铁道耦合器转向节的芯及其构成的转向节 |
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| 申请号 | CN201280003840.2 | 申请日 | 2012-05-15 | 公开(公告)号 | CN103328301A | 公开(公告)日 | 2013-09-25 |
| 申请人 | 贝德洛工业公司; | 发明人 | F.·安德鲁·尼鲍尔; 杰里·R.·斯梅雷茨基; 凯利·戴; 沃恩·马卡里; 尼克·萨拉玛西克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于形成 铁 道 耦合器 转向节 的内部空间的芯组件，包括位于所述芯的C-10部和所述芯的指形部之间的第一过渡段（62）。所述第一过渡段（62）包括第一侧（82）、第二侧（84）、第三侧（88）和第四侧（90），所述第一侧和第二侧形成所述第一过渡段（62）的垂直轴（86），所述第三侧和第四侧形成所述第一过渡段（62）的 水 平轴（92）。所述第一过渡段的所述垂直轴（86）沿着所述垂直轴（86）的水平面的高度至少为2.5英寸以及所述第一过渡段（62）的所述水平轴（92）沿着所述水平轴（92）的垂直面的高度至少为0.925英寸。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于形成铁道耦合器转向节的内部空间的芯组件，所述芯包括第一过渡段,所述第一过渡段位于所述芯的C-10部和所述芯的指形部之间； |
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| 说明书全文 | 铁道耦合器转向节的芯及其构成的转向节发明领域 背景技术[0002] 轨道车耦合器位于各轨道车的端部，使得这种轨道车车厢的一端能够连接到另一辆轨道车车厢的与之相邻配置的端部。每个耦合器的彼此能相互配合（engagable）的部分在轨道领域被称为转向节（knuckles）。例如，美国专利4024958、4206849、4605133、5582307均提及了轨道货运车厢耦合器转向节。 [0003] 耦合器转向节（coupler knuckles）通常由铸钢（cast steel）生产，生产过程中使用一个模具和三个用以产生转向节内部空间的芯。这三个芯通常构成后部芯或“肾形”区段，中间芯或“C-10”或“枢轴销”（"pivot pin"）区段以及前部芯或“指形”区段。在铸造过程中，模具和位于模具内部的三个芯之间本身的相互关系在生产令人满意的轨道货车耦合器转向节中是至关重要的。 [0004] 生产这些组件最常见的技术是通过砂型铸造。砂型铸造为制造复杂的中空形状如耦合器主体、转向节、侧架（side frames）和承梁（bolsters）提供了一种低成本、高产量的生产方法。一个典型的砂型铸造包括：(1)围绕模样（pattern）填充砂形成模具（mold），一般包括浇注系统；(2)从模具中拿出模样；(3)将芯放入模具中，芯是封闭的；(4)用热的金属液体浇注所述模具；(5)使金属在模具中冷却；(6)将凝固的金属（也称为原始铸件）通过分离（breaking away）模具取出；(7)铸件完成和处理，其可能包括使用研磨机、焊机、热处理和机械加工。 [0005] 在砂型铸造操作中，模具的制造是通过：用砂作为基础材料，并且使用粘结剂与之混合以保持其形状。模具分成两部分制造—上模(顶部)和下模(底部)，沿着分型线（parting line）分开。砂围绕模样填充，当模样从模具中移除后，砂仍然保持模样的形状。模样中机械制备（machined）拨模角度(draft angles)，以确保模样从模具中取出。在某些砂型铸造操作中，在注模过程中通过浇注工艺使用一个砂箱支撑砂。芯被插入到模具中，上模被放在下模上以封闭模具。 [0006] 当铸造复杂或中空的部件时，芯用来确定所述中空内部或复杂区段，它们不能随模样一起制造。这些芯通常是由砂和粘结剂混合在一起制造，然后填充到一个具有该芯形状的盒子里。该芯盒可以手工充填也可以利用吹芯机（core blower）填充。将芯从盒中移除，然后放入模具中。利用型芯座（core prints）将芯定位到模具内，以及浇注金属时防止芯移动。此外，可能利用芯撑（chaplets）来支撑芯或限制芯的移动，以及在金属凝固过程中融合到基体金属（base metal）中。 [0007] 模具通常包含浇注系统，浇注系统为熔化的金属提供了一个通道，控制金属流动到腔内。浇注系统包括了一个下浇口，控制金属的流动速度，下浇口与浇道连接。浇道是金属通过注入口流动到腔内的通道。注入口可以控制金属进入腔内的流速，防止液体的湍流。 [0008] 在金属被注入模具后，在接近固态时，铸件冷却和收缩。当金属收缩时，额外的液态金属必须继续加入到收缩的地方,否则最终的组件将会出现空洞。在厚重的金属区段，模具中放置冒口（risers），以提供液态金属的辅助库。冒口是最后凝固的区域，从而使其内的液体保持液体状态的时间比空腔或正被浇铸的部分更长。随着腔的内容物冷却，冒口能够在区域内补充液体，确保生产一个结实的最终铸件。在上模顶部开口的冒口还可以在浇注和冷却过程中充当通风孔使空气排掉。 [0009] 在各种铸造技术中，使用不同的砂粘结剂使砂保留模样的形状。这些砂粘结剂对最终产品有很大的影响，因为它们控制空间稳定性、表面光洁度以及在每个具体过程中的铸造细节。两种最典型的砂型铸造方法包括：(1)湿型砂，由硅砂、有机粘结剂和水组成；(2)自硬或空气硬化砂型，由硅砂和快速固化化学粘合剂组成。传统上，耦合器主体和转向节采用湿型砂工艺制造，因为其成型材料成本低。虽然采用该方法有效地制备这些组件已有许多年，然而这种工艺存在一些缺陷。 [0010] 由于贯穿转向节的金属的内部和/或外部不一致，许多转向节是不合格的。这些不一致通常由铸造过程中一个或多个芯移动而引起，引起转向节壁的厚度差异。这些差异可能导致偏载以及增加转向节使用过程中失效的风险。 [0011] 传统上，三个芯的每一个都需要被设置在模具中一个单独的型芯座上，型芯座有助于固定每个芯的位置。此外，额外的支撑机制，如手动插入钉子，是必要的，以避免移动。这些技术是劳动密集型的，还存在人为失误。 [0012] 早期的设计还可能在浇注过程中，由于某些区域的形状过渡（sharp transitions）而引起流动的钢液产生湍流。当金属高速填充模具时会产生湍流。模具或芯中任何尖锐或突然的过渡也会产生湍流和/或压力梯度，它们也可以导致芯移位。此外，湍流和压力梯度会导致侵蚀、夹杂物和再氧化的缺陷。这些问题会导致凝固问题，例如收缩和孔隙度问题，转而会导致转向节失效。 [0013] 以 上 问题 都 可 能 导 致 转 向 节 的 芯 表面 的 铸 造 不 一 致（casting inconsistencies）。这种不一致以及所产生的低疲劳强度的代价可能会非常昂贵,因为当某个部分必须报废或替换时，美国铁路协会(AAR)有严格的标准。AAR在2011年现场手册的A部分16条规定：“在转向节任何区域发现损坏或裂缝……通过目测检查和/或利用AAR规格M-220定义的无损检测应被废弃(强调)。”由于这些严格的标准以及更换这些零部件的开支，迫切需要提高耦合器转向节的强度和/或疲劳寿命，以及需要改善的用于制备转向节的芯的设计。 发明内容[0014] 在本发明的第一实施例中，公开了一种用于形成铁道耦合器转向节的内部空间的芯组件，所述芯包括第一过渡段,所述第一过渡段位于所述芯的C-10部和所述芯的指形部之间。所述第一过渡段包括第一侧、第二侧、第三侧和第四侧，其中，所述第一侧和第二侧形成所述第一过渡段的垂直轴，所述第三侧和第四侧形成所述第一过渡段的水平轴。。所述第一过渡段的所述垂直轴沿着所述垂直轴的水平面的高度至少为2.5英寸，以及所述第一过渡段的所述水平轴沿着所述水平轴的垂直面的高度至少为0.925英寸。 [0015] 在本发明的第二实施例中，公开了一种转向节，包括喉部，所述喉部包括喉侧壁，所述喉侧壁至少包括三个段：最接近所述转向节尾部的第一段，最接近所述转向架牵引面的第三段，以及位于所述第一段和第三段之间的第二段。所述第一段的壁厚度与所述第二段的壁厚度之间的差异少于10%。 [0016] 在本发明的第三实施例中，公开了一种转向节，包括喉部，所述喉部包括尾部截止侧壁，所述尾部截止侧壁至少包括三个段：最接近所述转向节尾部的第一段，最接近所述转向架牵引面的第三段，以及位于所述第一段和第三段之间的第二段。所述第一段的壁厚度与所述第二段的壁厚度之间的差异少于10%。 [0017] 在本发明的第四实施例中，公开了一种用于形成铁道耦合器转向节的内部空间的芯组件，所述芯包括位于所述芯的C-10部和肾形部之间的过渡段。所述过渡段包括在所述芯的C-10部的肾侧壁和所述芯的转向节尾侧之间延伸的顶壁以及在所述芯的C-10部的肾侧壁和所述芯的转向节尾侧之间延伸的底壁。所述过渡段包括在所述顶壁和所述底壁之间延伸的侧壁且所述过渡段的高度至少为约3.50英寸以及宽度至少为约1.0英寸。附图说明 [0018] 参考下列附图和描述可能更好理解本系统。附图中的部件不必要按比例，重点则在于图解本发明的实质。而且，在各附图中，相类似的附图标记指代不同视图中的相应部件。此外，附图中的尺寸仅仅只是实施例，不应理解为对于本发明权利要求的限制。 [0019] 图1为完整转向节的俯视图； [0020] 图2为完整转向节的侧视图； [0021] 图3A为完整转向节的透视图； [0022] 图3B为完整转向节的与图3A相反方向的透视图； [0023] 图4为本发明的指形芯部分插入本发明肾形芯/C-10的透视图； [0024] 图5为图4中的指形芯和肾形芯完全拼接的示意图； [0025] 图6为图4中的指形芯和肾形芯的剖视图； [0026] 图7显示了图4中的指形芯和肾形芯，第一过渡段被突出显示； [0027] 图8为图4中的指形芯的侧视图； [0028] 图9为图4中的C-10/肾形芯的C-10/侧的侧视图； [0029] 图10为图4中的C-10肾形芯的C-10/侧的侧视图； [0030] 图11为现有的C-10/肾形芯与现有的指形芯拼接在一起的剖视图； [0031] 图12显示了图11中的肾形芯与指形芯，第一过渡段被突出显示； [0032] 图13显示了图11中的肾形芯与指形芯的俯视图，第一过渡段被突出显示； [0033] 图14显示了图4中的肾形芯与指形芯的俯视图，第一过渡段被突出显示； [0034] 图15为图4中的芯位于转向节内部图，显示围绕芯形成的转向节的形状； [0035] 图16显示图11中的芯位于转向节腔内，显示围绕芯形成的转向节的形状； [0036] 图17为图4中的指形芯和肾形芯组装后的侧视图； [0037] 图18为图11中的指形芯和肾形芯组装后的侧视图； [0038] 图19为图11中的指形芯和肾形芯组装后的俯视图； [0039] 图20为图4中的指形芯和肾形芯组装后的俯视图； [0040] 图21为图4和图11中的在肾形芯/C-10和指形芯之间的第二过渡段的俯视对比图； [0041] 图22显示了图4中的芯，后芯支撑件（rear core support）被附加上示例性的测量值； [0042] 图23为图4中的指形芯和肾形芯组装后的侧视图； [0043] 图24为图4中的后芯支撑件的放大侧视图； [0044] 图25为图4中的后芯支撑件的放大透视图； [0045] 图26为图11中的组合的芯的俯视图，添加了角度； [0046] 图27为图11中的芯位于转向节腔恰当位置的俯视图，显示腔外后芯支撑件的延伸； [0047] 图28为图4中的芯位于转向节腔恰当位置的俯视图，显示腔外后芯支撑件的延伸； [0048] 图29为本发明的芯制造的转向节的后视图； [0049] 图30为现有技术的芯制造的现有技术的转向节的后视图； [0050] 图31显示了图11中的芯的侧视图，并显示了水平分型线； [0051] 图32显示了图4中的芯的俯视图，并显示了垂直分型线； [0052] 图33为在恰当位置具有活动件的打开的垂直分开（open vertically parted）的芯盒俯视图； [0053] 图34为图33的活动件的侧视图； [0054] 图35为图33的活动件的俯视图； [0055] 图36为图33的活动件的透视图； [0056] 图37为现有技术的转向节的侧横截面图，显示由现有技术的肾形芯形成的开口； [0057] 图38为利用图4中的芯制造的转向节的侧横截面图； [0058] 图39为本发明转向节的横截面图，显示C-10销孔（pin hole）。 [0059] 附图的详细说明及优选实施例 [0060] 本发明的一个目的是利用具有独特的互锁结构的两个芯，以减少在铸件过程中发生芯变形，从而提高耦合器转向节的强度和疲劳寿命。图1～3显示了一个完整的转向节10以作参考。通过背景技术，此处结合图1～3描述该完整的转向节的一般部件。一个转向节10包括抛光肩部（buffing shoulders）12、C-10销孔14、标识孔16、前面18、后跟部 20、中心22、锁架24、锁定面26、突出部28、销保护套30、牵引面32、牵引支托34、脊柱36、脊柱过渡38、尾部40、尾部截止件42、甩油环垫44以及喉46。参考图4，第一个专用芯为指形芯48，其在转向节10侧的前面18形成空间，以及第二个专用芯为组合C-10/肾形芯50，其在转向节10的C-10销孔14和尾部40段形成空间。 [0061] 在该转向节10的前面部分，本发明使用一个如图4～8所示的被称为指形芯48的独特形状的第一芯。图5、6和7显示了该指形芯48连接肾形芯50。图4显示了该指形芯48通过指形芯48的壁54上形成的支托52和形成在C-10/肾形芯50的C-10部60的第一壁58上的槽56的相互作用，而将连接到第二或C-10/肾形芯50。图8单独显示了指形芯48。 [0062] 继续参考图5，7和14，支托52和槽56的设计在芯48、50之间形成一个互锁结构，或者第一过渡段62，在过渡段62中形成一个从C-10/肾形芯50到指形芯48的平滑过渡。这个平滑过渡段62的作用是能够减少铸造过程中的熔化金属的湍流，从而减少例如夹杂物、再次氧化缺点和以及金属的孔隙度等凝固问题，以及减少模具腐蚀的可能性。这个结构还能减少转向节10的内部特征的热撕裂（hot tears）发生，热撕裂在现有的铸造过程中是一个问题。此外，其能够有效的控制整个转向节10的C-10销孔14、牵引支托34和抛光肩部12相互之间的距离。 [0063] 与图11、12和13所示的现有技术的过渡段62相比，该段62发生了改变：通过在水平方向和垂直方向上均增大了这个区域的厚度。例如，如图11和12所示，在现有技术中，尖拐角64形成在过渡段62的第一末端66且邻近C-10芯50的端壁68，此处指形芯48的支托52进入C-10芯50的槽56。而在本发明中，除去这个尖拐角，取而代之的是大约0.10英寸的第一半径（first radius）70，该半径从芯50的C-10部60的第一垂直壁58到该芯的C-10部60的端壁68，后面将被称为第一主动截止面（first positive stop surface）74且进一步描述。图中该第一半径70显示为R1。第二半径（second radius）80形成在指形芯48上，且从指形芯48的第二主动截止面（second positive stop surface）76的垂直壁和指形芯48的外侧垂直部78延伸出。该第二半径80优选大约0.10英寸或更大，且在图中标示为R2。该第一半径70也可以被描述为大约0.10英寸，从芯50的C-10部60的第一垂直壁58到其与第二半径的切点。该第二半径80也可以被描述为大约0.10英寸，从指形芯48的外侧垂直部78到其与芯50的第一半径70的切点。 [0064] 如图7和14所示，相比于现有技术（参考图12和13），芯50的C-10部60和指形芯48之间的第一过渡段62也通过增大过渡段62的宽度W和高度H来进行改良。该过渡段62包括形成垂直轴86（图7）的第一侧82和第二侧84以及形成水平轴92（图14）的第三侧88和第四侧90。半径R1和R2在过渡段62的顶侧94的结合点到半径R1和R2在过渡段62的底侧96的结合点之间构成过渡段62的高度H。如图14所示，过渡段62的第三侧88和第四侧90之间构成过渡段62的宽度W。该第三侧88形成于转向节10的内侧或喉侧98，而第四侧90形成于转向节10的尾部截止侧100。图12和13显示现有技术中相应的高度H1大约为2.40英寸以及宽度W1大约为0.922英寸。 [0065] 这个过渡段62的高度H优选大于约2.5英寸以及宽度W优选大于约0.925英寸。可选的，相比现有技术中的高度，该高度H至少可以增大75%，而相比现有技术中的宽度，该宽度W至少可以增大50%。在优选实施例中，该高度H大约为3.98英寸以及宽度W大约为 1.33英寸。 [0066] 相比现有技术的过渡段，这些改变能够导致从C-10/肾形芯50到指形芯48的更平滑过渡。如图15所示，现有技术的尖拐角64被除去，这个更平滑的过渡区62形成一个在完成的转向节10的相应区域104内的厚度更均匀的壁102。在该区域通过该过渡段62形成的转向节10的开口优选为高度大约3.0英寸以及宽度大约0.8英寸。 [0067] 本发明的第一过渡段62的其他方面的设计为增加一个主动截止（件）。该主动截止件形成于C-10/肾形芯50的C-10部60和指形芯48各自对应的垂直壁74、76上。如图5～7所示，该主动截止件允许指形芯48和C-10/肾形芯50在准确的安装下能够彼此完全地齐平（seat），进一步减少芯的移动。另外，该主动截止面74、76的设计形成一个环绕整个连接点108的360°的半径。这样，减少整个转向节10的压力以及提高整个转向节10的凝固，以及减少热撕裂的可能性。这个主动截止件结构还有助于形成前述的大的半径R1和R2。更大的半径也能减少转向节10的压力，以及提供一个当模具填充时的更平滑的、更少的金属湍流。相应的，减少热撕裂的可能性。 [0068] 图4,图6,以及图8～10显示了C-10/肾形芯50的第一主动截止面74的优选结构。该槽56被确定在C-10/肾形芯50的C-10部60的第一壁58上，可优选为0.6～1.0英寸之间的宽度以及2.00～3.5英寸之间的高度。该槽56的深度略大于1.0英寸以容纳该支托52。该第一主动截止面74形成于C-10/肾形芯50的第一壁58上并环绕该槽56作360°延伸，优选为延伸出槽56外的约0.10-0.35英寸，而且基本上平行于第一壁58。 [0069] 相应的第二主动截止面76具有与第一主动截止面74相同的尺寸，以保持准确安装。该第二主动截止面76被确定为环绕从指形芯48的壁54延伸出的支托52作360°延伸，且基本平行于指形芯48的壁54。该第二主动截止面76优选为延伸出支托52表面外的约0.10-0.35英寸。该支托52包括锥形（taper）的顶壁110和底壁112，从而使进入槽56内的支托52的末端114的高度少于与其对立的支托52的末端116。该支托52优选为大于约1.0英寸,从指形芯48的壁54延伸到支托52的末端114。该支托52优选为0.60-0.90英寸之间的宽度和2.75-3.25英寸之间的高度。该锥形角（taper angle）A优选为大于1°。图4显示了指形芯48正被插入C-10/肾形芯50，图5显示了指形芯48和C-10/肾形芯50完全合并在一起，连同第一主动截止面72和第二主动截止面74齐平的固定一起，并显示了指形芯48和C-10/肾形芯50之间平滑的且基本上连续的过渡段62。当指形芯48和C-10/肾形芯50合并（seated）一起时，这个互锁结构62有效地形成一个过渡段62，该过渡段62的高度大于约2.5英寸且宽度大于约0.75英寸。 [0070] 更大尺寸的过渡段形成一个更稳健的结合点，从而减少芯在装配前的处理或者芯在装配到模具内的时候发生结合点损坏的可能。 [0071] 在另一个可选的实施例中（图未示），肾形芯和C-10芯是分离的。支托和第一主动截止面形成于C-10芯的第二壁118上。在这个实施例中，槽和第二主动截止面形成于肾形芯上。该支托和槽以及它们相应的截止面设计为如上述实施例的支托和槽的相同方式合并在一起。 [0072] 在另一个可选的实施例中（图未示），槽上形成的袢扣（tab）和支托上形成的对应孔（反之亦然）作为破损安全配合，从而使芯无法逆向装配。 [0073] 本发明的另一方面是对肾形芯和C-10芯50的C-10部60之间的第二过渡段120（如图17和20所示的阴影部分）的改良。如图11～13所示，现有技术包括一个陡峭的过渡122，置于这些芯部59、60之间。这种类型的过渡在铸造过程中无法推动好的金属流动整个转向节10，并且当铸造冷却时会促进热撕裂形成。 [0074] 当从前面18进行铸造时，液态金属倾向于在更薄（thinner）的段中更快冷却。在现有设计中，这个段的壁厚度变化相当大，尤其在图16所示的陡峭过渡段122。由于液态金属到达由所述陡峭过渡段122形成的较厚的壁前先通过较薄的段，在此其会更快冷却，从而会导致最后的部分出现瑕疵。 [0075] 与图11～13、16、18和19所示的现有技术的芯中相同的区域相比，图4～7、14、15、17和20所示的本发明的第二过渡段120增加了材料。如图17所示，第二过渡段120被确定于顶壁124上，该顶壁124在C-10芯部60的上部的肾侧壁126和转向节的尾部侧 132之间延伸。底壁128在C-10芯部60的底壁和转向节的尾部侧132之间延伸。第一侧 134和第二侧136相应的在转向节10的喉侧138和转向节10的尾部侧132之间延伸。至少约1.93英寸的材料被增加到这个区域的垂直高度H2以使其至少为3.50英寸高，以及至少0.97英寸的材料被增加到这个区域的水平宽度W2以使其至少为1英寸宽。如图15所示，这个更平滑的过渡导致更均匀厚度的喉侧壁140。 [0076] 这种平滑的过渡和更均匀的喉侧壁140位于所述转向节10的所述喉部142，且包括最接近所述转向节尾部40的第一段A144、最接近所述转向节牵引面32的第三段C148、以及介于所述第一段144和第三段148之间的第二段B146（图16显示了分别使用144a、146a和148a的典型现有技术部分的相同区域）。重要的是应注意，每个段的长度已经概括在图中以备参考，并且并不意味着权利要求被如图中所示这些段的确切尺寸限制。 [0077] 在一个实施例中，所述第一段144的所述喉侧壁140的厚度优选为大于所述第二段146的所述喉侧壁140的厚度，所述第二段146的所述喉侧壁140的厚度优选为大于所述第三段148的所述喉侧壁140的厚度。此外，在所述第一段144中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度与在所述第三段148中所述喉侧壁140的至少一部分的厚度之间的差异约小于17%，在所述第一段144中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度与在所述第二段146中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度之间的差异约小于11%，以及在所述第二段146中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度与在所述第三段148的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度之间的差异约小于11%。在另一个实施例中，在所述第一段144中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度与在所述第二段146中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度之间的差异约小于17%，在所述第二段146中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度与在所述第三段148中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度之间的差异约小于30%。在又一实施例中，在所述第一段144中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度与在所述第二段146中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度之间的差异约小于4%，在所述第二段146中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度与在所述第三段148中的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度之间的差异约小于11%。 [0078] 例如，在所述段A144内的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度可至少约为1.39英寸，在所述段B内的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度可至少约为1.34英寸，以及在所述段C内的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度可至少约为1.19英寸。作为参考，如图16所示的现有技术转向节，在所述段A144内的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度可至少约为1.40英寸，在所述段B内的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度可至少约为1.69英寸，在所述段C内的所述喉侧壁140的至少一部分的厚度可至少约为1.19英寸。 [0079] 在附加的实施例中，所述第一段144的所述喉侧壁140的厚度优选为小于所述第二段146的所述喉侧壁140的厚度，并且所述第二段146的所述喉侧壁140的厚度优选为小于所述第三段148的所述喉侧壁140的厚度。在本实施例中，在所述喉段（throat section）的包括A、B、C段的所述整个喉侧壁142中的所述壁的厚度包括穿过所述喉段的变化小于10%。在又一实施例中，包括A、B、C段的所述整个喉侧壁140贯穿所述尾部截止侧壁141的变化小于17%。在又一实施例中，包括A、B、C段的所述整个喉侧壁140贯穿所述尾部截止侧壁141的变化小于3.5%。 [0080] 类似的改变已经被应用到所述芯的所述尾部截止侧（tail stop side）133。材料已被添加到这一段的垂直高度H2及水平宽度为W2。这种平滑的过渡致使如图15所示的尾部截止侧壁141的厚度更均匀。这种平滑的过渡位于所述转向节10的所述喉部的所述尾部截止侧壁141，且具有最接近所述转向节40的第一段X145、最接近所述转向节牵引面的第三段Z149、以及介于所述第一段145和第三段149的第二段Y147（图16显示了分别使用145a、147a和149a的典型现有技术部分的相同区域）。重要的是应注意，每段的长度已经概括在图中以备参考，并且并不意味着权利要求被如图中所示这些段的确切尺寸所限制。 [0081] 在一个实施例中，所述第一段145的至少一部分的所述尾部截止侧壁141的厚度优选为大于所述第二段147的所述尾部截止侧壁141的厚度，所述第二段147的所述尾部截止侧壁141的厚度优选为大于所述第三段149的所述尾部截止侧壁141。此外，在所述第一段145中的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度与在所述第二段147中的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度之间的差异约为32%，在所述第二段147中的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度与在所述第三段149中的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度之间的差异约为68%。在另一个实施例中，在所述第一段145中的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度与在所述第二段147的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度之间的差异约为4%，在所述第二段147中的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度与在所述第三段149中的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度之间的差异约为51%。 [0082] 例如，在所述段X144内的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度可约为至少1.23英寸，在段Y内的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度可约为至少1.19英寸，以及在段Z内的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度可约为至少0.58英寸。作为参考，如图16所示的现有技术转向节，在所述段X144内的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度可约为至少1.23英寸，在段Y内的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度可约为至少1.81英寸，以及在所述段Z内的所述尾部截止侧壁141的至少一部分的厚度可约为至少0.58英寸。 [0083] 在又一实施例中，包括X、Y和Z段的整个尾部截止侧壁141贯穿尾部截止侧壁141的变化小于32%。在又一实施例中，包括X、Y和Z段的整个尾部截止侧壁141贯穿尾部截止侧壁141的变化小于3.2%。 [0084] 此外，在另一个实施例中，所述第一段145的所述尾部截止侧壁141的厚度优选为小于所述第二段147的所述尾部截止侧壁141的厚度，并且所述第二段147的所述尾部截止侧壁141的厚度优选为小于所述第三段149的所述尾部截止侧壁141的厚度。此外，在此可替换的实施例中，优选为所述尾部截止侧壁141贯穿包括X、Y和Z段的整个喉段，其厚度变化小于17％。在又一个可替换的实施方案中，优选为所述尾部截止侧壁141贯穿包括X、Y、和Z段的整个喉段，其厚度变化小于3.5％的。这些变化导致了在铸造高应力区域中的一个具有稍厚的横截面面积。所述较厚的区域降低了所述应力。 [0085] 如图15，这个新设计的第二过渡段120导致转向节10具有这样一个壁150，其约为1.0英寸厚或更厚。此外，本发明的一个实施例的材料其厚度约为0.070英寸，小于如图21所示的所述C-10芯60的所述喉侧138上的现有技术的芯，图21显示了叠加在本发明的芯上的现有技术的芯。如图21所示，这导致了一个芯的产生，其从所述尾部截止侧壁152到所述喉侧壁154的距离被测得为2.370英寸。如图39所示，这一改变导致了在所述产生的转向节10的所述C-10销孔14中的中心减缓区域（centrally relief area）155，其比所述枢轴销孔直径大108%。 [0086] 在本发明的另一替换实施例中，于现有技术中使用三个芯，但是伴随着如上文所详述的过渡部分的结构变化。此外，关于利用单独的C-10芯和肾形芯，可以设想：具有在C-10/肾形和指状芯之间的主动截止面的支托-槽连接方式，其也可以用于：具有在每个芯垂直壁上的主动截止面的支托-槽连接基机制，如之前所述。这可形成在所述肾形芯和C-10芯之间的一个具有主动截止面的过渡段、一个支托和一个槽。所述支托优选为从所述C-10芯延伸进所述肾形芯上的相应的槽。 [0087] 在本发明的另一个方面，为了提高芯的支撑并减少移位，所述C-10/肾形芯50的所述肾形段59的所述后芯支撑件156已被重新设计。在铸造过程中，形成所述零件的内部空间的芯位于模具160的型芯座中，所述模具包括上型箱（cope）段和下型箱（drag）段，而所述芯48、50固定在所述下型箱中。所述重新设计的后芯支撑段156还消除了尖角162，所述尖角162通常由于所述平面166的锐角164而出现在现有技术中，在平面166上，后芯支撑件156突出所述上型箱（cope）段和下型箱（drag）。图26和27显示了一个典型的现有技术设计。 [0088] 下文所用的术语“腔”是指所述上、下型箱的部分，其形成所述转向节10的外壁168。图28显示了通过将芯48、50合并在位置上，所述下型箱中所述腔的形状。所述后芯支撑段156包括一个笔直段170和喇叭形（flared）段，当所述芯48、50在所述下型箱中的合适位置时，优选地向所述腔的所述平面166外延伸至少0.5英寸，其形成所述转向节10的所述尾部40的所述垂直外壁168。此外，所述后芯支撑件156的所述壁174（其延伸出平面166外）向外张开，以致钝角176在所述壁174和如图22和24显示的从所述腔的所述后芯支撑件156的所述垂直和水平出口平面（exit plane）166，178之间形成。这些朝外喇叭形壁174增加了所述芯48、50的稳定性，有助于所述金属在所述转向节10的这些区域中的凝固，并且降低在所述转向节尾部40中的所述孔188周围边缘的应力集中，以及降低热裂（hot tears）的可能性。由于现有技术中所述锐角的消除，应力梯级也在这些区域被降低。 [0089] 在一个优选的实施例中，后芯支撑件156包括喇叭形段172和笔直段170。所述后芯支撑件156的笔直段170的顶180和底182壁至少约2.12英寸宽。所述后芯支撑件156的笔直部份170的侧壁184、186至少约1.76英寸高。出口平面166到型芯座（coreprint）的端部186的距离优选至少为0.25英寸。所述后芯支撑件156的笔直段170的转角196的半径优选为约0.3-0.6英寸。所述后芯支撑件156的宽度W3优选为约2.12英寸且高度优选为约1.76英寸。此外，值得注意的是，这些测量尺寸是可以改变的，以适应不同型芯座的尺寸。所述后芯支撑件156的面积约为1.5-4.0平方英寸。在另一个实施例中，所述后芯支撑件156包括：所述后芯支撑件156底部半径要小于所述后芯支撑件156的顶部半径。 [0090] 芯组合48、50的使用产生了一个如图29所示的转向节10，在转向节尾部40中具有一个开口188，其高度与宽度的比值在1:0.4至1:1.3之间，其高度与最大拐角半径在1:1.25至1:18之间，其宽度与最大拐角半径在1:1.75至1:22之间。在转向节尾部40中的开口188的宽度为约1.4-2.2英寸、高度为约1.0-1.8英寸。在另一个实施例中，转角半径196,197大于约0.25英寸。在另一个实施例中，所述开口的转角半径在0.1-0.8英寸之间。在另一个实施例中，上部的转角半径196优选至少为0.65英寸且下部的转角半径197优选至少为0.4英寸。 [0091] 在本发明的另一个实施例中，提供了一种耦合器转向节的芯的形成方法。传统上，芯形成于模具（mold）内，这导致了具有水平分型线199（见图31）的零件（part）的产生。传统上，芯的形成是通过热树脂法（heated resin process）和Isocure法形成。本发明使用壳芯法（shell core process）。正如本领域中已知的，壳芯发是一种热激活的系统，其利用了涂覆的砂（coated sand）。通过将树脂与砂混合然后加热，将所述树脂融化以涂覆砂，所述砂可以被热涂覆上薄片状的酚醛清漆树脂（flaked phenolic novolak resin）。用六亚甲基四胺的水溶液冷浸（quench）树脂涂覆的砂，研磨，直到砂团（sand mass）分解。然后充入空气使之微粒化。另外，砂可以被温暖地涂层。将硬脂酸钙，酚醛清漆树脂的六方粉末和酚醛清漆树脂的水/乙醇溶液加入到所述砂，并将之加热。然后将该混合物冷却，充气使之微粒化（particulate）。将这些过程中得到的被涂覆的砂放置于热的芯盒中，使所述砂一直置于芯盒中，直至热的芯盒中的融化的砂的壳达到理想的厚度。固化后，从盒中取出所述壳。通常，在更传统的过程中使用Isocure法，这些芯盒沿水平轴分开，这形成了水平的分模线，并且所述壁对应地是有锥度的（drafted）。 [0092] 本发明的方法可以并入一个垂直定向的分型线190，其大致位于芯的中部，沿后芯延伸198至芯60的C-10部分的末端。在图32中，这条分型线显示于一个完整的芯上。图33以打开的位置显示了芯盒192的两半。所述芯盒的192的第一半和第二半被制备，它们具有C-10/肾形芯的结构适当的一半，即。芯的拨模角度也可以适当地变化，以适用于由于分型线190调整而导致的变化。垂直分开的芯的C-10部分60的产生的拨模角度优选小于 3°，这导致当铸件时，最终转向节的C-10部分的拨模角度小于3°。进一步的实施方式无锥度（no draft）。 [0093] 尽管当前设计中避免了C-10销的荷载，当转向节10荷载表面磨损后发生荷载，将会导致一个均匀荷载的C-10销，这是因为无锥度（zero draft）C-10销孔14。作为比较，水平分开的芯的C-10孔其拨模角度通常至多为3°，并导致了C-10销和转向节C-10销孔14的点荷载。C-10销的点荷载更易于导致销的弯曲或故障，任何一种均可能使耦合器转向节10很难正确运作或无法正确运作。点荷载也可能发生在有锥度的（drafted）C-10转向节销孔14中，这也可导致在C-10销孔14中的高于预期的荷载情况。相比有锥度的（drafted）C-10销孔，分型线的90°转变可以实现非常精确的C-10销孔标尺尺寸。 [0094] 通过壳芯法、常温自硬法（风硬造模法，air set process）或现有技术中的任何芯制备方法，上述方法可以用来形成芯。 [0095] 此外，如果所述芯48，50包括一个互锁结构，如上所述，一个单独的活动件194可以被在芯盒192中被使用，其位于芯盒192的C-10部分的外侧的凹部，在该侧，指形芯48可以包括一个对应的支托（lug）52。所述活动件194包括至少在一侧的延伸198，其延伸进所述开口，其形成芯的C-10部分。测得所述活动件194的延伸198的高度优选至少约3.0英寸，宽至少约0.8英寸。此外，活动件194包括与延伸198相邻的平坦面200，其在芯的C-10部分上形成所述第一主动截止面74。测得所述平坦面的高度优选至少约4.0英寸，宽至少约1.3英寸，在所述延伸198周围延伸360° [0096] 与现有技术中的芯的相同部位比较（图37），如图38所示，顶部转向节牵引支托34被重新设计，以创造一个更加一致的壁厚度。这导致了一个具有牵引支托垂直壁（pulling lug vertical wall）202的转向节10的产生，而所述牵引支托（pulling lug）34的前面（front face）204的壁厚度一致。如图37所示，传统的牵引支托面（pulling lug face）32的壁厚度从牵引支托面32的顶部206至所述面32的底部208是变化的。在所示的例子中，壁面32从牵引支托面的顶部206的0.560英寸至牵引支托面32的底部208的0.49英寸。如图38所示，在本发明的重新设计的转向节10中，从顶部206直至底部208，壁厚度基本上保持一致。在一个实施例中，从牵引支托面32的顶部206直至底部208，壁厚度保持在约0.47-0.53英寸。可选地，所述牵引支托34的前面32的一致厚度可能通过使用适当的、重新设计的、水平分开的芯而形成。 [0097] 由于所述牵引支托34传递了施加于所述耦合器的纵向负载的主要部分，所述一致的壁厚度，尤其是顶部牵引支托34的底部半径210，导致了更强大的设计结果。所述一致的截面壁厚度也允许了更加一致的金属填充和更一致的金属冷却，提高了这方面的铸造的坚固性或稳固性，并减少了热裂的可能性。这是十分重要的，因为在转向节方面，AAR将它们置于很高的标准。它们需要通过一个静态的拉力试验，其最低极限载荷为650,000lbs。这些必须通过所述牵引支托34的大的荷载可以导致非常高的应力和变形，更不用说反复加载此荷载会产生极度疲劳的条件，而此条件需要近乎完美的表面和下层面材料条件。 [0098] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内所述的任何修改、等同替换、改进均应包含在本发明的保护范围内。 |
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