專利名稱：車輛轉(zhuǎn)向架軸箱轉(zhuǎn)臂懸掛用無摩損復(fù)合節(jié)點套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種高速列車部件連接構(gòu)件，可用于各種機(jī)車或列車，特別適用于高速運行的機(jī)車或列車。
軸箱節(jié)點套作為一種受力構(gòu)件，主要用于高速列車轉(zhuǎn)向架軸箱中，連接軸箱與構(gòu)架，傳遞構(gòu)架與軸箱之間的牽引力、橫向力，同時始終隨軸箱懸掛所需的部分懸掛力，以及機(jī)車在運行中扭彎力矩的綜合作用，然而，軸箱節(jié)點套在實際使用中未能達(dá)到設(shè)計壽命要求，使用中多次出現(xiàn)脫膠、鐵件錯位及使用過后產(chǎn)品橡膠層厚度不均等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品使用壽命，之所以這樣，主要是因為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計不盡合理，因此極有待加以改進(jìn)。
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有的軸箱節(jié)點套的不足，提出一種新型結(jié)構(gòu)的軸箱節(jié)點套，使其具有受力性好，又不易出現(xiàn)脫膠和鐵件錯位的現(xiàn)象。
根據(jù)本實用新型的目的所提出的新軸箱節(jié)點套是由下述技術(shù)方案得以實現(xiàn)的產(chǎn)品靜態(tài)性能的軸向與徑向剛度比為1∶2.5～3.2，且外金屬套與彈性橡膠體部分采用多瓣式彈性結(jié)構(gòu)，芯軸和外金屬套與橡膠件的接觸面為球面接觸，同時，為保證所需的壓裝力，其產(chǎn)品的金屬外套與安裝孔為小過盈配合安裝。
本實用新型之所以采取上述結(jié)構(gòu)，是從多方面綜合分析所得出的結(jié)果，我們使用ANSYS軟件對新、舊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析，以比較新舊二種結(jié)構(gòu)在不同載荷下的應(yīng)力、應(yīng)變分布及剛度匹配情況，從理論上分析得出新產(chǎn)品能夠有效地滿足客戶所要求的使用壽命和動力學(xué)性能，為此，我們將提出的新設(shè)計結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品原設(shè)計結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行詳盡的計算分析，以比較其性能特點。
橡膠是各向同性的超彈性材料，這種超彈性材料存在一個應(yīng)變張量的彈性勢能函數(shù)，其標(biāo)量函數(shù)對應(yīng)變分量的導(dǎo)數(shù)即是相應(yīng)的應(yīng)力分量[S]=∂W∂[E]=2∂W∂[CIJ]]]>Mooney-Rivlin理論指出如果一完全彈性材料的彈性貯能應(yīng)變的各變數(shù)的依賴關(guān)系已確定的話，則其力學(xué)性質(zhì)已確定，因此，描述任一高彈性材料的彈性問題便可以簡化為確定其貯能函數(shù)的問題。其貯能函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為W=ΣK+ι=1NaKι(I1-3)k(I2-3)ι+12X(I3-1)2]]>在ANSYS中，Mooney-Rivlin是適用不可壓縮的橡膠材料的材料選項，使用2個、5個、9個常數(shù)來描述其特性，為了獲取所需的Mooney-Rivlin常數(shù)，必須輸入反映橡膠變形的靜態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)，而獲取這些原始數(shù)據(jù)的實驗為橡膠基本應(yīng)力、應(yīng)變實驗(單/雙拉、單/雙壓、單/雙剪)；同時，由于新結(jié)構(gòu)為外套三瓣式結(jié)構(gòu)，周向壓縮過程中會有較大的接觸發(fā)生，且壓縮后是復(fù)雜的預(yù)應(yīng)力下的求解，因此，使用ANSYS求解時，選用HYPER58、SOLD45及接觸對181單元，以時間歷程方式進(jìn)行模擬。
模擬彈性元件軸箱節(jié)點套剛度(軸向、徑向)試驗方法，正確施加模型的邊界條件，求解即可得出產(chǎn)品的受力分析。根據(jù)經(jīng)典剛度計算公式K＝P/δ，已知外加載荷及此載荷方向的位移，即可求出橡膠件的剛度值(軸向剛度、徑向剛度)。
根據(jù)我們的有限元分析結(jié)果，原結(jié)構(gòu)雖然基本能滿足產(chǎn)品剛度方面的要求，但是，從產(chǎn)品的橡膠部分的應(yīng)力分布圖上來看，產(chǎn)品在承受軸向和徑向載荷時，橡膠部分呈現(xiàn)較強(qiáng)的拉應(yīng)力狀態(tài)，且橡膠件上出現(xiàn)了幾處較為明顯的應(yīng)力集中，特別是在外套上的缺口處，由于此缺口的存在，此處橡膠部分的應(yīng)力集中極為明顯，而橡膠彈簧的損壞，主要是由于在應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋以及橡膠和金屬粘合處發(fā)生剝離而引起的，過大的應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)品的壽命顯著縮短，所以原產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有不合理的地方。
而本實用新型，采用了分瓣技術(shù)，改軸向預(yù)壓為周向預(yù)壓，這種結(jié)構(gòu)在滿足剛度要求的基礎(chǔ)上，也有效的減弱了應(yīng)力的集中程度。從產(chǎn)品的應(yīng)力分布圖來看，不論是承受軸向載荷，還是承受徑向載荷，橡膠應(yīng)力分布情況都要優(yōu)于原產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，而且應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力也明顯比現(xiàn)有產(chǎn)品要小，與現(xiàn)有產(chǎn)品比較的話，本實用新型產(chǎn)品的使用壽命會大大提高。
此外，在橡膠件的動態(tài)工況下，當(dāng)動態(tài)應(yīng)變通過零位時，橡膠件的抗疲勞性能最差，因此，為提高橡膠件的抗疲勞壽命，應(yīng)避免最小應(yīng)變?yōu)榱愕那闆r，而本實用新型的軸箱節(jié)點橡膠套由于采用插入技術(shù)，橡膠件承受了一定的預(yù)壓力，避免了最小應(yīng)變?yōu)榱?，這會進(jìn)一步提高產(chǎn)品的使用壽命。
同時，本實用新型所設(shè)計的產(chǎn)品鐵件與橡膠粘結(jié)的部分為光滑曲線連接，較之原結(jié)構(gòu)使橡膠層厚度趨近均勻，減少了橡膠受力時存在的應(yīng)力集中，同時球面型設(shè)計更有利于產(chǎn)品作為彈性活節(jié)承受徑向、橫向及偏扭轉(zhuǎn)載荷的綜合作用，從而有效地延長了產(chǎn)品的使用壽命。
下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的描述


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意主視圖；圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意左視圖；圖中1為芯軸，2為外金屬套，3為彈性橡膠，4為芯包，5為壓縮槽。
從附圖中可以看出，本實用新型是由芯軸1、彈性橡膠體3和外金屬套2三部分組成，其特征在于芯軸1的芯包4為球體狀，彈性橡膠體3與芯軸1和外金屬套2均為球面接觸，彈性橡膠體3通過硫化粘接于芯軸1和外金屬套2上。其整體的靜態(tài)性能為軸向與經(jīng)向剛度比為1∶2.5～3.2，且外金屬套2為等分的分瓣式結(jié)構(gòu)，可以是三瓣式結(jié)構(gòu)或多瓣式結(jié)構(gòu)，在瓣與瓣之間有一軸向的壓縮槽5，并且，為保證所需的壓裝力，金屬外套3與安裝孔6為小過盈配合安裝。
權(quán)利要求1.一種實用于各種機(jī)車車輛，特別是高速運行車輛轉(zhuǎn)向架軸箱中，連接軸箱與構(gòu)架，傳遞構(gòu)架與軸箱之間的牽引力、橫向力，承受軸箱懸掛所需的部分懸掛力，以及機(jī)車在運行中扭彎力矩的綜合作用的軸箱節(jié)點套，由芯軸(1)、彈性橡膠體(3)和外金屬套(2)三部分組成，其特征在于芯軸(1)的芯包(4)為球體狀，彈性橡膠體(3)與芯軸(1)和外金屬套(2)均為球面接觸，且外金屬套(2)為等分的分瓣式結(jié)構(gòu)，在瓣與瓣之間有一軸向的壓縮槽(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的軸箱節(jié)點套，其特征在于整體的靜態(tài)性能為軸向與徑向剛度比為1∶2.5～3.2。
3.如權(quán)利要求1所述的軸箱節(jié)點套，其特征在于外金屬套(2)為等分的三瓣式結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的軸箱節(jié)點套，其特征在于外金屬套(2)為等分的多瓣式結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的軸箱節(jié)點套，其特征在于金屬外套(2)與安裝孔為小過盈配合安裝。
6.如權(quán)利要求1所述的軸箱節(jié)點套，其特征在于彈性橡膠體(3)通過硫化粘接于芯軸(1)和外金屬套(2)上。
專利摘要一種實用于各種機(jī)車車輛,特別是高速運行車輛轉(zhuǎn)向架軸箱中,連接軸箱與構(gòu)架,傳遞構(gòu)架與軸箱之間的牽引力、橫向力,承受軸箱懸掛所需的部分懸掛力,以及機(jī)車在運行中扭彎力矩的綜合作用的軸箱節(jié)點套,其靜態(tài)性能的軸向與徑向剛度比為1∶2.5～3.2,且外金屬套與彈性橡膠體部分采用多瓣式彈性結(jié)構(gòu),芯軸和外金屬套與橡膠件的接觸面為球面接觸,同時,為保證所需的壓裝力,其產(chǎn)品的金屬外套與安裝孔為小過盈配合安裝。
文檔編號B61G5/00GK2485194SQ01213318
公開日2002年4月10日 申請日期2001年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月18日
發(fā)明者張亞新 申請人:株洲時代橡塑股份有限公司