一种支撑球铰扭转刚度非线性设计方法及支撑球铰

技术领域

本发明涉及一种支撑球铰扭转刚度非线性设计方法及支撑球铰，属于转向架零部件技术领域。

背景技术

抗侧滚扭杆装置是一种装配于车体和转向架之间，提供车辆抗侧滚性能的车辆安全部件，具有良好的抗侧滚性能，保证车辆在动态情况下不超过允许的车辆限界并提高乘坐舒适度。抗侧滚扭杆装置的工作原理是基于杠杆原理，它将悬挂系统的上下运动转化为扭矩，扭矩通过扭杆传递到车辆底盘上，从而减少车辆侧翻的风险。当车辆急转弯时，由于惯性的作用，车身会向外倾斜，抗侧滚扭杆装置会产生一个与车身倾斜方向相反的扭矩，使得车身恢复平衡状态，从而保证车辆安全行驶。

支撑球铰是抗侧滚扭杆装置中的一个重要部件，扭杆穿过支撑球铰且与所述支撑球铰配合连接，从而使得扭杆通过所述支撑球铰支撑在转向架或车体上。现有技术中存在的问题是有的支撑球铰的扭转刚度过小，导致扭转方向变形较大，从而使得与其连接的扭杆位移过大，在工作过程中，扭杆位移过大就会与其他部件发生碰撞接触，从而会发出噪音和异响。

经过检索，找到以下专利文献：

一、授权公告号为CN203246475U，授权公告日为2013年10月23日的中国实用新型专利公开了一种新型抗侧滚扭杆支撑球铰，为两半式圆环结构，其包括内套、隔套、外套以及设置在所述内套、隔套和外套之间的橡胶，所述内套的长度相比所述隔套与外套的长度长4mm至6mm 之间的任意长度。

二、申请公布号为CN113653728A，申请公布日为2021年11月16日的中国发明专利申请公开了一种一体式支撑球铰的结构设计方法，支撑球铰包括内套和橡胶套，内套为对装的两瓣瓦片式结构，将两瓣内套在内套两侧端面处贴合对装，在对装的两瓣内套外侧设置一体式橡胶套形成一体式支撑球铰；在一体式橡胶套位于两瓣内套的对接面一处设置轴向的折叠凹面，在一体式橡胶套位于两瓣内套的对接面二处设置与折叠凹面沿着球铰轴对称的轴向开口；支撑球铰可通过折叠凹面折叠并在开口处向两侧打开进而套装在扭杆上。

上述专利文献中公开的支撑球铰的扭转刚度还是较小，也容易发生上述提到的技术问题。

综上，如何设计一种支撑球铰扭转刚度非线性设计方法及支撑球铰，使其能在前期产生正常的扭转变形，当扭转一定角度后，进行扭转限位，实现扭转刚度的非线性，从而避免扭杆位移过大与其他部件发生碰撞接触，降低噪音和异响是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种支撑球铰扭转刚度非线性设计方法及支撑球铰，其能在前期产生正常的扭转变形，当扭转一定角度后，进行扭转限位，实现了扭转刚度的非线性，从而避免了扭杆位移过大与其他部件发生碰撞接触，降低了噪音和异响。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种支撑球铰扭转刚度非线性设计方法，所述支撑球铰包括外套、设置在所述外套内部的空心芯轴和位于所述外套与空心芯轴之间的环形橡胶，外套与空心芯轴通过环形橡胶硫化粘接在一起，所述方法是在所述外套上设置有限位结构一，在所述空心芯轴上设置有限位结构二，所述限位结构一和限位结构二在周向上留有间隙L；当发生扭转时，环形橡胶受到外力作用下发生变形，使得外套与空心芯轴之间相对周向转动，间隙L变小，所述限位结构一和限位结构二随之相对周向转动，当转动至间隙消除时，限位结构一和限位结构二相接触形成周向限位结构，实现扭转刚度的非线性化变化。

优选的，所述限位结构一是设置在所述外套上的开口，限位结构二是设置在空心芯轴上的销体，所述销体沿空心芯轴的径向伸入到所述外套上的开口中，间隙L为沿周向，销体的一侧与开口的一内侧之间的空间,产品硫化后，环形橡胶填充到所述间隙L中；

扭转时，销体相对于开口发生转动，间隙L变小，间隙L中的橡胶被压缩，在前期产生正常的扭转变形，当间隙L消失时，销体的一侧与开口的一内侧相接触形成周向限位结构。

优选的，扭转刚度曲线的非线性化拐点发生的时机是通过控制间隙L的大小来确定的，即当需要扭转刚度曲线的非线性化拐点早一点发生时，可减小间隙L；当需要扭转刚度曲线的非线性化拐点晚一点发生时，可增加间隙L。

优选的，制作支撑球铰时，是先将外套与空心芯轴进行硫化，再将销体安装到空心芯轴上的。

优选的，销体的顶端低于开口的顶端位置。

优选的，所述开口中的橡胶的顶面与开口的顶端之间留有空间一，在空间一内不硫化橡胶。

优选的，所述开口中的橡胶的顶面与开口的顶端之间留有空间一，在空间一内硫化有橡胶。

优选的，所述销体设置有两组，两组销体关于空心芯轴的中心轴线对称分布在空心芯轴上，每组销体对应一个开口设置，即开口也设置有两个，两个开口关于外套的中心轴线对称分布在外套上。

本发明还公开一种带有扭转限位的支撑球铰，所述支撑球铰包括外套、设置在所述外套内部的空心芯轴和位于所述外套与空心芯轴之间的环形橡胶，外套与空心芯轴通过环形橡胶硫化粘接在一起，在所述外套上设置有开口，在空心芯轴上设置有销体，所述销体沿空心芯轴的径向伸入到所述外套上的开口中，沿周向，销体的一侧与开口的一内侧之间留有间隙L，环形橡胶填充到所述间隙L中；当扭转时，利用销体的一侧与开口的一内侧相接触形成周向限位结构。

优选的，所述销体设置有两组，两组销体关于空心芯轴的中心轴线对称分布在空心芯轴上，每组销体对应一个开口设置，即开口也设置有两个，两个开口关于外套的中心轴线对称分布在外套上。

本发明的有益效果在于：利用本发明的方法设计出来的支撑球铰能在前期产生正常的扭转变形，当扭转一定角度后，进行扭转限位，实现了扭转刚度的非线性，从而避免了扭杆位移过大与其他部件发生碰撞接触，降低了噪音和异响。通过设计具体的扭转限位结构，实现了扭转刚度的非线性。通过控制间隙L的大小，能够控制扭转刚度曲线的非线性化拐点发生的时机。通过调整空间一内是否硫化橡胶，从而使得产品能够满足不同产品径向刚度的要求。

附图说明

图1为本发明实施例一中的支撑球铰的轴向剖视结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视结构示意图；

图3为图1中位于一个开口处的局部轴向剖视结构示意图；

图4为当支撑球铰未扭转时，位于图2中B部的放大结构示意图；

图5为当支撑球铰扭转且形成周向限位结构时，位于图2中B部的放大结构示意图；

图6为本发明实施例二中位于一个开口处的径向剖视结构示意图；

图中：1.外套，2.空心芯轴，3.橡胶，4.扭杆，5.开口，6.销体，7.空间一。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。

实施例一：如图1和图2所示，支撑球铰包括外套1、设置在所述外套1内部的空心芯轴2和位于所述外套1与空心芯轴2之间的环形橡胶3，外套1与空心芯轴2通过环形橡胶3硫化粘接在一起，扭杆4穿过空心芯轴2且与所述空心芯轴2配合连接，在所述外套1上设置有限位结构一，在所述空心芯轴2上设置有限位结构二，所述限位结构一和限位结构二在周向上留有间隙L，当发生扭转时，在前期环形橡胶3受到外力作用下发生变形，使得外套1与空心芯轴2之间相对周向转动，间隙L变小，所述限位结构一和限位结构二随之相对周向转动，当转动一定角度时，所述限位结构一和限位结构二之间的间隙消除，限位结构一和限位结构二相接触形成周向限位结构，阻止了外套1与空心芯轴2之间进一步的相对周向转动，实现扭转刚度的非线性化变化。所述限位结构一和限位结构二在周向上留有间隙是为了在支撑球铰受到扭转力的前期实现正常的扭转变形，当间隙消除，限位结构一和限位结构二相接触形成周向限位结构是为了实现扭转刚度的非线性化变化。通过上述设计方法，使得设计出来的支撑球铰能在前期产生正常的扭转变形，当扭转一定角度后，进行扭转限位，实现了扭转刚度的非线性，从而避免了扭杆位移过大与其他部件发生碰撞接触，降低了噪音和异响。

如图3至图5所示，在本实施例中，所述限位结构一是设置在所述外套1上的开口5，限位结构二是设置在空心芯轴2上的销体6，所述销体6沿空心芯轴2的径向伸入到所述外套1上的开口5中，间隙L为沿周向，销体6的一侧与开口5的一内侧之间的空间,产品硫化后，环形橡胶3填充到所述间隙L中。扭转时，销体6相对于开口5发生转动，间隙L变小，间隙L中的橡胶3被压缩，在前期产生正常的扭转变形，当间隙L消失时，销体6的一侧与开口5的一内侧相接触形成周向限位结构，阻止了外套1与空心芯轴2之间进一步的相对周向转动，实现扭转刚度的非线性化变化。在本实施例中，扭转刚度曲线的非线性化拐点发生的时机是通过控制间隙L的大小来确定的，当需要扭转刚度曲线的非线性化拐点早一点发生时，可减小间隙L；当需要扭转刚度曲线的非线性化拐点晚一点发生时，可增加间隙L。

如图4所示，制作时，可先将销体6通过过盈或焊接的方式安装到空心芯轴2上，再将外套1与空心芯轴2进行硫化成型。在这里，也可以将外套1与空心芯轴2进行硫化，再将销体6过盈安装到空心芯轴2上，这样就不需要另外制作模具，只要硫化成型后进行加工就可以了，节省了制作成本。

销体6硫化在橡胶3中，销体6的顶端低于开口5的顶端位置，这样能保证支撑球铰的外径不发生改变，从而不会改变支撑球铰原有的安装方式。

在本实施例中，开口5中的橡胶3的顶面与开口5的顶端之间留有空间一7，在空间一7内不硫化橡胶3，这样能满足产品径向刚度较小时的设计需求。

如图1和图2所示，销体6设置有两组，两组销体6关于空心芯轴2的中心轴线对称分布在空心芯轴2上，每组销体6对应一个开口5设置，因此，开口5也设置有两个，两个开口5关于外套1的中心轴线对称分布在外套1上，这样设置，能够进一步确保周向限位结构的形成，实现扭转刚度的非线性变化。每组销体6中可以设置一个或多个销体6，在本实施例中，每组销体6设置有两个销体6。

实施例二：如图6所示，与实施例一相比，不同之处在于：开口5中的橡胶3的顶面与开口5的顶端之间留有空间一7，在空间一7内硫化有橡胶3，这样能满足产品径向刚度较大时的设计需求。

综上，利用本发明的方法设计出来的支撑球铰能在前期产生正常的扭转变形，当扭转一定角度后，进行扭转限位，实现了扭转刚度的非线性，从而避免了扭杆位移过大与其他部件发生碰撞接触，降低了噪音和异响。通过设计具体的扭转限位结构，实现了扭转刚度的非线性。通过控制间隙L的大小，能够控制扭转刚度曲线的非线性化拐点发生的时机。通过调整空间一内是否硫化橡胶，从而使得产品能够满足不同产品径向刚度的要求。

综上，利用本发明的方法设计出来的支撑球铰能在前期产生正常的扭转变形，当扭转一定角度后，进行扭转限位，实现了扭转刚度的非线性，从而避免了扭杆位移过大与其他部件发生碰撞接触，降低了噪音和异响。通过设计具体的扭转限位结构，实现了扭转刚度的非线性。通过控制间隙L的大小，能够控制扭转刚度曲线的非线性化拐点发生的时机。通过调整空间一内是否硫化橡胶，从而使得产品能够满足不同产品径向刚度的要求。

本实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。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。