本發(fā)明涉及牽引類球鉸產(chǎn)品，具體涉及一種帶止擋開孔式球鉸的變剛度方法。本發(fā)明還涉及一種帶止擋開孔式球鉸。

背景技術(shù)：

牽引類球鉸產(chǎn)品廣泛運用于軌道車輛懸掛領(lǐng)域，能夠傳遞牽引力、制動力，吸收振動，實現(xiàn)柔性連接和彈性定位的功能。為了保證車輛運行的動力學(xué)性能和舒適性，要求產(chǎn)品具有變剛度特性，即產(chǎn)品變形較小時，剛度較低，保證車輛運行的舒適性，變形進一步增大時，剛度逐漸增大，變形受到限制，達到限位目的，有利于傳遞牽引力和制動力，保證車輛運行安全性。

為實現(xiàn)球鉸產(chǎn)品的變剛度特性，常見的方式是在產(chǎn)品的橡膠上開孔，如圖1所示，球鉸產(chǎn)品包括芯軸、外套、止擋和彈性橡膠體。芯軸、外套和止擋通過彈性橡膠體硫化為整體，以圓心為軸所述橡膠上對稱設(shè)置有兩個孔結(jié)構(gòu)，所述孔結(jié)構(gòu)貫穿所述橡膠的軸向?？捉Y(jié)構(gòu)在外套與芯軸之間的橡膠型面100一般為凹形，橡膠型面100的端點a、端點b和中點c分別與圓心o形成連線ao、bo、co，連線ao、bo、co又分別與y軸形成夾角a、b、c，夾角a<c，夾角b<c。但是上述球鉸產(chǎn)品的開孔結(jié)構(gòu)設(shè)計不理想，產(chǎn)品在徑向受載的情況下，開孔處連接外套和芯軸的橡膠型面易在中點c附近打折，使該處應(yīng)力集中明顯，最終導(dǎo)致橡膠在此處開裂，如圖2所示；現(xiàn)有球鉸產(chǎn)品的變剛度設(shè)計存在剛度突變而不利于橡膠產(chǎn)品發(fā)揮減振和柔性連接作用缺陷，原因是：隨著載荷的增加，開孔處連接外套和芯軸的凹形橡膠型面在徑向變形條件下，橡膠型面只有自貼合接觸，而不與外套、芯軸和止擋貼合接觸，因此在止擋接近但未接觸外套時不能提供任何附加剛度，此時產(chǎn)品的剛度較小且基本不變；當(dāng)載荷增加至一定程度后，止擋與外套接觸，變形突然受到限制，剛度突然增加，由此，現(xiàn)有技術(shù)中的帶止擋的開孔式球鉸，在受載過程中，球鉸的剛度變化不夠平緩，影響球鉸的減振和柔性連接作用，并且容易出現(xiàn)橡膠型面打折，導(dǎo)致橡膠開裂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的帶止擋的開孔式球鉸，在受載過程中，球鉸的剛度變化不夠平緩，影響球鉸的減振和柔性連接作用，并且容易出現(xiàn)橡膠型面打折，導(dǎo)致橡膠開裂的技術(shù)問題，提供一種帶止擋開孔式球鉸的變剛度方法，使帶止擋開孔式球鉸在受載過程中剛度變化平緩，減振和柔性連接作用更佳，避免橡膠型面打折。本發(fā)明還提供一種帶止擋開孔式球鉸。

為達到上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：帶止擋開孔式球鉸的變剛度方法，包括芯軸、套在芯軸外面的外套和固定在芯軸上的兩個止擋，止擋沿芯軸軸向設(shè)置，且止擋以芯軸軸線對稱分布，芯軸與外套之間以及外套與止擋之間均通過彈性橡膠體硫化連接，在止擋與外套之間開有軸向通孔，其特征在于所述的軸向通孔靠外套側(cè)的外型面為與向外凸起的弧面，軸向通孔靠止擋側(cè)的內(nèi)型面與止擋的外表面型面一致，軸向通孔處于芯軸和外套之間的型面為向軸向通孔內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面，所述內(nèi)凸型面為弧型面，兩個內(nèi)凸型面對稱分布，內(nèi)凸型面靠近外套側(cè)的邊緣為外端邊緣，靠近芯軸側(cè)的邊緣為內(nèi)端邊緣，所述的內(nèi)凸型面從弧面中間至外端邊緣與外套之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋之間的間隙逐漸減小，在徑向壓縮過程中，通過所述內(nèi)凸型面的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套，內(nèi)凸型面的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋，實現(xiàn)所述的帶止擋開孔式球鉸的剛度平緩增加，止擋與外套接觸，使所述帶止擋開孔球鉸的剛度達到最大值。

以上所述的帶止擋開孔式球鉸的變剛度方法，將軸向通孔處于芯軸和外套之間的型面設(shè)置為向軸向通孔內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面，并且所述的內(nèi)凸型面從弧面中間至外端邊緣與外套之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋之間的間隙逐漸減小，在所述球鉸受載過程中，彈性橡膠體向徑向逐漸壓縮，徑向壓縮過程中，在止擋與外套發(fā)生接觸之前，內(nèi)凸型面的弧面中間至外端邊緣逐漸貼近外套，內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋，使所述球鉸的剛度逐漸增大，當(dāng)止擋與外套發(fā)生接觸時，球鉸的剛度增大到最大值，達到限位狀態(tài)。在整個受載過程中，所述球鉸的剛度變化平緩，不會出現(xiàn)剛度突變的現(xiàn)象，使球鉸的減振和柔性連接作用更佳。

進一步的，相對于所述芯軸的圓心兩個所述內(nèi)凸型面的外端邊緣之間的扇形角度為α，兩個內(nèi)凸型面的內(nèi)端邊緣之間的扇形角度為β，兩個內(nèi)凸型面的弧面中線之間的扇形角度為θ，α≥β，α>θ，在徑向壓縮過程中，所述內(nèi)凸型面的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套，內(nèi)凸型面的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋，所述的彈性橡膠體朝內(nèi)凸型面的弧面中間鼓出變形，避免內(nèi)凸型面在壓縮過程中打折。

帶止擋開孔式球鉸，包括芯軸、套在芯軸外面的外套和固定在芯軸上的兩個止擋，止擋沿芯軸軸向設(shè)置，且止擋以芯軸軸線對稱分布，芯軸與外套之間以及外套與止擋之間均通過彈性橡膠體硫化連接，在止擋與外套之間開有軸向通孔，其特征在于所述的軸向通孔靠外套側(cè)的外型面為與向外凸起的弧面，軸向通孔靠止擋側(cè)的內(nèi)型面與止擋的外表面型面一致，軸向通孔處于芯軸和外套之間的型面為向軸向通孔內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面，所述內(nèi)凸型面為弧型面，兩個內(nèi)凸型面對稱分布，內(nèi)凸型面靠近外套側(cè)的邊緣為外端邊緣，靠近芯軸側(cè)的邊緣為內(nèi)端邊緣，所述的內(nèi)凸型面從弧面中間至外端邊緣與外套之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋之間的間隙逐漸減小，徑向壓縮所述的彈性橡膠體，所述內(nèi)凸型面的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套，內(nèi)凸型面的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋。

以上所述的帶止擋開孔式球鉸，軸向通孔處于芯軸和外套之間的型面為向軸向通孔內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面，并且所述的內(nèi)凸型面從弧面中間至外端邊緣與外套之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋之間的間隙逐漸減小，徑向壓縮所述的彈性橡膠體，所述內(nèi)凸型面的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套，內(nèi)凸型面的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋，使所述球鉸的剛度逐漸增大，當(dāng)止擋與外套發(fā)生接觸時，球鉸的剛度增大到最大值，達到限位狀態(tài)。在整個受載過程中，所述球鉸的剛度變化平緩，不會出現(xiàn)剛度突變的現(xiàn)象，使球鉸的減振和柔性連接作用更佳。

進一步的，相對于所述芯軸的圓心兩個所述內(nèi)凸型面的外端邊緣之間的扇形角度為α，兩個內(nèi)凸型面的內(nèi)端邊緣之間的扇形角度為β，兩個內(nèi)凸型面的弧面中線之間的扇形角度為θ，α≥β，α>θ。在徑向壓縮過程中，所述內(nèi)凸型面的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套，內(nèi)凸型面的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋，所述的彈性橡膠體朝內(nèi)凸型面的弧面中間鼓出變形，避免內(nèi)凸型面在壓縮過程中打折。

進一步的，所述的內(nèi)凸型面的弧面中間為半徑1mm~100mm的過渡圓弧面。

進一步的，所述的內(nèi)凸型面為圓弧面。

進一步的，所述的外型面與內(nèi)凸型面之間通過倒角圓弧面一過渡，所述的內(nèi)型面與內(nèi)凸型面通過倒角圓弧面二過渡，所述的倒角圓弧面一和倒角圓弧面二的半徑均為0.5mm~50mm。

進一步的，所述的軸向通孔的外型面為與外套同軸的圓弧面。

進一步的，所述的外型面與外套之間的彈性橡膠體的厚度和內(nèi)型面與止擋之間的彈性橡膠體的厚度均小于2mm。

進一步的，所述的內(nèi)凸型面的外端邊緣到外套內(nèi)壁的最短距離等于內(nèi)凸型面內(nèi)端邊緣到止檔外表面的最短距離。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的帶止擋開孔式球鉸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的帶止擋開孔式球鉸在徑向壓縮變形時的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的帶止擋開孔式球鉸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a為本發(fā)明的帶止擋開孔式球鉸的主視剖視圖；圖3b為本發(fā)明的帶止擋開孔式球鉸的橫切面示意圖。

圖4為本發(fā)明的帶止擋開孔式球鉸自由狀態(tài)下和徑向壓縮變形時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a為本發(fā)明的帶止擋開孔式球鉸自由狀態(tài)下的橫切面示意圖。圖4b為本發(fā)明的帶止擋開孔式球鉸徑向壓縮變形時的橫切面示意圖。

圖5為本發(fā)明的帶止擋開孔式球鉸的橫切面局部放大圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖3至附圖5對本發(fā)明的實施例做詳細說明。

帶止擋開孔式球鉸的變剛度方法，包括芯軸1、套在芯軸1外面的外套2和固定在芯軸1上的兩個止擋3，止擋3沿芯軸1軸向設(shè)置，且止擋3以芯軸1軸線對稱分布，芯軸1與外套2之間以及外套2與止擋3之間均通過彈性橡膠體4硫化連接，在止擋3與外套2之間開有軸向通孔41，其特征在于所述的軸向通孔41靠外套側(cè)的外型面411為與向外凸起的弧面，軸向通孔41靠止擋側(cè)的內(nèi)型面412與止擋3的外表面型面一致，軸向通孔41處于芯軸1和外套2之間的型面為向軸向通孔41內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面413，所述內(nèi)凸型面413為弧型面，兩個內(nèi)凸型面413對稱分布，內(nèi)凸型面413靠近外套側(cè)的邊緣為外端邊緣，靠近芯軸側(cè)的邊緣為內(nèi)端邊緣，所述的內(nèi)凸型面413從弧面中間至外端邊緣與外套2之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面413從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋3之間的間隙逐漸減小，在徑向壓縮過程中，通過所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套2，內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋3，實現(xiàn)所述的帶止擋開孔式球鉸的剛度平緩增加，止擋3與外套2接觸，使所述帶止擋開孔球鉸的剛度達到最大值。

以上所述的帶止擋開孔式球鉸的變剛度方法，將軸向通孔41處于芯軸和外套之間的型面設(shè)置為向軸向通孔內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面413，并且所述的內(nèi)凸型面413從弧面中間至外端邊緣與外套之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面413從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋之間的間隙逐漸減小，在所述球鉸受載過程中，彈性橡膠體向徑向逐漸壓縮，徑向壓縮過程中，在止擋3與外套2發(fā)生接觸之前，內(nèi)凸型面413的弧面中間至外端邊緣逐漸貼近外套2，內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋3，使所述球鉸的剛度逐漸增大，當(dāng)止擋3與外套2發(fā)生接觸時，球鉸的剛度增大到最大值，達到限位狀態(tài)。在整個受載過程中，所述球鉸的剛度變化平緩，不會出現(xiàn)剛度突變的現(xiàn)象，使球鉸的減振和柔性連接作用更佳。

相對于所述芯軸1的圓心兩個所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣之間的扇形角度為α，兩個內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣之間的扇形角度為β，兩個內(nèi)凸型面413的弧面中線之間的扇形角度為θ，α≥β，α>θ，在徑向壓縮過程中，所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套2，內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋3，所述的彈性橡膠體4朝內(nèi)凸型面413的弧面中間鼓出變形，避免內(nèi)凸型面413在壓縮過程中打折。從圖3b所示，α≥β，α>θ的設(shè)置，使得內(nèi)凸型面413的外端邊緣a必須設(shè)置在內(nèi)凸型面413弧面中線c的外側(cè)，而內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣b與外端邊緣b相對芯軸1的徑向?qū)R或者內(nèi)端邊緣b設(shè)置于外端邊緣a的內(nèi)側(cè)，在彈性橡膠體4被壓縮變形時，如圖4b中的c至a弧面逐漸貼近外套2即所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套2，c至b弧面逐漸貼近止擋3即內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋3，因此在壓縮時，所述的球鉸橫切面如圖4a的形狀變化至如圖4b的形狀，內(nèi)凸型面413的外端邊緣a和內(nèi)端邊緣b的剛度不斷增大，彈性橡膠體4變形流動只能從內(nèi)凸型面413的兩端向內(nèi)凸型面413的弧面中間鼓出，流動至軸向通孔41中，彈性橡膠體4向內(nèi)凸型面413弧面中間流動，避免了內(nèi)凸型面413的自貼合接觸，從而避免內(nèi)凸型面413在壓縮過程中打折。

帶止擋開孔式球鉸，包括芯軸1、套在芯軸1外面的外套2和固定在芯軸1上的兩個止擋3，止擋3沿芯軸1軸向設(shè)置，且止擋3以芯軸1軸線對稱分布，芯軸1與外套2之間以及外套2與止擋3之間均通過彈性橡膠體4硫化連接，在止擋3與外套2之間開有軸向通孔41，所述的軸向通孔41靠外套側(cè)的外型面411為與向外凸起的弧面，軸向通孔41靠止擋側(cè)的內(nèi)型面412與止擋3的外表面型面一致，軸向通孔41處于芯軸1和外套2之間的型面為向軸向通孔41內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面413，所述內(nèi)凸型面413為弧型面，兩個內(nèi)凸型面413對稱分布，內(nèi)凸型面413靠近外套側(cè)的邊緣為外端邊緣，靠近芯軸側(cè)的邊緣為內(nèi)端邊緣，所述的內(nèi)凸型面413從弧面中間至外端邊緣與外套2之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面413從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋3之間的間隙逐漸減小，徑向壓縮所述的彈性橡膠體4，所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套2，內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋3。

以上所述的帶止擋開孔式球鉸，軸向通孔41處于芯軸1和外套2之間的型面為向軸向通孔內(nèi)部凸進的內(nèi)凸型面413，并且所述的內(nèi)凸型面413從弧面中間至外端邊緣與外套之間的間隙逐漸減小，內(nèi)凸型面從弧面中間至內(nèi)端邊緣與止擋之間的間隙逐漸減小，徑向壓縮所述的彈性橡膠體4，所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套2，內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋3，使所述球鉸的剛度逐漸增大，當(dāng)止擋3與外套2發(fā)生接觸時，球鉸的剛度增大到最大值，達到限位狀態(tài)。在整個受載過程中，所述球鉸的剛度變化平緩，不會出現(xiàn)剛度突變的現(xiàn)象，使球鉸的減振和柔性連接作用更佳。

具體結(jié)構(gòu)中，相對于所述芯軸1的圓心兩個所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣之間的扇形角度為α，兩個內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣之間的扇形角度為β，兩個內(nèi)凸型面413的弧面中線之間的扇形角度為θ，α≥β，α>θ。從圖3b所示，α≥β，α>θ的設(shè)置，使得內(nèi)凸型面413的外端邊緣a必須設(shè)置在內(nèi)凸型面413弧面中線c的外側(cè)，而內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣b與外端邊緣b相對芯軸1的中軸線徑向?qū)R或者內(nèi)端邊緣b設(shè)置于外端邊緣a的內(nèi)側(cè)，在彈性橡膠體4被壓縮變形時，如圖3b中的c至a弧面逐漸貼近外套2即所述內(nèi)凸型面413的外端邊緣至弧面中間逐漸貼近外套2，c至b弧面逐漸貼近止擋3即內(nèi)凸型面413的內(nèi)端邊緣至弧面中間逐漸貼近止擋3，因此在壓縮時，內(nèi)凸型面413的外端邊緣a和內(nèi)端邊緣b的剛度不斷增大，彈性橡膠體4變形流動只能從內(nèi)凸型面413的兩端向內(nèi)凸型面413的弧面中間鼓出，流動至軸向通孔41中，彈性橡膠體4向內(nèi)凸型面413弧面中間流動，避免了內(nèi)凸型面413的自貼合接觸，從而避免內(nèi)凸型面413在壓縮過程中打折。

優(yōu)選方案，所述的內(nèi)凸型面413的弧面中間為半徑1mm~100mm的過渡圓弧面。內(nèi)凸型面413的弧面中間為圓弧面，更有利于彈性橡膠體4的流動變形，減小彈性橡膠體4在變形過程中的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)凸型面413的弧面中間的半徑，是根據(jù)所述的球鉸中芯軸1、外套2和止擋3的具體尺寸來設(shè)置的，所述球鉸的規(guī)格越大，尺寸芯軸1、外套2和止擋3的尺寸也越大，軸向通孔41的尺寸也隨之增大，則內(nèi)凸型面413的弧面中間的半徑增大。

優(yōu)選方案中，所述的內(nèi)凸型面413為圓弧面。將內(nèi)凸型面413設(shè)置為圓弧面，軸向通孔41的成型更簡單，且可以進一步減小彈性橡膠體4流動變形過程中的內(nèi)應(yīng)力。

優(yōu)選方案中，所述的外型面411與內(nèi)凸型面413之間通過倒角圓弧面一414過渡，所述的內(nèi)型面412與內(nèi)凸型面413通過倒角圓弧面二415過渡，所述的倒角圓弧面一414和倒角圓弧面二415的半徑均為0.5mm~50mm。內(nèi)凸型面413與外型面411和內(nèi)型面412

均通過倒角圓弧面過渡，可增大彈性橡膠體4在變形時的流動空間，使所述球鉸的剛度變化更加緩和，使所述的球鉸在受載過程中的剛度變化更加平緩。其中倒角圓弧面一414和倒角圓弧面二415的半徑，也是根據(jù)球鉸的規(guī)格尺寸的變化而變化的。

優(yōu)選方案中，所述的軸向通孔41的外型面411為與外套2同軸的圓弧面，在彈性橡膠體4上開設(shè)兩個對稱的軸向通孔41時，通過外型面41與外套2同軸，保證兩個軸向孔41的對稱性。

優(yōu)選方案中，所述的外型面411與外套2之間的彈性橡膠體4的厚度和內(nèi)型面412與止擋3之間的彈性橡膠體4的厚度均小于2mm。在軸向通孔41與外套2和止擋3之間均有一層厚度小于2mm彈性橡膠體4，對止擋3與外套2的接觸起緩沖作用，使所述球鉸的剛度變化更加平緩，也可以減少止擋3與外套2接觸時所發(fā)生的撞擊聲。

優(yōu)選方案中，所述的內(nèi)凸型面413的外端邊緣到外套2內(nèi)壁的最短距離等于內(nèi)凸型面413內(nèi)端邊緣到止檔3外表面的最短距離。使彈性橡膠體4在壓縮變形過程中，內(nèi)凸型面413兩端的剛度變化保持均衡，避免彈性橡膠體4內(nèi)軸向通孔411流動時，偏向內(nèi)凸型面413的一端鼓出，進一步減少彈性橡膠體4壓縮變形時的內(nèi)應(yīng)力，使所述的球鉸在受載過程中的剛度變化更加平緩。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的技術(shù)方案進行完整描述，需要說明的是所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。