一種錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法及產品的制作方法
【專利摘要】一種錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法及產品，錐形彈簧包括內錐體、橡膠體和外錐體，橡膠體環(huán)繞在內錐體的外圍，外錐體環(huán)繞在橡膠體的外圍，橡膠體與內錐體和外錐體一起形成一個錐形布置的橡膠金屬彈簧；其特征在于，錐形彈簧的橡膠體上部橡膠型面和橡膠體下部橡膠型面采用多段結構形式；其中，橡膠體上部橡膠型面為多段下坡結構，橡膠體下部橡膠型面為多段上坡結構；錐形彈簧通過改變橡膠體上部橡膠型面多段下坡結構和橡膠體下部橡膠型面多段上坡結構中每一段的形狀、斜率、長度和段數，來調整錐形彈簧的剛度變化的大小和剛度變化的位置，并通過控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。
【專利說明】
-種錐形彈黃變剛度及防止禪皺和開裂的方法及產品
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及機車上的錐形彈黃的改進，具體設及調節(jié)錐形彈黃的剛度變化的方法 及錐形彈黃結構，該種方法及錐形彈黃結構可W實現(xiàn)錐形彈黃多次變剛度，并防止錐形彈 黃橡膠因使用壓縮時產生權皺而開裂。屬于彈性減震技術領域。
【背景技術】
[0002] 錐形彈黃又稱為軸箱彈黃，主要指在機車上金屬與橡膠結合的具有減振作用的彈 黃。錐形彈黃是安裝在軌道機車軸箱和構架之間起支撐、減震降噪的作用，是常用的一種橡 膠金屬復合的減振降噪元件，安裝在機車一系懸掛和二系懸掛的車體上，主要作用為承受 車體和構架的載荷。采用錐形金屬件與橡膠通過膠黏劑在一定的溫度和壓力下硫化成一個 整體，其作用是利用硫化橡膠起減振、降噪作用，金屬件起支承和安裝接口。
[0003] 隨著機車技術的發(fā)展，特別是高鐵動車組、城軌、地鐵和低地板車技術的發(fā)展，錐 形彈黃為了更好地滿足保證機車的動力學要求和安全性，要求錐形彈黃垂向剛度有變剛 度，且不能出現(xiàn)垂向剛度出現(xiàn)反S曲線現(xiàn)象。垂向剛度出現(xiàn)反S曲線是由于現(xiàn)有錐形彈黃 結構的橡膠體沒有強烈的相互擠壓，也沒有外凸的凸臺與橡膠接觸擠壓，空載時錐形彈黃 垂向變剛度太小，而機車加載時，尤其是在最大垂向載荷下，需要錐形彈黃的橡膠部分能提 供足夠大的垂直剛度時，現(xiàn)有的錐形彈黃又無法提供大變剛度，因此無法實現(xiàn)理想的變剛 度，剛度曲線呈現(xiàn)反"S"現(xiàn)象；具有反"S"曲線的錐形彈黃，在空載下剛度比較大，有造 成車輛脫軌的風險。另外，機車在加速、減速或轉彎時會需要錐形彈黃有合適的橫向變剛度 和縱向變剛度，使機車更符合動力學要求，有良好的橫向和縱向減振、降噪能力。因此適當 增加機車橫向變剛度和縱向變剛度的個數，實現(xiàn)多次剛度變化，能讓機車行駛更為平穩(wěn)、順 楊。又由于錐形彈黃是金屬與橡膠硫化而成的整體，不能拆開也不方便進行局部修復，因而 錐形彈黃是終身免維修的產品。隨著機車技術的發(fā)展，其疲勞載荷也越來越苛刻，對疲勞性 能的要求越來越嚴，目前的錐形彈黃的結構在使用時，由于現(xiàn)有結構橡膠的型面都是采用 單一結構的形面，產品在垂向載荷下，上下部的橡膠型面容易出現(xiàn)"權皺"變形，形成應力集 中，且產品的垂向載荷完全由橡膠承擔，應力和應變都較大，最終由于橡膠疲勞導致橡膠 開裂。運就需要一種既可調節(jié)變剛度，同時又能防止使用時出現(xiàn)權皺的錐形彈黃來滿足上 述要求。
[0004] 通過國內檢索發(fā)現(xiàn)W下專利與本發(fā)明有相似之處： 申請?zhí)枮?01010285627. 8,名稱為"城市軌道列車轉向架的軸箱彈黃"的發(fā)明，此發(fā)明 是一種城市軌道列車轉向架的軸箱彈黃。忍軸外圈上從內向外依次設置有隔套I、隔套II 和外套。忍軸、隔套I、隔套II和外套均由全屬材料制成，相鄰兩金屬材料之間分別設置有 橡膠層III、橡膠層II和橡膠層I。所述的忍軸、隔套I、隔套II、外套外露金屬表面均涂有 底漆面漆。此發(fā)明的優(yōu)點是提供了一種列車車輪運行時在垂向、橫向、縱向靜態(tài)剛性很小， 能提高車輛運行時的柔性和品質的城市軌道列車轉向架的軸箱彈黃。 陽0化]由于申請?zhí)枮?01010285627. 8的發(fā)明沒有在最大垂向載荷下大幅度增加軸箱彈 黃的橡膠部分的垂向剛度的結構，因此在大的垂向載荷下主要靠金屬部件來增大剛度，運 樣會影響到軸箱彈黃的減振效果。
[0006] 申請?zhí)枮?01420467799. 0,名稱為"一種鐵道重載貨車轉向架用軸箱"的實用新 型，此實用新型公開了一種鐵道重載貨車轉向架用軸箱彈黃。此實用新型的目的是提供一 種鐵道重載貨車轉向架用軸箱彈黃，W克服現(xiàn)有軸箱彈黃徑向剛度過大、重量重等缺點。本 實用新型包括外套、內套、內忍、第一橡膠層和第二橡膠層，其特征在于：所述第一橡膠層、 第二橡膠層與外套、內套及內忍硫化成一整體，外套通過內置于第一橡膠層、第二橡膠層表 面的銅導線與內忍連接，第一橡膠層、第二橡膠層的側面延長線與軸箱彈黃頂部平面之間 的夾角為100-160°。此實用新型主要用作鐵道重載貨車轉向架上的軸箱彈黃。但是該實 用新型專利沒有讓軸箱彈黃實現(xiàn)多個變剛度的結構，難W滿足機車在不同狀態(tài)所需的多次 剛度變化。
[0007] 因此，到目前為止尚未有能有效防止錐形彈黃在變剛度時防止橡膠體權皺開裂， 并能滿足機車在不同狀態(tài)所需的多次剛度變化的方法及裝置，因此很有必要對此進一步加 W改進。

【發(fā)明內容】
陽00引本發(fā)明要解決的技術問題是： 1. 整體垂向變剛度出現(xiàn)反S曲線，機車空載時，錐形彈黃垂向剛度過大，有造成機車 脫軌的風險，起不到應有的減振效果； 2. 實現(xiàn)機車在最大垂向載荷下，錐形彈黃仍能僅通過橡膠來支撐載荷，避免由金屬和 橡膠共同支撐載荷時，錐形彈黃的減震、降噪效果變差； 3. 機車從空載到最大垂向載荷的過程中，錐形彈黃的橡膠的形狀都能是平滑沒有權皺 的，W防止錐形彈黃的橡膠部分開裂； 4. 機車在加速、減速或轉彎時，錐形彈黃能進行多次剛度變化，讓機車運行更平穩(wěn)、順I(yè) 楊。
[0009] 針W上述問題，本發(fā)明提出的技術方案是：一種錐形彈黃變剛度及防止權皺和開 裂的方法，錐形彈黃包括內錐體、橡膠體和外錐體，橡膠體環(huán)繞在內錐體的外圍，外錐體環(huán) 繞在橡膠體的外圍，橡膠體與內錐體和外錐體一起形成一個錐形布置的橡膠金屬彈黃；其 特點在于，錐形彈黃的橡膠體上部橡膠型面和橡膠體下部橡膠型面采用多段結構形式；其 中，橡膠體上部橡膠型面為多段下坡結構，橡膠體下部橡膠型面為多段上坡結構；錐形彈黃 通過改變橡膠體上部橡膠型面多段下坡結構和橡膠體下部橡膠型面多段上坡結構中每一 段的形狀、斜率、長度和段數，來調整錐形彈黃的剛度變化的大小和剛度變化的位置，并通 過控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。
[0010] 進一步地，所述橡膠體上部橡膠型面的多段下坡結構中，每段的形狀是直線或弧 線形狀，并將每兩段之間通過圓弧段過渡連接起來，W保證橡膠體的上端下移過程中，橡膠 體上端的形狀始終保持平滑，不會產生權皺和開裂。
[0011] 進一步地，所述橡膠體下部橡膠型面的多段上坡結構中，每段的形狀是直線或弧 線形狀，并將每兩段之間通過圓弧段過渡連接起來，W保證在橡膠體下移過程中，橡膠體下 端面的形狀始終保持平滑，不會產生權皺和開裂。
[0012] 進一步地，所述內錐體底部向外伸出有凸臺，在橡膠體下移到橡膠體下端面抵觸 到凸臺后，通過內錐體底部向外伸出的凸臺與外椎體內側的雙重約束配合產生大幅度變剛 度；在垂向載荷作用下，橡膠體下端面同時與外椎體內側和內椎體下部外凸的凸臺通過滾 動方式逐漸貼緊，實現(xiàn)大幅度變剛度。
[0013] 進一步地，所述凸臺的上表面為多段式結構，每一段之間用圓弧過渡，通過調整凸 臺每一段的形狀、斜率、長度和外椎體內側的張開角度，調整剛度變化的大小和剛度變化的 位置，并通過控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。
[0014] 一種實現(xiàn)上述錐形彈黃變剛度及防止權皺和開裂的方法的錐形彈黃，包括內錐 體、橡膠體和外錐體，橡膠體環(huán)繞在內錐體的外圍，外錐體環(huán)繞在橡膠體的外圍，橡膠體與 內錐體和外錐體一起形成一個錐形布置的橡膠金屬彈黃；其特點在于，錐形彈黃的橡膠體 上部橡膠型面和膠體下部橡膠型面采用多段結構形式；其中，橡膠體上部橡膠型面為多段 下坡結構，橡膠體下部橡膠型面為多段上坡結構。
[0015] 進一步地，所述橡膠體上部橡膠型面的多段下坡結構中，每段的形狀是直線或弧 線形狀，每兩段之間采用圓弧段過渡，W保證橡膠體的上端下移過程中，橡膠體上端的形狀 始終保持平滑，不會產生權皺和開裂。
[0016] 進一步地，所述橡膠體下部橡膠型面的多段上坡結構中，每段的形狀是直線或弧 線形狀，每兩段之間采用圓弧段過渡，W保證在橡膠體下移過程中，橡膠體下端面的形狀始 終保持平滑，不會產生權皺和開裂。
[0017] 進一步地，所述內錐體底部向外伸出有凸臺，在橡膠體下移到橡膠體下端面抵觸 到凸臺后，通過內錐體底部向外伸出的凸臺與外椎體內側的雙重約束配合產生大幅度變剛 度；在垂向載荷作用下，橡膠體下端面同時與外椎體內側和內椎體下部外凸的凸臺通過滾 動方式逐漸貼緊，實現(xiàn)大幅度變剛度。
[0018] 進一步地，所述凸臺的上表面為多段式結構，每一段之間用圓弧過渡，通過調整凸 臺每一段的形狀、斜率、長度和外椎體內側的張開角度，調整剛度變化的大小和剛度變化的 位置；通過控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)點是： 1.橡膠體的上端面為多段組合形面，且每兩段之間采用環(huán)形圓角段過渡，能實現(xiàn)多次 垂向剛度的平緩變化，不會出現(xiàn)錐形彈黃的垂向剛度突然增大的現(xiàn)象，能避免垂向剛度出 現(xiàn)反S曲線，從而有效的防止機車脫軌，同時也能讓錐形彈黃有很好的減震、降噪效果。
[0020] 2.內錐體下端向外側延伸形成環(huán)形的內錐體凸臺，橡膠體在大的垂向載荷下會下 移，此時橡膠體下端與內錐體凸臺貼合，橡膠體在內錐體凸臺與外錐體內側的雙重約束下， 橡膠體的垂向剛度會大幅增加。使得大的垂向載荷下還是用橡膠體進行支撐，而不是大的 垂向載荷下就改為用金屬和橡膠體共同支撐，從而實現(xiàn)在大的垂向載荷下錐形彈黃仍能有 很好的減震、降噪效果。
[0021] 3.橡膠體的上端采用大于兩段W上的變形形面結構，且每兩段之間采用環(huán)形圓角 段過渡，且通過合理調整各段的斜率、長度，能有效防止橡膠體承受載荷，橡膠體的上端下 移的過程中，橡膠體上端形狀始終保持平滑，從而防止橡膠體上端開裂。 陽0巧 4.橡膠體在大的垂向載荷下會下移，此時橡膠體下端與內錐體凸臺貼合，由于內 錐體凸臺處采用了平緩的過渡，因此橡膠體下端的形狀能始終保持平滑，從而防止橡膠體 下端開裂。
[0023] 5.橡膠體的上端和下端采用多段的組合形面，每兩段之間采用環(huán)形圓角段過渡， 因此橡膠體能實現(xiàn)多次橫向剛度和縱向剛度的變化，且能讓橫向剛度和縱向剛度的變化比 較平緩，不會出現(xiàn)橫向剛度和縱向剛度的突然增大，從而使得機車在加速、減速或轉彎時， 更為平穩(wěn)、順楊，能增加車內旅客的舒適感。
[0024] 6.錐形彈黃能通過改變每一段的長度、斜率和段數調節(jié)錐形彈黃的垂向、橫向和 縱向變剛度使錐形彈黃能滿足不同型號的機車在不同狀態(tài)下對剛度的需要，使機車能更好 的符合動力學要求，從而讓機車更好地運行。同時，也讓錐形彈黃的通用性更強，應用范圍 更廣，能應用到各種機車上。
[00巧]7.錐形彈黃能防開裂，使用壽命長；結構簡單，成本低，適用于批量生產。
【附圖說明】 陽0%] 圖1為本發(fā)明的剖視示意圖； 圖2為圖1中A處的放大圖； 圖3為圖1中B處的放大圖； 圖4為本發(fā)明的立體示意圖； 圖5為本發(fā)明的另一立體示意圖； 圖6為本發(fā)明在最大垂向載荷下的剖視示意圖； 圖7為圖6中C處的放大圖； 圖8為圖6中D處的放大圖； 圖9為本發(fā)明的垂向剛度曲線； 圖10為本發(fā)明改進前的剖視示意圖； 圖11為本發(fā)明改進前最大垂向載荷下的剖視示意圖； 圖12為本發(fā)明改進前的垂向剛度曲線； 圖中：1內錐體、11內錐體凸臺、111凸臺過渡邊、2橡膠體、21環(huán)形平直段、211第一環(huán) 形平直段、212第二環(huán)形平直段、213第=環(huán)形平直段、214第四環(huán)形平直段、215第五環(huán)形平 直段、22環(huán)形圓角段、3外錐體。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合實施例和附圖對本發(fā)明做一步的描述： 實施例一 如圖1至圖5所示，一種錐形彈黃，包括內錐體1、橡膠體2和外錐體3,內錐體1下端 向外側延伸形成環(huán)形的內錐體凸臺11。如圖1和圖2所示，橡膠體2的上端面21為=段的 多段下坡結構，分別為第一環(huán)形平直段211、第二環(huán)形平直段212和第=環(huán)形平直段213,每 兩段環(huán)形平直段之間采用環(huán)形圓角段22過渡；所謂多段下坡結構是橡膠體2從與外錐體3 連接處到與橡膠體2內錐體1是逐步下降趨勢走向。如圖1和圖3所示，橡膠體2的下端 面為二段的多段上坡結構，分別為第四環(huán)形平直段214和第五環(huán)形平直段215,第四環(huán)形平 直段214和第五環(huán)形平直段215之間也是采用環(huán)形圓角段22過渡；所謂多段上坡結構是橡 膠體2從與內錐體1連接處到與橡膠體2外錐體3是逐步上升趨勢走向。在本實施例中， 橡膠體2的下端面的環(huán)形圓角段22的圓角半徑為15-25mm，橡膠體2的上端的兩段環(huán)形圓 角段22的圓角半徑都是4-8mm。橡膠體2環(huán)繞在內錐體1的外圍，外錐體3環(huán)繞在橡膠體 2的外圍。內錐體1和外錐體3為金屬部件，內錐體1和外錐體3與橡膠體2通過膠黏劑 在一定的溫度和壓力下硫化成一個整體，其作用是：利用橡膠體2起減振降噪作用，內錐體 1和外錐體3起支撐和安裝接口的作用。
[0028] 如圖10的E處和F處所示，目前的錐形彈黃中，橡膠體2的上端和下端都是采用的 是一段平直段與一段圓弧段相結合的形狀。運種結構在橡膠體2承受最大垂向載荷時，橡 膠體2的上端面和下端面會出現(xiàn)圖11中對應的E處和F處的權皺，時間長了就會導致橡膠 體2開裂，由于錐形彈黃是金屬與橡膠硫化而成的整體，不能拆開也不方便進行局部修復， 因而錐形彈黃是終身免維修的產品，出現(xiàn)橡膠體2開裂只能更換錐形彈黃。
[0029] 為了避免橡膠體2上端出現(xiàn)權皺，本實施例采用的結構如圖1和圖2所示。橡膠 體2的上端由第一環(huán)形平直段211、第二環(huán)形平直段212、第=環(huán)形平直段213 W及兩段環(huán) 形圓角段22形成一個整體。第一環(huán)形平直段211和第二環(huán)形平直段212之間采用環(huán)形圓 角段22過渡，第二環(huán)形平直段212和第=環(huán)形平直段213之間也采用環(huán)形圓角段22過渡。 橡膠體2受到垂向載荷向下移動的過程中，由于橡膠體2外側與外錐體3內側相連，橡膠體 2上端與外側的移動會受到外錐體3的約束。可見，橡膠體2受到垂向載荷向下移動的過程 中，橡膠體2上端的形狀變化會受到各段環(huán)形平直段21的斜率，長度W及外錐體3內側斜 率等多個因素的影響。
[0030] 例如，第一環(huán)形平直段211或第二環(huán)形平直段212中的任意一段不是像圖1中那 樣向外側傾斜，而向內側傾斜?；蛘?，第一環(huán)形平直段211、第二環(huán)形平直段212、第=環(huán)形 平直段213中的任意一段的長度過大，都會使得橡膠體2上端下移過程中，橡膠體2上端的 形狀出現(xiàn)類似圖11中E處的權皺。如下方的表格所示，表格中給出了本實施例中橡膠體2 的各段環(huán)形平直段與垂向方向的夾角W及各段環(huán)形平直段的長度。
[0031] 如圖I和圖2所示，當錐形彈黃受到垂向載荷向下的壓力時，橡膠體2向下移動， 橡膠體2上端的形狀會發(fā)生變化。由于第一環(huán)形平直段211、第二環(huán)形平直段212、第=環(huán) 形平直段213中的斜率和長度W及環(huán)形圓角段22的圓角半徑設計得合理，因此橡膠體2向 下移動的過程中，橡膠體2上端的形狀會始終保持平滑。能避免橡膠體2上端產生權皺，因 此能防止橡膠體2上端開裂。當錐形彈黃受到最大的垂向載荷向下的壓力時，橡膠體2上 端的形狀會呈現(xiàn)出如圖6中C處的平滑形狀，也可參見圖7中所示。 陽03引如圖1、圖3和圖5所示，內錐體1下端向外側延伸形成環(huán)形的內錐體凸臺11，橡 膠體2下端位于內錐體凸臺11的上方，橡膠體2的下端設有第四環(huán)形平直段214和第五 環(huán)形平直段215,且第四環(huán)形平直段214和第五環(huán)形平直段215之間采用環(huán)形圓角段22過 渡。當錐形彈黃受到垂向載荷向下的壓力時，橡膠體2下端向下移動并產生形狀變化，但橡 膠體2下端的形狀變化受到外錐體3內側和內錐體凸臺11的雙重約束。因此，橡膠體2下 端的會貼合內錐體凸臺11和外錐體3內側，而內錐體凸臺11與凸臺過渡邊111采用的是 平緩的直線邊過渡，因此橡膠體2下端貼合內錐體凸臺11和外錐體3內側時會形成平滑的 形狀。能避免橡膠體2下端產生權皺，因此能防止橡膠體2下端開裂。當錐形彈黃受到最 大的垂向載荷向下的壓力時，橡膠體2下端的形狀會呈現(xiàn)出如圖6中D處的平滑形狀，也可 參見圖8中所示。
[0033] 如圖1和圖2所示，由于橡膠體2的第一環(huán)形平直段211與第二環(huán)形平直段212 之間是采用環(huán)形圓角段22過渡，第二環(huán)形平直段212與第=環(huán)形平直段213之間也是采用 環(huán)形圓角段22過渡，而錐形彈黃受到垂向載荷向下的壓力使橡膠體2上端下移時，橡膠體2 上端面21形狀的改變總先從環(huán)形圓角段22處開始的，因此改變環(huán)形平直段21的的長度就 能調節(jié)錐形彈黃垂向、橫向和縱向變剛度的位置；增加環(huán)形平直段21的段數就能增加錐形 彈黃垂向、橫向和縱向變剛度的次數；改變環(huán)形平直段21的斜率就能調節(jié)錐形彈黃垂向、 橫向和縱向的變剛度。
[0034] 由于機車在不同的情況下對錐形彈黃的剛度要求是不一樣的。當機車在空載時， 要求錐形彈黃的剛度不能太大，且彈性要好，所述彈性好就是要當機車的載荷對錐形彈黃 的壓力突然增大時，錐形彈黃的剛度卻不會突然增大，能起到很好的減震效果。但在機車加 載后，尤其是在最大載荷下，又要求錐形彈黃的剛度要很大，且要有較好的彈性。運就需要 錐形彈黃能有很好的變剛度來滿足機車在各種情況下的剛度要求。
[0035] 如圖10所示，目前錐形彈黃由于沒有環(huán)形平直段和環(huán)形圓角段22的結構，所W不 能實現(xiàn)多次變剛度。目前錐形彈黃的垂向剛度曲線如圖12所示，圖中有兩條垂向剛度曲 線，其中位于上方的是機車在加載時的垂向剛度曲線，位于下方的是機車在卸載時的垂向 剛度曲線。而目前空載時根據機車的不同型號，每個錐形彈黃約承受14KN-18KN的垂向載 荷，從圖12中可看到14KN-18KN是處于錐形彈黃垂向剛度的反S曲線部分。所述反S曲線 的特點是，橡膠體2向下移動的距離不大，但其剛度卻增加得很快，運樣的剛度增加方式不 利于機車的減震，有造成機車脫軌的風險。
[0036] 如圖1、圖2和圖4所示，本實施例中橡膠體2上端的S段環(huán)形平直段21和兩段環(huán) 形圓角段22,能使錐形彈黃有兩次垂向、橫向和縱向變剛度。本實施例的錐形彈黃的垂向 剛度曲線如圖9所示，圖中有兩條垂向剛度曲線，其中位于上方的是機車在加載時的垂向 剛度曲線，位于下方的是機車在卸載時的垂向剛度曲線。由于本實施例中有兩次垂向變剛 度的結構，因此當錐形彈黃受到突然增大的垂向載荷向下的壓力時，橡膠體2向下移動的 距離也較大，能起到很好的緩沖、減震效果。從圖9中可W看到，本實施例中已消除了錐形 彈黃垂向剛度的反S曲線。同樣的，當機車在加速、減速或轉彎時由于橡膠體2上端的=段 環(huán)形平直段21和兩段環(huán)形圓角段22的結構，使得錐形彈黃在橫向和縱向也有兩次變剛度， 能起到很好的橫向和縱向的緩沖和減震效果，從而使得機車在加速、減速或轉彎時，更為平 穩(wěn)、順楊，能增加車內旅客的舒適感。
[0037] 如圖6、圖7和圖8所示，當錐形彈黃承受最大垂向載荷時時，橡膠體2的下端下移 時的形狀變化由于受到外錐體3內側和內錐體凸臺11的雙重約束，因此橡膠體2的下端能 使錐形彈黃的剛度有大幅度的增加。而當錐形彈黃承受最大垂向載荷時，橡膠體2上端的 形狀變化也會受到外錐體3內側和橡膠體2的下端的形狀的約束，使得橡膠體2上端能承 受最大垂向載荷，并在最大垂向載荷下形成平滑的形狀。正因為在最大垂向載荷下，錐形彈 黃仍能用橡膠體2承受載荷，因此使得在最大垂向載荷下，錐形彈黃仍能有較好的緩沖、減 震和減噪效果。
[0038] 可見本實施例中，錐形彈黃的橡膠體2上端面和橡膠體2下端面的共五段環(huán)形平 直段21和=段環(huán)形圓角段22形成的=次變剛度。而且將五段環(huán)形平直段21中的任意一 段的長度或斜率在制造時進行改變，都會改變錐形彈黃的變剛度，也就是說，能通過調節(jié)環(huán) 形平直段的長度或斜率來改變錐形彈黃的變剛度。當垂向載荷不大時，錐形彈黃由于有上 述的=次變剛度，能使得錐形彈黃能有很好的緩沖和減震效果；當垂向載荷很大，甚至達到 最大垂向載荷時，如圖6所示，錐形彈黃的橡膠體2上端和橡膠體2下端都處于沒有變剛度 的平滑形狀，因此從圖9中可看出其剛度變化沒有載荷較小時那樣平緩了，但由于最大垂 向載荷時，錐形彈黃仍能用橡膠體2承受載荷，因此使得此時錐形彈黃仍能有較好的緩沖、 減震和減噪效果。而本實施例的五段環(huán)形平直段21和=段環(huán)形圓角段22設計，能讓錐形 彈黃從空載到最大垂向載荷過程中，橡膠體2的上端和下端形狀都不出現(xiàn)權皺，因此能防 止橡膠體2開裂。 W39] 實施例二 與實施例一的結構大致相同，但橡膠體2上端面和橡膠體2下端面，W及凸臺過渡邊 111采用的不是平緩的直線邊過渡，而平緩的曲線邊進行過渡，橡膠體2的上端為四段環(huán)形 平直段21和=段環(huán)形圓角段22,而橡膠體2的下端為=段環(huán)形平直段21和兩段環(huán)形圓角 段22。運樣改變環(huán)形平直段21的段數能改變錐形彈黃變剛度的次數，也就是說，能通過調 節(jié)環(huán)形平直段21的段數來改變錐形彈黃的變剛度的次數。增加或減少環(huán)形平直段21的段 數仍能使得錐形彈黃從空載到最大垂向載荷過程中，橡膠體2的上端和下端形狀都不出現(xiàn) 權皺，能始終保持平滑的形狀。
[0040] 通過上述實施例還可W看出，本發(fā)明設及一種錐形彈黃變剛度及防止權皺和開裂 的方法，錐形彈黃包括內錐體、橡膠體和外錐體，橡膠體環(huán)繞在內錐體的外圍，外錐體環(huán)繞 在橡膠體的外圍，橡膠體與內錐體和外錐體一起形成一個錐形布置的橡膠金屬彈黃；其特 點在于，錐形彈黃的橡膠體上部橡膠型面和橡膠體下部橡膠型面采用多段結構形式；其中， 橡膠體上部橡膠型面為多段下坡結構，橡膠體下部橡膠型面為多段上坡結構；錐形彈黃通 過改變橡膠體上部橡膠型面多段下坡結構和橡膠體下部橡膠型面多段上坡結構中每一段 的形狀、斜率、長度和段數，來調整錐形彈黃的剛度變化的大小和剛度變化的位置，并通過 控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。
[0041] 進一步地，所述橡膠體上部橡膠型面的多段下坡結構中，每段的形狀是直線或弧 線形狀，并將每兩段之間通過圓弧段過渡連接起來，W保證橡膠體的上端下移過程中，橡膠 體上端的形狀始終保持平滑，不會產生權皺和開裂。
[0042] 進一步地，所述橡膠體下部橡膠型面的多段上坡結構中，每段的形狀是直線或弧 線形狀，并將每兩段之間通過圓弧段過渡連接起來，W保證在橡膠體下移過程中，橡膠體下 端面的形狀始終保持平滑，不會產生權皺和開裂。
[0043] 進一步地，所述內錐體底部向外伸出有凸臺，在橡膠體下移到橡膠體下端面抵觸 到凸臺后，通過內錐體底部向外伸出的凸臺與外椎體內側的雙重約束配合產生大幅度變剛 度；在垂向載荷作用下，橡膠體下端面同時與外椎體內側和內椎體下部外凸的凸臺通過滾 動方式逐漸貼緊，實現(xiàn)大幅度變剛度。
[0044] 進一步地，所述凸臺的上表面為多段式結構，每一段之間用圓弧過渡，通過調整凸 臺每一段的形狀、斜率、長度和外椎體內側的張開角度，調整剛度變化的大小和剛度變化的 位置，并通過控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。
[0045] 很顯然，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，作出的若干改進或修飾都應視為本 發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法，錐形彈簧包括內錐體、橡膠體和外 錐體，橡膠體環(huán)繞在內錐體的外圍，外錐體環(huán)繞在橡膠體的外圍，橡膠體與內錐體和外錐體 一起形成一個錐形布置的橡膠金屬彈簧；其特征在于，錐形彈簧的橡膠體上部橡膠型面和 橡膠體下部橡膠型面采用多段結構形式；其中，橡膠體上部橡膠型面為多段下坡結構，橡膠 體下部橡膠型面為多段上坡結構；錐形彈簧通過改變橡膠體上部橡膠型面多段下坡結構和 橡膠體下部橡膠型面多段上坡結構中每一段的形狀、斜率、長度和段數，來調整錐形彈簧的 剛度變化的大小和剛度變化的位置，并通過控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。2. 根據權利要求1所述的錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法，其特征在于，所 述橡膠體上部橡膠型面的多段下坡結構中，每段的形狀是直線或弧線形狀，并將每兩段之 間通過圓弧段過渡連接起來，以保證橡膠體的上端下移過程中，橡膠體上端的形狀始終保 持平滑，不會產生褶皺和開裂。3. 根據權利要求1所述的錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法，其特征在于，所 述橡膠體下部橡膠型面的多段上坡結構中，每段的形狀是直線或弧線形狀，并將每兩段之 間通過圓弧段過渡連接起來，以保證在橡膠體下移過程中，橡膠體下端面的形狀始終保持 平滑，不會產生褶皺和開裂。4. 根據權利要求2或3所述的錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法，其特征在于， 所述內錐體底部向外伸出有凸臺，在橡膠體下移到橡膠體下端面抵觸到凸臺后，通過內錐 體底部向外伸出的凸臺與外椎體內側的雙重約束配合產生大幅度變剛度；在垂向載荷作用 下，橡膠體下端面同時與外椎體內側和內椎體下部外凸的凸臺通過滾動方式逐漸貼緊，實 現(xiàn)大幅度變剛度。5. 根據權利要求4所述的錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法，其特征在于，所 述凸臺的上表面為多段式結構，每一段之間用圓弧過渡，通過調整凸臺每一段的形狀、斜 率、長度和外椎體內側的張開角度，調整剛度變化的大小和剛度變化的位置，并通過控制多 段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。6. -種實現(xiàn)權利要求1所述錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂方法的錐形彈簧，包括 內錐體、橡膠體和外錐體，橡膠體環(huán)繞在內錐體的外圍，外錐體環(huán)繞在橡膠體的外圍，橡膠 體與內錐體和外錐體一起形成一個錐形布置的橡膠金屬彈簧；其特點在于，錐形彈簧的橡 膠體上部橡膠型面和膠體下部橡膠型面采用多段結構形式；其中，橡膠體上部橡膠型面為 多段下坡結構，橡膠體下部橡膠型面為多段上坡結構。7. 根據權利要求6所述的錐形彈簧，其特征在于，所述橡膠體上部橡膠型面的多段下 坡結構中，每段的形狀是直線或弧線形狀，每兩段之間采用圓弧段過渡，以保證橡膠體的上 端下移過程中，橡膠體上端的形狀始終保持平滑，不會產生褶皺和開裂。8. 根據權利要求6所述的錐形彈簧，其特征在于，所述橡膠體下部橡膠型面的多段上 坡結構中，每段的形狀是直線或弧線形狀，每兩段之間采用圓弧段過渡，以保證在橡膠體下 移過程中，橡膠體下端面的形狀始終保持平滑，不會產生褶皺和開裂。9. 根據權利要求7或8所述的錐形彈簧，其特征在于，所述內錐體底部向外伸出有凸 臺，在橡膠體下移到橡膠體下端面抵觸到凸臺后，通過內錐體底部向外伸出的凸臺與外椎 體內側的雙重約束配合產生大幅度變剛度；在垂向載荷作用下，橡膠體下端面同時與外椎 體內側和內椎體下部外凸的凸臺通過滾動方式逐漸貼緊，實現(xiàn)大幅度變剛度。10.根據權利要求9所述的錐形彈簧，其特征在于，所述凸臺的上表面為多段式結構， 每一段之間用圓弧過渡，通過調整凸臺每一段的形狀、斜率、長度和外椎體內側的張開角 度，調整剛度變化的大小和剛度變化的位置；通過控制多段的數量實現(xiàn)多次變剛度的調整。
【文檔編號】B61F5/30GK106032831SQ201510115772
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月17日
【發(fā)明人】譚方, 丁緯, 孫海燕, 馮萬盛, 柳祿泱
【申請人】株洲時代新材料科技股份有限公司