[发明专利]一种多层杆端球铰及其设计方法

说明书

本发明涉及弹性橡胶件减震领域，具体为一种多层杆端球铰及其设计方法，杆端球铰包括外套、芯轴和位于外套和芯轴之间的橡胶层，橡胶层内设有隔套，隔套将橡胶层分成多层结构，相邻隔套间的橡胶型面整体内凹形成橡胶承载单元，隔套端部朝向外套凸出形成上凸缘，隔套端部朝向芯轴凸出形成下凸缘，相邻隔套中上一隔套的下凸缘、下一隔套的上凸缘和橡胶承载单元共同形成半封闭结构，且相邻隔套中上一隔套的下凸缘和下一隔套的上凸缘在受压时形成硬止挡，以降低橡胶应力，避免承受载荷时橡胶褶皱断裂。

技术领域

本发明涉及弹性橡胶件减震领域，尤其涉及一种多层杆端球铰及其设计方法。

背景技术

杆端球铰是重要的减震连接元件，多用于火车、高铁、汽车、轮船或飞机上，当机体承受径向、扭转和偏转等复杂载荷工况时，通过杆端球铰的变形来承受偏扭转角度和径向载荷，防止机体在运行时侧翻。杆端球铰通常包括芯轴、外套和橡胶层，橡胶层位于芯轴和外套之间，芯轴、外套均为金属件结构；杆端球铰是采用金属件与橡胶体在一定的温度和压力下硫化成一个整体，利用硫化橡胶来对车体起减振缓冲作用的。为了增加橡胶体的径向刚度，使机体能承受更大的载荷，很多工况下会在橡胶层中增加隔套，隔套将橡胶层分成若干层。在机体运行的过程中，由于橡胶层处于一种高频率的反复震动中，这种震动将导致橡胶层出现疲劳现象，尤其表现在橡胶层的外端型面上，橡胶型面上经常出现开裂、堆积、打折现象，尤其当机体承受大径向压力时，将加大橡胶型面堆积打折的程度，严重影响杆端球铰的整体抗疲劳性能和使用寿命。

现有技术中，如申请号为“201710617061.6”，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。公开了一种牵引拉杆节点的橡胶型面设计方法，包括芯轴、外套和硫化粘结在芯轴与外套之间的橡胶层，其将橡胶层的外端型面设计为向外凸出的圆弧凸面，圆弧凸面由外向内逐渐靠近外套内壁，且圆弧凸面与外套的内壁之间通过过渡面一过渡，圆弧凸面与芯轴的外壁之间通过过渡面二过渡，将所述的过渡面一设计为向内凹进的圆弧面，将所述的过渡面二设计为向内凹进的弧面。该专利申请所公开的技术方案如图1所示：其橡胶型面整体呈现向外凸出的弧面，牵引拉杆节点在经过受大径向压力时其橡胶型面依然为向外凸出的形状。该发明专利申请的不足之处是：1、在牵引拉杆节点成受大径向压力时，橡胶型面依然会因受力不均匀而导致部分区域反复折叠而打折开裂，影响其抗疲劳性能；2、本方案涉及的是外套-橡胶层-芯轴的单层橡胶结构，即所涉及的橡胶型面是位于外套和芯轴之间的橡胶型面，不适用于与隔套相配合的多层橡胶层结构中橡胶型面的抗疲劳。

再如专利号为“201810809134.6”，名称为“一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法”的发明专利，公开了一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法。双球面牵引橡胶关节包括芯轴、外套和橡胶层；芯轴包括芯轴球面段，芯轴球面段的外侧面为球面，橡胶层硫化粘结在芯轴的外侧球面和外套的内侧球面之间，橡胶层中间的厚度小于或等于橡胶层两端的厚度，芯轴球面段半径与橡胶层中间的厚度之和小于或等于外套球面段半径。制作时，将芯轴中部外侧面、外套中部内侧面均加工为球面，将橡胶层硫化粘结在芯轴和外套的双球面之间；先将橡胶层两端的橡胶型面加工为后贴近式橡胶型面，再通过径向预压缩制作成型。该发明专利公开的双球面牵引橡胶关节，其橡胶型面如图2所示，整体呈内凹的弧面。该发明专利的不足之处是：1、在橡胶关节承受大径向压力时，贴近式的内凹橡胶型面靠近外套的夹角处极易因受力不均匀而反复打折出现开裂现象，其靠疲劳性能较差；2、本方案涉及的也是外套-橡胶层-芯轴的单层橡胶结构，其所涉及的橡胶型面也是位于外套和芯轴之间的橡胶型面，不适用于与隔套相配合的多层橡胶层结构中橡胶型面的抗疲劳。

上述专利都是本公司发明人在先申请的专利，通过对上述专利的分析可知，这些专利虽然都涉及了橡胶关节中橡胶型面的设计，也提出了一些改进技术方案，但该些专利都仍只是在整体上对橡胶型面进行改进而设计成单纯凸出或内凹的结构，并未针对不同的受力和工况将整个橡胶型面与隔套相配合进行分段设计，且并未涉及多层橡胶层中两个隔套之间的橡胶型面及隔套的设计。

发明内容