一种高径向承载、高偏转能力的牵引拉杆节点

技术领域

本发明涉及一种牵引拉杆节点，具体涉及一种高径向承载、高偏转能力的牵引拉杆节点。

背景技术

牵引拉杆节点作为二系牵引系统中的关键部件，需要传递车辆的牵引力和制动力，径向变形大，同时还需承担车辆运行过程中所产生的偏转和扭转载荷，因此，需要同时兼顾大径向载荷及大偏转角度，但是大径向刚度及低偏转刚度存在矛盾，无法同时满足。这种多向复合加载与单向加载相比，工况恶劣程度成倍增加，所以，与其他连杆节点相比，牵引拉杆节点的受载情况苛刻且复杂，对产品的可靠性有很高的要求。同时，受空间尺寸限制，牵引拉杆节点外形尺寸较小，因此牵引拉杆节点安全余量较低。而目前国内外终端业主、主机厂已逐渐提出轨道车辆悬挂部件修程修制延长，因此迫切需要设计出大径向刚度+低偏转刚度的牵引拉杆节点，以提升其寿命。

如申请号CN201710616808.6、名称为“轨道车辆用牵引球铰及其刚度设计方法”的发明专利，申请号CN201710617061.6、名称为“牵引拉杆节点的橡胶型面设计方法及牵引拉杆节点”的发明专利，申请号CN201710617073.9、名称为“牵引橡胶球铰及其多次变刚度方法”的发明专利都是通过对牵引球铰的橡胶型面进行设计以使其满足使用要求，但主要考虑的是牵引球铰的变刚度，并没有提及如何同时实现大径向刚度和小偏转刚度。

发明内容

本发明针对当前对牵引拉杆节点的性能要求很高，但又没有具体的满足高径向承载和高偏转能力的结构的问题，提出了一种高径向承载、高偏转能力的牵引拉杆节点，在保证大径向刚度的同时具有小的偏转刚度。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种高径向承载、高偏转能力的牵引拉杆节点，包括硫化成整体的芯轴、橡胶体和外套，其中橡胶体在径向的两端处设有空穴，在空穴内设有朝外套方向凸出的橡胶止挡，使空穴在橡胶止挡沿周向两侧与橡胶本体之间形成两个类似于V型的形状，芯轴位于橡胶止挡处的部位设有朝外套方向凸出的金属止挡。金属止挡为牵引拉杆节点提供足够的径向刚度，而空穴内橡胶止挡降低牵引拉杆节点的偏转刚度。

进一步地，橡胶止挡沿轴向的外表面的中间处橡胶形状为由直线段围成的型面，橡胶止挡沿轴向两端处与中间的直线段相连接的橡胶表面形状为由斜线段或往外凸出的圆弧段围成的型面。节点变形后，先从直线段的橡胶表面处开始接触，使得节点依然能够偏转。

进一步地，金属止挡沿轴向的外表面的中间处形状也为由直线段围成的型面，金属止挡沿轴向两端与中间的直线段相连接的表面形状为由斜线段或往外凸出的圆弧段围成的型面，且与橡胶止挡此处表面的形状相同。使金属止挡和橡胶止挡形状相同，保证性能稳定。

进一步地，橡胶止挡沿轴向的外表面直线段的长度L与橡胶止挡沿周向的外表面宽度W、载荷F之间满足关系式：F/(L*W)≤芯轴屈服强度。

进一步地，橡胶止挡沿周向的外表面宽度W所对应的圆心角a≤π/3。

进一步地，当橡胶止挡沿轴向两端处与中间的直线段相连接的橡胶表面形状为由往外凸出的圆弧段围成的型面时，圆弧中心位于所述直线段中点通过牵引拉杆节点中心的直线上。

进一步地，所述斜线段或圆弧段位于牵引拉杆节点两端处的终点与外套端部所在平面之间的距离为2mm之内。

进一步地，橡胶止挡的厚度为1-1.5mm。

进一步地，外套靠近空穴的部位硫化有橡胶构成的保护层，对外套进行保护。

进一步地，保护层的橡胶厚度为0.5-1mm。

进一步地，橡胶止挡与橡胶本体之间、保护层与橡胶本体之间均通过圆弧连接，圆弧半径R满足：0.5≤R≤1。

进一步地，外套内表面以及保护层沿轴向上的形状为：中间处为由直线段围成的型面，直线段至两端处为由斜线段或往外凸出的圆弧段围成的型面。进一步降低保护层处与橡胶止挡的接触面。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过在橡胶体的径向两端处设置空穴，然后在空穴内设置朝外套方向凸出的橡胶止挡，减少橡胶的接触面，使得大刚度下节点变形后仍能发生偏转。同时还通过在橡胶止挡处设置金属止挡，使节点依然能够提供大径向刚度。

2.本发明通过将橡胶止挡沿轴向的外表面形状采用直线段与斜线段或往外凸出的圆弧段结合的方式，在承受径向载荷时，橡胶表面先从直线段处开始接触，接触后的两端仍有空穴存在，使得变形后节点依然能够产生偏转。同时，在满足刚度要求的情况下尽量减小直线段的长度，降低此处橡胶的接触面，保证偏转的产生。

3.本发明通过将金属止挡的表面形状设置成与橡胶止挡表面相同的形状，使橡胶止挡各处厚度基本相同，保证橡胶的均匀变形，且将橡胶厚度控制为1~1.5mm，可实现防腐功能，也降低橡胶变形时受到的应力，提高了橡胶的使用寿命，又能保证刚度的稳定性。

4.本发明通过在外套设置保护层，避免外套内侧外露而被腐蚀生锈，提高了使用寿命。

5.本发明通过将外套和保护层也设置成轴向上由直线段和斜线段或圆弧段围成的型面，进一步减小节点变形后空穴上下表面之间的接触面积，从而方便节点偏转。

附图说明

图1为实施例一牵引拉杆节点整体结构示意图；

图2为图1侧视示意图；

图3为图2剖视示意图（其中芯轴未画剖面线）；

图4为图3局部放大示意图；

图5为图2另一角度剖视示意图（其中芯轴未画剖面线）；

图6为实施例一橡胶体结构示意图；

图7为图6从端部侧视示意图；

图8为图7局部放大示意图；

图9为图7剖视示意图；

图10为实施例一芯轴整体结构示意图；

图11为图10主视示意图；

图12为图11剖视示意图；

图13为图12剖视示意图；

图14为实施例三芯轴剖视示意图（其中内芯轴未画剖面线）；

图15为实施例三芯轴另一角度剖视示意图（其中内芯轴未画剖面线）；

图16为图15局部放大示意图；

图17为实施例四牵引拉杆节点剖视示意图（其中内芯轴未画剖面线）；

图18为实施例四牵引拉杆节点另一角度剖视示意图（其中内芯轴未画剖面线）；

图19和图20分别为目前现有的牵引拉杆节点两个不同方向剖视的结构示意图；

图中：1.外套，2.橡胶体，21.橡胶止挡，22.保护层，23.空穴，24.橡胶本体，3.芯轴，31.金属止挡，32.内芯轴，33.外芯轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例一

一种高径向承载、高偏转能力的牵引拉杆节点，如图1-图5所示，由外到内包括外套1、橡胶体2和芯轴3，其中橡胶体2将外套1和芯轴3硫化成整体。如图6-图9所示，橡胶体2在径向上的两端处设有空穴23，对称设置的两个空穴23将两个橡胶本体24对称隔开。空穴23与芯轴3之间设有朝外套1方向凸出的橡胶止挡21，橡胶止挡21硫化在芯轴3上；空穴23与外套1之间设有保护层22，保护层22硫化在外套1上。如图9所示，保护层22橡胶的厚度h1为0.5-1mm之间，主要作用是对外套1内壁起保护作用，由于外套1此部分的金属面不方便进行其他防护加工，因此保护层22避免其外露而受到腐蚀；橡胶止挡21的橡胶厚度h2为1-1.5mm，此处橡胶除了对芯轴3进行保护外，还会因承载而产生形变。空穴23内橡胶止挡21与保护层22之间的距离、以及橡胶止挡21和保护层22在承载后产生的形变量构成了承载后的位移量，可以根据车辆的使用情况不同进行不同的设置。

相应地，如图10-图13所示，芯轴3上与橡胶止挡21硫化粘接的位置设有朝外套1方向凸出的金属止挡31，以配合橡胶止挡21的形状使橡胶止挡21各处橡胶厚度相同。

如图9所示的剖视图可以看出，橡胶止挡21沿轴线方向外表面的形状为：中间部分为直线段S1，直线段S1两端分别与一个外凸的弧线段S2连接，两个弧线段S2的另一个末端分别连接至牵引拉杆节点两端处。如图3所示，弧线段S2的圆心c位于直线段S1中心与牵引拉杆节点中心所在的直线N上。如图4所示，弧线段S2位于牵引拉杆节点两端处的终点d与外套1端部所在平面之间的距离D≤2mm，既可以位于外套1端部外面，也可以位于外套1端部里面。

相应地，如图11和图13所示，金属止挡31沿轴线方向外表面的形状也为中间部分为直线段、直线段两端连接外凸的弧线段，以更好地配合橡胶止挡21的形状。

如图2和图7所示，橡胶止挡21将金属止挡31包围在内，且空穴23位于橡胶止挡21沿周向上的两侧与橡胶本体24之间形成类似于V字型的形状。为了保证牵引拉杆节点的整体性能，如图7和图9所示，橡胶止挡21直线段S1形成的表面所对应的面积应满足如下条件：F/(L*W)≤芯轴屈服强度，其中F为载荷，W为橡胶止挡21沿周向的外表面宽度，L为直线段S1的长度。同时为了保证牵引拉杆节点的大径向刚度要求，如图7所示，橡胶止挡21沿周向的外表面宽度W所对应的圆心角a≤π/3。因此，在设计时，首先应考虑径向刚度要求，尽量选取较大的宽度W，使得长度L尽量减小。这样，在使用过程中，当承受的径向刚度不太大是，橡胶止挡21与保护层22不会贴近，牵引拉杆节点能够很容易产生偏转，只有当偏转到一定角度后，橡胶止挡21与保护层22才会接触，而且当L越小时，橡胶止挡21与保护层22接触得越迟，也即偏转刚度越小。而当承受的径向刚度较大，橡胶止挡21与保护层22接触后，橡胶止挡21圆弧段S2处与保护层之间依然有空间，供牵引拉杆节点偏转，而且当L越小时，偏转更容易完成。

实施例二

本实施例是在实施例一基础上进行的变化，本实施例中，橡胶止挡21圆弧段S2的形状也可以是斜线段，相应地，金属止挡31的圆弧段形状也需改成斜线段。而且在下面的实施例中，虽然其附图都是以圆弧段显示，但同样可以采用斜线段，后面不再一一说明。

实施例三

本实施例是在上述实施例的基础上对芯轴3进行的改变，如图14和图15所示，将芯轴3上与其两端的扁方连接的靠内部的部分、与剩余的靠外的部分分别加工成内芯轴32和外芯轴33，这样，内芯轴32可以用直径较小的材料加工，而外芯轴33可以用管材加工，仅外芯轴33与橡胶体2硫化粘接，而内芯轴32与外芯轴33之间过盈组装，内芯轴32还可以回收利用，与整体式芯轴相比，大大减少了加工时产生的废料。而且，对于扁方尺寸不同、而中间其他部分尺寸相同的牵引球铰节点，此结构提高了牵引球铰节点生产效率。

同时，如图16所示，扁方最外侧与内芯轴32最大外径之间的距离E满足：E≥1mm，使内芯轴32与外芯轴33压装时不会触碰到扁方，在降低成本的同时保证芯轴3外露区域不会出现过盈压痕。

实施例四

本实施例是在上述实施例的基础上对外套1进行的改变，如图17和图18所示，外套1被设计成中间厚、两端薄的形状，使外套1内表面的形状为：中间由直线段T1围成的环形，直线段T1两端分别连接外凸的圆弧段或斜线段T2围成的环形。且此处直线段T1长度与橡胶止挡21的直线段S1长度相等，进一步降低牵引拉杆节点的偏转刚度。

下表分别为安装尺寸相同的上述实施例一的牵引拉杆节点（表中称为结构A）与目前现有的图19-图20所示的牵引拉杆节点（表中称为结构B）在不同承载情况下的偏转刚度值：

从上表中可以看出，承载相同的情况下，与实施例一的结构相比，现有牵引拉杆节点结构的偏转刚度增幅较大，因而更难产生偏转。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。