一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧

《一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧》是株洲時代新材料科技股份有限公司於2008年5月6日申請的專利，該專利的申請號為2008100312192，申請公布號為CN101275614，公布日為2008年10月1日，發明人是鄒波、劉建勛、鄒宇、唐先賀。

《一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧》採用裝配結構，由軸箱彈簧、上蓋板和底座組合連線成一個整體。其中，軸箱彈簧位於上蓋板和底座之間。軸箱彈簧與上蓋板和底座組合可以是通過過盈配合及螺釘組合起來的。所述的軸箱彈簧所述的軸箱彈簧為疊層橡膠金屬彈簧結構，是由彈性橡膠層與金屬隔片組合而成彈性橡膠金屬體；可以是由三層橡膠層，兩層隔片組合而成，每層橡膠層的傾斜夾角為15～20°。所述的橡膠層採取梯度結構布置，膠層厚度最外層橡膠最厚，最裡層橡膠最薄，最外層與中間層和最裡層的梯度比為100:50～80:30～50。產品在承受垂向載荷時，最外層橡膠變形較大，最裡層橡膠變形較小。且最外層橡膠的內表面為外圓弧結構。

2013年10月，《一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧》獲得第十五屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧
• 類別：發明專利
• 公布號：CN101275614
• 公布日：2008年10月1日
• 申請號：2008100312192
• 申請日：2008年5月6日
• 申請人：株洲時代新材料科技股份有限公司
• 地址：湖南省株洲市天元區海天路1號
• 發明人：鄒波、劉建勛、鄒宇、唐先賀
• 分類號：F16F3/12（2006.01）、B61F5/00（2006.01）
• 專利代理機構：湖南兆弘專利事務所
• 代理人：趙洪

專利背景

一系橡膠金屬層疊彈簧有許多種形式，基本上各大鐵路及軌道交通設備製造商都有自己的一系橡膠金屬層疊彈簧性能標準。如Bombardier公司（簡稱BT），作為一家鐵路及軌道交通設備製造商，他在2000年收購了德國Adtranz公司後，立即開始整合兩家公司內部的產品，將公司的產品統一標準化。截至2008年5月這家公司所使用的一系橡膠金屬層疊彈簧就是輕軌車轉向架用的一系橡膠標準件。

但輕軌車輛因為其使用中載荷存在較大變化（空車-滿載-超載），運行線路的曲率半徑小這一特點，垂向靜態剛度普遍要求：輕載下，產品應具備較小的垂向剛度，以避免車輛脫軌傾向，特別是在空車過小曲率彎道時；滿載時，產品應具備適當偏大的垂向剛度，以保證車體高度無過大的下降，從而保證驅動機構與輪對的理想位置以及車廂與站台的基本平齊；超載時，產品應具備較大的垂向剛度，以保證驅動機構與輪對的相互位置不致惡化，車廂不會大幅度下層。

由於輕軌車輛對一系橡膠金屬層疊彈簧要求高，2008年5月以前各公司所使用的一系橡膠金屬層疊彈簧尚有所不足，主要在減振、抗蠕變性能及可靠性能不能完全滿足要求，這主要是因為2008年5月以前的一系橡膠金屬層疊彈簧大多採用等間距結構，因此在受到不同載荷力時不能及時變化彈簧的剛度，導致減振效果不好，因此需要重新設計一種新結構來滿足輕軌車輛的性能要求。

發明內容

專利目的

《一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧》的目的在於針對城市輕軌車輛的一系懸掛減振彈簧的不足，提供一種能夠適應城市輕軌車輛的使用，減振、抗蠕變性能及可靠性能好的一系懸掛減振彈簧。

技術方案

一種城市輕軌的一系懸掛減振彈簧，採用裝配結構，由軸箱彈簧、上蓋板和底座組合連線成一個整體。其中，軸箱彈簧位於上蓋板和底座之間。軸箱彈簧與上蓋板和底座組合可以是通過過盈配合及螺釘組合起來的。所述的軸箱彈簧所述的軸箱彈簧為疊層橡膠金屬彈簧結構，是由彈性橡膠層與金屬隔片組合而成彈性橡膠金屬體；可以是由三層橡膠層，兩層隔片組合而成，每層橡膠層的傾斜夾角為15～20°。所述的橡膠層採取梯度結構布置，膠層厚度最外層橡膠最厚，最裡層橡膠最薄，這樣就使最外層橡膠的剛度最小，最裡層橡膠的剛度最大。最外層與中間層和最裡層的梯度比為100:50～80:30～50。產品在承受垂向載荷時，最外層橡膠變形較大，最裡層橡膠變形較小。且最外層橡膠的內表面為外圓弧結構，當載荷加大時，最外層橡膠與組合的上蓋板接觸，增加承載面積，使產品的剛度明顯增加。

有益效果

該發明由於採用了以上的結構，使產品達到了城市輕軌垂向變剛度的要求，適應了車輛使用的特點。且由於注意了橡膠層的垂直傾斜角及膠層厚度，使得橡膠的垂向剛度與剪下剛度能夠很好的匹配。該產品還具有動靜剛度比非常小的特點，這樣就可以大大的降低膠料的發熱，使得產品的疲勞壽命得到很大的提高。該發明具有使用壽命長，剛度性能好的特點，具體性能如下：

		要求性能	該發明性能
垂向靜態剛度（常溫）	13千牛	≤0.7千牛/毫米	0.65千牛/毫米
垂向變剛度要求（常溫）	11.6~25千牛	14~16毫米	14.84毫米
垂向壓縮高要求（常溫）	12千牛	155±1毫米	?154.6毫米
剪下靜態剛度（常溫）	13千牛	>4千牛/毫米	4.2千牛/毫米
	22千牛	>4千牛/毫米	5.8千牛/毫米
垂向動、靜剛度比（常溫）	—	<1.25	1.15
蠕變試驗（常溫）	24小時	<2毫米	1.17
	120小時	<3毫米	1.42
疲勞試驗（常溫）	—	無深度超過5毫米裂紋	無裂紋
（200萬垂向疲勞試驗）	—	剛度變化率<15%	8.7%
垂向動、靜剛度比（低溫）（24小時）	-25℃	<1.70	1.29

附圖說明

圖1為該發明一個實施例結構示意圖。

圖2為老結構和該發明的垂向剛度曲線區別。

圖中標記說明：1-上蓋板2-薄頭內六角螺釘3-外套4-第一橡膠層5-第一金屬隔套6-第二金屬隔套7-芯軸8-墊片9-底座10-軸箱彈簧11-第二彈性橡膠層12-第三彈性橡膠層。

權利要求

1.一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，採用裝配結構，由軸箱彈簧、上蓋板和底座組合連線成一個整體；其中，軸箱彈簧位於上蓋板和底座之間；其特徵在於：所述的軸箱彈簧為疊層橡膠金屬彈簧結構的疊層橡膠金屬彈簧，是由彈性橡膠層與金屬隔片組合而成彈性橡膠金屬體；且所述的橡膠層採取梯度結構布置，膠層厚度最外層橡膠最厚，最裡層橡膠最薄。

2.如權利要求1所述的垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，其特徵在於：軸箱彈簧與上蓋板和底座組合是通過過盈配合及螺釘組合起來的。

3.如權利要求1所述的垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，其特徵在於：每層橡膠層的傾斜夾角為15～20°。

4.如權利要求3所述的垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，其特徵在於：每層橡膠層的傾斜夾角為16°。

5.如權利要求1所述的垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，其特徵在於：彈性橡膠層的層數為三層，分別為第一彈性橡膠層、第二彈性橡膠層、第三彈性橡膠層；金屬隔片為二層。

6.如權利要求6所述的垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，其特徵在於：所述的第一彈性橡膠層、第二彈性橡膠層、第三彈性橡膠層厚度的梯度比為100:60:40。

7.如權利要求1所述的垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，其特徵在於：最外層橡膠層的內表面為外圓弧結構。

8.如權利要求8所述的垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，其特徵在於：最外層橡膠層的內表面為外圓弧結構，即向內面突出的圓弧結構，其圓弧可以是整圓弧向外突出或只有單邊部分向外突出的圓弧。

技術領域

《一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧》涉及一種城市輕軌一系減振部件，特別是指一種城市輕軌轉向架用的一系橡膠彈性元件，該元件是一種多層橡膠金屬疊層彈簧。主要用於城市輕軌轉向架的一系減振，承受垂向載荷，並且傳遞縱向牽引力和橫向力。

實施方式

附圖1中為該發明為一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧，主要用於城市輕軌的一系懸掛減振彈簧，是一種橡膠與金屬複合形成的疊層橡膠金屬彈簧的組合件。採用裝配結構，由軸箱彈簧10、上蓋板1和底座9組合連線成一個整體。其中，軸箱彈簧10位於上蓋板1和底座9之間。軸箱彈簧10與上蓋板1和底座9組合是通過過盈配合及螺釘組合起來的。所述的軸箱彈簧10為疊層橡膠金屬彈簧結構的疊層橡膠金屬彈簧，是由彈性橡膠層與金屬隔片組合而成彈性橡膠金屬體。所述的彈性橡膠層的層數為3層，分別為第一彈性橡膠層4、第二彈性橡膠層11、第三彈性橡膠層12；金屬隔片為2層。軸箱彈簧10包括芯軸7、第一金屬隔片5和第二金屬隔片6、外套3、第一彈性橡膠層4、第二彈性橡膠層11、第三彈性橡膠層12。其外套3、芯軸7、第一金屬隔片5和第二金屬隔片6與第一彈性橡膠層4、第二彈性橡膠層11、第三彈性橡膠層12通過硫化成一個整體，每層彈性橡膠層與芯軸軸心的傾斜夾角為15～20°，其最佳角度為16°；在彈性橡膠層上還有上蓋板1，上蓋板1連線有外套3，且上蓋板1與外套3是由薄頭內六角螺釘2連線在一起；在彈性橡膠層下還有墊片8、底座9，底座9連線有芯軸7，且底座9與芯軸7是通過過盈配合壓裝在一起的。

所述的第一彈性橡膠層4、第二彈性橡膠層11、第三彈性橡膠層12採取梯度結構布置，最靠近外套的第一彈性橡膠層4最厚，最靠近芯軸的第三彈性橡膠層最薄。這樣外層的彈性橡膠層剛度偏低，裡層的彈性橡膠層剛度偏大，當產品承受垂向載荷時，外層橡膠發生較大的變形，裡層橡膠發生較小的變形。所述的第一彈性橡膠層4、第二彈性橡膠層11、第三彈性橡膠層12厚度的梯度比為100:50～80:30～50，其最佳梯度比為100:60:40。

且最外層橡膠層的內表面為外圓弧結構，即向內面突出的圓弧結構，其圓弧可以是整圓弧向外突出或只有單邊部分向外突出的圓弧（如附圖1所示）。當載荷加大時，外層橡膠接觸上蓋板1的端面，增加了承載面積，使產品的垂向剛度明顯增加，達到客戶的垂向變剛度要求。

從附圖2可以看出，在載荷較小時，外層橡膠不與上蓋板1發生接觸，老結構和新結構的載荷-撓度曲線差別不大，基本重合，當載荷增大，外層橡膠與上蓋板1端面發生接觸，新結構的載荷-撓度曲線明顯上升，遠大於老結構的載荷-撓度曲線，達到客戶垂向變剛度要求。

榮譽表彰

2013年10月，《一種垂向變剛度的一系橡膠金屬層疊彈簧》獲得第十五屆中國專利優秀獎。