，属于轨道交通技术领域。

背景技术

无轮轴转向架是一种与BT、AT及国内车型等传统转向架完全不同的技术，其车辆的时速覆盖160公里-350公里，此种无轮轴转向架的最大特点就是：同一个转向架的两个车轮可以差速通过轨道曲线，减少轮缘磨耗，通过曲线时车辆更平稳，但同时对金属橡胶件的各种载荷工况更恶劣。其对各种球铰的技术要求高，同一结构产品需要用于不同位置，因此对产品各个方向的承载能力均要求较高，需要满足四项刚度和苛刻的多项疲劳条件要求，产品设计开发难度非常大。

本项目中的齿轮箱吊杆球铰需满足径向、轴向、偏转和扭转四项刚度性能的匹配要求，且其尺寸非常小，最大外径仅为65mm，最大高度仅为34mm，而常规产品在设计时通常只要求径向、轴向中的一种或两种。也有少数用于国内车型的要求四项刚度匹配的球铰，如本申请人之前申请的申请号CN201410138755.8，名称为“一种大曲率球面多层分瓣式橡胶金属关节”的发明专利采用多层分瓣的方式设计橡胶金属关节。但此结构和性能不能适用于无轮轴转向架的车型。

因此，需要根据无轮轴转向架的特征重新设计。

发明内容

本发明根据无轮轴转向架实际使用的需求，提出了一种无轮轴转向架用球铰的减震方法和结构，提高径向刚度的同时实现极小的扭转刚度，能够适用于无轮轴转向架的多个位置，满足不同部位不同的径向、轴向、偏转、扭转刚度需求。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种无轮轴转向架用球铰的减震方法，采用在金属内套和金属外套之间设置分瓣式复合层结构的方式来满足对球铰的性能要求，其中复合层结构为在橡胶层的内部设有金属隔板与其硫化形成橡胶-金属-橡胶的结构，并在复合层结构的分瓣位置处设置分型面的方式以满足径向、轴向、偏转和扭转四项刚度的需求、并降低橡胶应力。

进一步地，通过在金属内套和金属外套之间设置分瓣式复合层结构、并在复合层结构的分瓣位置处设置哑铃状分型面的方式来保证径向刚度值在8.55-11.40 KN/mm、轴向刚度值在0.561-0.759 KN/mm、偏转刚度值在17-23 N m/^o，扭转刚度值在6.8-9.2 N m/^o，并大幅度降低橡胶应力。

进一步地，根据橡胶层的厚度对复合层结构的橡胶层压缩10-15%以满足径向、轴向、偏转和扭转四项刚度的需求。

进一步地，设计橡胶层靠金属内套处的厚度小于橡胶层靠金属外套处的厚度实现双层等应变设计。

进一步地，设计金属隔板处对应的分型面为哑铃状分型面的中间部分，两侧橡胶层处对应的分型面为哑铃状分型面的两端部分来增加自由面释放橡胶应力，且橡胶层厚度大的一侧的分型面的横截面大于橡胶层厚度小的一侧的分型面的横截面实现内外侧橡胶应力等同。

进一步地，复合层结构硫化粘接在金属内套与金属外套之间，复合层结构的橡胶采用挤压注入的方式实现橡胶层的预压缩；或者复合层结构硫化粘接在金属内套外侧后，将复合层结构过盈压装入金属外套实现橡胶层的预压缩。