本發(fā)明涉及采用橡膠彈性元件減振技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

錐形彈簧是常用的一種橡膠金屬復(fù)合的減振降噪元件，主要指金屬橡膠結(jié)合的具有減振作用的彈簧，彈簧的外觀呈錐形結(jié)構(gòu)。錐形彈簧安裝在機車車輛一系懸掛和二系懸掛的車體上，主要作用為承受車體和構(gòu)架的載荷。應(yīng)用原理為：車輛正常運行時，錐形彈簧不但承受構(gòu)架和車體的垂向載荷，保證車體與地面的高度外，還承受牽引或制動方向的縱向力，同時在過彎道時承受橫向力，確保車輛運行時的舒適度。錐形彈簧結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為普遍的是金屬件均為錐型直板的結(jié)構(gòu)。隨著機車車輛技術(shù)的發(fā)展，特別是高鐵動車組、城軌、地鐵和低地板車技術(shù)的發(fā)展，錐形彈簧需要更好地滿足車輛的動力學(xué)要求，在確保蠕變性能和剛度性能的情況下，提高疲勞壽命成為錐形彈簧研究的重要方向。錐形彈簧是終身免維修的產(chǎn)品，現(xiàn)代車輛承受的疲勞載荷也越來越苛刻，對錐形彈簧疲勞性能的要求越來越高，迫切需要有一種新型的結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)這些要求?，F(xiàn)有錐形彈簧存在的主要問題有：1、橡膠受載后主要產(chǎn)生剪切變形，導(dǎo)致橡膠受載不均，存在受拉的情況，橡膠的特性是抗壓但不抗拉，因此受拉部位容易出現(xiàn)開膠和裂紋，縮短產(chǎn)品的疲勞壽命，影響產(chǎn)品的使用；2、橡膠受載后容易產(chǎn)生“褶皺”變形，褶皺處容易產(chǎn)生摩擦生熱，最終因橡膠疲勞失效導(dǎo)致橡膠開裂。

現(xiàn)有技術(shù)中，實用新型專利cn201420133483.8公開了一種圓柱式和圓錐式相結(jié)合的錐形彈簧，包括硫化在一起的金屬件和橡膠體，所述金屬件包括外套、芯軸以及位于外套和芯軸之間的隔套，所述錐形彈簧采用圓柱形和圓錐形相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，其上部為圓柱形段、下部為圓錐形段。所述金屬件為圓柱形和圓錐形相結(jié)合的結(jié)構(gòu)；所述錐形彈簧為由金屬件和橡膠通過膠黏劑以及高溫硫化形成的整體結(jié)構(gòu)。所述金屬件的圓柱形段長度以及圓錐形段錐角的角度，與垂向剛度和水平剛度的大小相配合。所述橡膠體上設(shè)有盲孔；所述隔套為二層以上。申請?zhí)枮?01510115772.4的中國發(fā)明專利申請公開了一種錐形彈簧變剛度及防止褶皺和開裂的方法及產(chǎn)品，錐形彈簧包括內(nèi)錐體、橡膠體和外錐體，橡膠體環(huán)繞在內(nèi)錐體的外圍，外錐體環(huán)繞在橡膠體的外圍，橡膠體與內(nèi)錐體和外錐體一起形成一個錐形布置的橡膠金屬彈簧；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(jié)構(gòu)形式；其中，橡膠體上部橡膠型面為多段下坡結(jié)構(gòu)，橡膠體下部橡膠型面為多段上坡結(jié)構(gòu)；錐形彈簧通過改變橡膠體上部橡膠型面多段下坡結(jié)構(gòu)和橡膠體下部橡膠型面多段上坡結(jié)構(gòu)中每一段的形狀、斜率、長度和段數(shù)，來調(diào)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(shù)量實現(xiàn)多次變剛度的調(diào)整。以上現(xiàn)有技術(shù)，在有效分配橡膠內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布情況等方面有待進一步改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有錐形彈簧的不足，提供一種采用喇叭口式隔板的錐形彈簧及減振方法，采用喇叭口式隔板和斜面式橡膠型面相結(jié)合的方式，在滿足錐形彈簧各向剛度性能匹配的前提下，優(yōu)化承受載荷后橡膠型面的變形方式，能有效地改善橡膠內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，提高錐形彈簧的疲勞壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種采用喇叭口式隔板的錐形彈簧，包括通過膠黏劑硫化在一起的外套、芯軸、隔板和橡膠，隔板位于外套和芯軸之間，隔板設(shè)有一層以上，所述隔板采用喇叭口式結(jié)構(gòu)，隔板為喇叭口式隔板。

所述橡膠包括橡膠型面，橡膠型面采用斜面式結(jié)構(gòu)，橡膠型面為斜面式橡膠型面，所述橡膠為斜面式型面橡膠。

斜面式型面包括位于橡膠頂面的上斜面式橡膠型面和位于橡膠底面的下斜面式橡膠型面。

喇叭口式隔板上部開口為喇叭口狀，開口半徑大小與錐形彈簧的垂向剛度和水平剛度相匹配。

所述隔板設(shè)有三層，從內(nèi)至外依次包括喇叭口式隔板一、喇叭口式隔板二和喇叭口式隔板三。

所述外套和芯軸也采用喇叭口式結(jié)構(gòu)，外套和芯軸的形狀結(jié)構(gòu)與隔板的形狀結(jié)構(gòu)相配合。

一種減振方法，采用錐形彈簧進行減振，錐形彈簧的隔板采用喇叭口式結(jié)構(gòu)，錐形彈簧的橡膠型面采用斜面式型面結(jié)構(gòu)，通過喇叭口式結(jié)構(gòu)和斜面式型面結(jié)構(gòu)的組合來改善橡膠內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布狀況，提高錐形彈簧的疲勞壽命。

所述錐形彈簧為上述采用喇叭口式隔板的錐形彈簧；錐形彈簧的芯軸、外套和隔板均采用相互配合的喇叭口式結(jié)構(gòu)，當(dāng)錐形彈簧在承受垂向載荷或者同時承受垂向載荷+水平載荷時，橡膠處于剪切和壓縮相結(jié)合狀態(tài)，支撐垂向載荷，同時提供水平剛度；

錐形彈簧采用斜面式橡膠型面結(jié)構(gòu)，受擠壓后的橡膠以滾動方式與金屬件相接觸，增大了橡膠的應(yīng)力釋放面積，消除了應(yīng)力集中點，防止出現(xiàn)橡膠從中間部位打折現(xiàn)象，提高了錐形彈簧的疲勞壽命；所述金屬件包括芯軸、外套和隔板。

通過改變隔板喇叭口半徑大小來實現(xiàn)錐形彈簧的垂向剛度和橫向剛度的匹配：喇叭口半徑越小，垂向剛度越大，水平剛度越小；喇叭口半徑越大，垂向剛度越小，水平剛度越大。

本發(fā)明采用喇叭口式隔板和斜面式橡膠型面相結(jié)合的方式，在滿足錐形彈簧各向剛度性能匹配的前提下，優(yōu)化承受載荷后橡膠型面的變形方式，能有效地分配橡膠內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變，提高錐形彈簧的疲勞壽命。本發(fā)明采用斜面式橡膠型面和喇叭口式隔板結(jié)構(gòu)，使得該種類型的錐形彈簧無論承受垂向載荷還是同時承受垂向+水平載荷，橡膠都處于剪切和壓縮相結(jié)合狀態(tài)，既可支撐垂向載荷，避免垂向方向的蠕變過大，也可提供一定的水平剛度，較好的滿足產(chǎn)品使用性能的要求。同時由于橡膠材料不可壓縮的特性，受載后由于金屬件之間的間隙會變小，橡膠會從錐形彈簧兩端型面往外鼓出，改進后的斜面式結(jié)構(gòu)橡膠型面會貼合隔板往外鼓出，與隔板間形成滾動式的接觸方式，能防止出現(xiàn)原有結(jié)構(gòu)的橡膠從中間部位打折（“褶皺”變形）的現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中隔板為直板的錐形彈簧示意圖；

圖2和圖3分別是圖1中ⅰ處和ⅱ處的局部視圖（勾形橡膠型面示意圖）；

圖4是現(xiàn)有技術(shù)中隔板為直板的錐形彈簧承受載荷后的示意圖（截面圖）；

圖5是本發(fā)明采用喇叭口式隔板的錐形彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6和圖7分別是圖5中ⅲ處和ⅳ處的局部視圖（斜面式橡膠型面示意圖）；

圖8是本發(fā)明采用喇叭口式隔板的錐形彈簧承受載荷后的示意圖（截面圖）；

圖中：1、直板式隔板一；2、直板式隔板二；3、直板式隔板三；4、勾形型面橡膠；5、芯軸；6、喇叭口式隔板一；7、喇叭口式隔板二；8、喇叭口式隔板三；9、斜面式型面橡膠；10、外套。

具體實施方式

請參考圖5至圖8，采用喇叭口式隔板的錐形彈簧包括芯軸5、喇叭口式隔板（其上部開口部分為喇叭口狀，喇叭口式隔板包括喇叭口式隔板一6、喇叭口式隔板二7和喇叭口式隔板三8）、斜面式型面橡膠9（其型面為斜面）、外套10。采用喇叭口式隔板的錐形彈簧主要是由外套、芯軸和三層喇叭口式隔板與橡膠通過膠黏劑高溫硫化在一起而形成。隔板位于外套和芯軸之間，隔板設(shè)有若干層（優(yōu)選為三層），相鄰二個隔板之間、隔板與外套之間以及隔板與芯軸之間均設(shè)有橡膠。外套和芯軸的形狀與喇叭口式隔板相匹配，芯軸與橡膠相接觸部分的外側(cè)面形狀為喇叭狀，外套與橡膠相接觸部分的內(nèi)側(cè)面形狀也大致為喇叭狀。成型后的錐形彈簧的橡膠型面為斜面式型面（橡膠型面為斜面）。斜面式橡膠型面包括上斜面式橡膠型面和下斜面式橡膠型面，分別如圖5至圖7中的ⅲ和ⅳ所示。

采用喇叭口式隔板的錐形彈簧采用喇叭口式結(jié)構(gòu)+斜面式橡膠型面結(jié)構(gòu)組合的結(jié)構(gòu)，外套和芯軸之間根據(jù)剛度需求設(shè)計有喇叭口式結(jié)構(gòu)的隔板，與橡膠通過膠黏劑以及高溫硫化在一起，形成復(fù)合金屬橡膠彈簧。金屬件（包括外套、芯軸和喇叭口式隔板）均為喇叭口式結(jié)構(gòu)，其中間隔板可根據(jù)需要設(shè)計一層、二層或多層。

一種減振方法，采用上述錐形彈簧進行減振，通過喇叭口式結(jié)構(gòu)和斜面式型面結(jié)構(gòu)的組合來改善橡膠內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布狀況，提高錐形彈簧的疲勞壽命。錐形彈簧的芯軸、外套和隔板均采用相互配合的喇叭口式結(jié)構(gòu)，當(dāng)錐形彈簧在承受垂向載荷或者同時承受垂向載荷+水平載荷時，橡膠處于剪切和壓縮相結(jié)合狀態(tài)，支撐垂向載荷，同時提供水平剛度。受擠壓后的橡膠以滾動方式與金屬件相接觸，增大了橡膠的應(yīng)力釋放面積，消除了應(yīng)力集中點，從而提高了錐形彈簧的疲勞壽命；金屬件包括芯軸、外套和隔板。

如圖8所示，本發(fā)明通過喇叭口式隔板結(jié)構(gòu)和斜面式型面結(jié)構(gòu)的組合能有效降低錐形彈簧橡膠內(nèi)部承受的應(yīng)力應(yīng)變，從而提高錐形彈簧的疲勞壽命。第一，錐形彈簧采用喇叭口式隔板，能提高產(chǎn)品疲勞性能，錐形彈簧在受垂向載荷時，橡膠部分承受壓縮和剪切載荷，隔板的喇叭口處結(jié)構(gòu)主要承受壓縮載荷，滿足使用剛度和蠕變特性的前提下，能夠大幅度降低橡膠部分承受的應(yīng)力和應(yīng)變，從而有效提高錐形彈簧的疲勞壽命。第二，錐形彈簧采用斜面式橡膠型面，能提高錐形彈簧的疲勞性能，在受擠壓后的橡膠會沿著隔板的兩側(cè)以滾動方式與隔板相接觸，防止傳統(tǒng)錐形彈簧中橡膠型面往往出現(xiàn)打折現(xiàn)象的發(fā)生，增大了橡膠的應(yīng)力釋放面積，有效消除了應(yīng)力集中點，降低了疲勞裂紋出現(xiàn)的可能性，從而提高了錐形彈簧的疲勞壽命。第三，采用喇叭口結(jié)構(gòu)隔板的錐形彈簧可以根據(jù)產(chǎn)品剛度性能的需求來進行設(shè)計，通過改變喇叭口半徑大小來實現(xiàn)垂向和橫向剛度的匹配性。喇叭口半徑越小，垂向剛度越大，水平剛度越??；喇叭口半徑越大，垂向剛度越小，水平剛度越大。

下面將現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明進一步進行對比分析。

現(xiàn)有技術(shù)中的錐形彈簧的隔板多采用錐型直板結(jié)構(gòu)，型面多采用勾形橡膠型面，如圖1、圖2、圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中隔板為直板的錐形彈簧的隔板包括直板式隔板一1、直板式隔板二2、直板式隔板三3，其橡膠為勾形型面橡膠4。勾形橡膠型面包括上勾形橡膠型面面和下勾形橡膠型面，分別如圖1至圖3中的ⅰ和ⅱ所示。以一種圓柱式和圓錐式相結(jié)合的錐形彈簧為典型代表例，其隔板的結(jié)構(gòu)為圓柱式和圓錐式相結(jié)合的結(jié)構(gòu)（非圓弧過度），其中間隔套可根據(jù)需要設(shè)計一層或多層；型面采用勾型結(jié)構(gòu)。一種圓柱式和圓錐式相結(jié)合的錐形彈簧，金屬件的圓柱形段長度以及圓錐形段錐角，根據(jù)產(chǎn)品剛度性能需要設(shè)計。圓柱形長度越長，垂向剛度越小，水平剛度越大；圓錐形段錐角越大，垂向剛度越大，水平剛度越小。不足：采用勾形橡膠型面,在垂向受載情況下，橡膠型面中間部位會出現(xiàn)嚴重“褶皺”現(xiàn)象，且產(chǎn)品的垂向載荷由橡膠受剪切承擔(dān)為主，在重復(fù)疲勞載荷的作用下，橡膠就會在褶皺處生成裂紋，并逐漸擴展，最終造成產(chǎn)品的失效。

現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題主要有：第一.橡膠受載后主要產(chǎn)生剪切變形：現(xiàn)有的錐形彈簧鐵件都采用錐型直板結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)型式的特點是可以通過改變錐面的角度來靈活的調(diào)節(jié)錐形彈簧的垂向和橫向剛度匹配。但存在的缺點是橡膠結(jié)構(gòu)在受載時主要承受剪切變形，導(dǎo)致橡膠受載不均，存在受拉的情況，橡膠的特性是抗壓但不抗拉，因此受拉部位容易出現(xiàn)開膠和裂紋，縮短產(chǎn)品的疲勞壽命，影響產(chǎn)品的使用。第二.橡膠受載后容易產(chǎn)生“褶皺”變形：由于現(xiàn)有錐型彈簧橡膠的型面采用勾型結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品在垂向載荷下，上下部的橡膠型面容易出現(xiàn)“褶皺”變形（如圖4所示），形成應(yīng)力集中,受到變化的載荷后橡膠反復(fù)變形的過程中褶皺處容易產(chǎn)生摩擦生熱，最終因橡膠疲勞失效導(dǎo)致橡膠開裂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，解決以上所述的現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。采用喇叭口式隔板和斜面式橡膠型面相結(jié)合的方式，在滿足錐形彈簧各向剛度性能匹配的前提下，優(yōu)化了承受載荷后橡膠型面的變形方式，有效地改善了橡膠內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，提高錐形彈簧的疲勞壽命。用“斜面式橡膠型面結(jié)構(gòu)”取代了原有勾形橡膠型面結(jié)構(gòu)，改進后的斜面式結(jié)構(gòu)橡膠型面會貼合隔板往外鼓出，與隔板間形成滾動式的接觸方式，從而能防止了橡膠從中間部位打折的現(xiàn)象出現(xiàn)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。