轴弹簧
阅读：1045发布：2020-07-18
专利汇可以提供轴弹簧专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的课题是提供一种在不伴随制品种类的增加和制品管理的复杂化的前提下，进一步改善各种非线性特性要求或线性特性要求等更宽范围的悬架特性的轴 弹簧 。解决问题的手段是一种轴弹簧，其具备： 主轴 1；外筒2，其以从主轴1的轴心P方向包围主轴1外侧的状态配置；弹性部3，其以中间硬质筒5和弹性层4关于轴心P的径向内外方向交替层叠的结构在主轴1与外筒2之间构成，其中，所述轴弹簧构成为：随着主轴1与外筒2在轴心P方向以给定量相对接近移动，由于与中间硬质筒5抵接的止动机构S设置在主轴1或外筒2上，可在止动机构S装接固定在主轴1或外筒2上的装备状态和止动机构S不装接在主轴1或外筒2上的非装备状态中进行选择。，下面是轴弹簧专利的具体信息内容。
1.一种轴弹簧，其具有：
主轴；
外筒，其以从所述主轴的轴心方向看包围所述主轴外侧的状态配置；
弹性部，其以中间硬质筒和弹性层相对于所述轴心以径向内外方向交替层叠的结构而在所述主轴与所述外筒之间构成；其特征在于：
随着所述主轴与所述外筒在所述轴心方向以给定量相对接近移动，由于与所述中间硬质筒抵接的止动机构设置在所述主轴或所述外筒上，所述轴弹簧构成为可在所述止动机构装接固定于所述主轴或所述外筒上的装备状态和在所述止动机构不装接在所述主轴或所述外筒上的非装备状态中进行选择，其中
所述止动机构构成为具有通过多个结构构件在周向上接合而形成从所述轴心方向看包围所述主轴外侧的状态的支撑体。
2.根据权利要求1记载的轴弹簧，所述结构构件为扇形构件，所述支撑体从所述轴心方向看呈环状形状。
3.根据权利要求2记载的轴弹簧，所述止动机构构成为相对于所述主轴可进行装卸。
4.根据权利要求3记载的轴弹簧，所述止动机构设置为在所述装备状态下载置在形成于所述主轴上的法兰上的结构。
5.根据权利要求1至4任意一项记载的轴弹簧，所述主轴的外周面、所述弹性部以及所述外筒的内周面各自的沿着所述轴心的方向的剖面形状形成为相互向同一方向对齐的八字形，且所述弹性部在沿着所述轴心的方向上相对于所述主轴靠近其小直径侧配置，且所述外筒在沿着所述轴心的方向上相对于所述弹性部靠近其小直径侧配置。
轴弹簧
技术领域
[0001] 本发明涉及一种在铁道车辆和大型建造机械或大型船舶等中使用的轴弹簧装置，具体而言其具有：主轴；外筒，其从主轴的轴心方向看以包围主轴外侧的状态配置；弹性部，其以中间硬质筒与弹性层关于轴心在径向内外方向上交替层叠的形式安装在主轴与外筒之间。
背景技术
[0002] 这种轴弹簧装置，例如在铁道车辆上，为了吸收缓和在其进行蛇行移动和上下移动时的冲击，安装在底架框架与车轴侧构件之间。即，对于作为轴箱支撑装置的一个例子的轴弹簧装置，在主轴与配置在其周围的外筒之间，多个中间硬质筒与橡胶制的多个弹性层以同心状态且在半径方向上交替层叠而构成轴弹簧装置。
[0003] 另外，作为此种轴弹簧装置的倾向，为了更加改善在空车时等诸如此类的车体重量小时的乘坐感受或使得曲线行驶时不容易发生轮重减载等，使用柔软的橡胶作为构成轴弹簧装置的弹性层，而将整体的弹簧常数设置得低的情况较多。
[0004] 但是，如果将整体的弹簧常数设置得低，例如，在负载规定人数以上的大车体重量时，弹性层形成大的弯曲，反而使乘坐感受变差，或者发生这些弹性层龟裂或蠕变的可能性变大等，存在容易对轴弹簧装置的耐久性或乘车感受产生坏影响的倾向。
[0005] 另外，如专利文献1中公开的，已知根据负载的增加，装备有位移差抵接机构，其中固定在外筒上的外筒侧构件或固定在主轴上的主轴侧构件与中间硬质筒抵接。如采用所述结构，可获得外筒侧构件或主轴侧构件与中间硬质筒抵接后与抵接前相比弹性部的弹簧常数更大的特性，即，可获得非线性特性。
[0006] 其结果是，可提供一种不导致部件数量增加的、减低弹性层发生龟裂和蠕变的可能性而耐久性提高的、并且尽管弹簧上的重量发生种种变化仍能发挥良好乘坐感受和摇动减轻作用的轴弹簧装置。
[0007] 现有技术文献：
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1：特开2008-275009号公报
发明内容
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 但是，因为采用轴弹簧的铁道车辆等的规格会根据制品而变化，所以存在根据规格的不同而有必要进行专用设计或施工的不利因素。并且，还预测部件数量的增加，制品管理也渐渐变得复杂。另外，也有根据机种而不需非线性特性的情况。
[0012] 如此，因为对轴弹簧要求的特性在不断多种多样化，因此可实现作为悬架装置的非线性化，只是这样的话无法应对上述要求的多样化，还存在更进一步改善的余地。
[0013] 本发明的目的是提供一种在不伴随制品种类的增加或制品管理的复杂化的前提下，进一步改善各种非线性特性要求或线性特性要求等更宽范围的悬架特性的轴弹簧。
[0014] 解决课题的方法
[0015] 实施方案1的发明的特征在于，轴弹簧具有：主轴1；外筒2，其从所述主轴1的轴心P方向看以包围所述主轴1的外侧的状态配置；弹性部3，其以中间硬质筒5与弹性层4关于所述轴心P在径向内外方向交替层叠的结构而在所述主轴1与所述外筒2之间构成，其中：
[0016] 随着所述主轴1与所述外筒2在所述轴心P方向上以给定量进行相对接近移动，由于与所述中间硬质筒5抵接的止动机构S设置在所述主轴1或所述外筒2上，所述轴弹簧构成为可在所述止动机构S与所述主轴1或所述外筒2装接而固定的装备状态和所述止动机构S不与所述主轴1或所述外筒2装接的非装备状态中进行选择。
[0017] 实施方案2的发明的特征在于，实施方案1记载的轴弹簧，其中，所述止动机构S构成为相对于所述主轴1可进行装卸。
[0018] 实施方案3的发明的特征在于，实施方案2记载的轴弹簧，其中，所述止动机构S构成为具有支撑体a，所述支撑体a通过多个结构构件6在周向上接合而形成从所述轴心P方向看包围所述主轴1的外侧的状态。
[0019] 实施方案4的发明为，实施方案3记载的轴弹簧，其中，
[0020] 所述结构构件6为扇形构件，所述支撑体a在所述轴心P方向看呈环状形状。
[0021] 实施方案5的发明的特征在于，实施方案2至4任意一项记载的轴弹簧，其中[0022] 所述止动机构S设置为在所述装备状态下载置在形成在所述主轴1上的法兰1b上的结构。
[0023] 实施方案6的发明的特征在于，实施方案1至5任意一项记载的轴弹簧，其中，[0024] 所述主轴1的外周面1a、所述弹性部3、以及所述外筒2的内周面2a各自的沿着所述轴心P的方向的剖面形状以相互向同一方向对齐的八字形形成，且所述弹性部3在沿着所述轴心P方向相对于所述主轴1靠近其小直径侧配置，且所述外筒2在沿着所述轴心P方向相对于所述弹性部3靠近其小直径侧配置。
[0025] 发明的效果
[0026] 根据实施方案1的发明，因为其构成为可在装接止动机构而能作为非线性特性的悬架装置使用的装备状态和不装接止动机构的非装备状态中进行选择，所以可选择设定产生非装备状态下的舒适的乘坐感受或装备状态下的可承受大负载的具有挺括性的悬架性能等非线性特性的有无。且通过改变止动机构自身的形状或尺寸，可对非线性特性自身进行各种变更设定。
[0027] 即，能够作为符合有非线性特性或线性特性要求的悬架性能的规格的轴弹簧而产出，因为除止动机构以外，即作为轴弹簧只需要1种类的物件，所以可抑制或消除为了迎合需求进行专用设计而引起的部件数量的增加和制品管理的复杂化。另外，还有可通过对搭载在实际设备中的现有轴弹簧进行后附装接止动机构，而使悬架性能非线性特性化的优点。
[0028] 其结果是，因为可在不伴随制品种类的增加和制品管理的复杂化的状态下实现各种非线性特性要求或线性特性要求等更宽范围的悬架特性，所以可提供更为改善的轴弹簧。
[0029] 关于铁道车辆等实际设备上已组装轴弹簧的状态，露在外部的轴弹簧周围比较有空间的情况较多。因此，根据实施方案2的发明，因为产生非线性特征的止动机构设置为可相对于主轴进行装卸，所以可通过肉眼确认实际设备中的组装状态等来确认状况。
[0030] 另外，在现设轴弹簧上后附装备止动机构而实现非线性特性与安装在车辆或底架上而容易在周围存在其他物品的外筒上装备的结构相比，具有可简单实现的优点。
[0031] 根据实施方案3的发明，止动机构以多个结构构件在周向上接合而包围主轴外侧的状态形成，因此可在于不安装止动机构的状态下而组装至实际设备的轴弹簧上，将多个结构构件接合作为支撑体。因此，可提供可在主轴上后附装备止动机构这种实用性上非常有利的轴弹簧。
[0032] 此时，如实施方案4所述，如果使结构构件构成为从轴心方向看呈扇形的扇形构件、而使支撑体构成为从轴心方向看呈环状形状的构件的话，可以无浪费的形式构成止动机构，因此是合适的。
[0033] 根据实施方案5的发明，是止动机构装载在主轴的法兰上的结构，因此与中间硬质筒的抵接产生的作用于止动机构的向下负载可良好地被法兰接挡，而不发生止动机构构成要素的变形或预想不到的移动这种不合适的情况。
[0034] 根据实施方案6的发明，通过具有呈剖面八字形的圆锥层叠橡胶构造的弹性部3的结构，因而外筒的内侧中可形成研钵状凹部(参照图6)。通过使用所述研钵状凹部的空间，可提供可将止动机构设置在外筒上而成为装备状态的轴弹簧。附图说明
[0035] [图1]示出轴弹簧结构的纵剖面图
[0036] [图2](a)图1中示出的轴弹簧的平面图，(b)图1中示出的轴弹簧的底面图[0037] [图3]示出止动器的非装接状态的轴弹簧的纵剖面图
[0038] [图4]示出轴弹簧产生的非线性特性曲线的图
[0039] [图5]示出半剖体的其他联结结构的主要部位的底面图
[0040] [图6]示出其他结构的轴弹簧的纵剖面图
具体实施方式
[0041] 下文中，将针对本发明的轴弹簧的实施方案适用于铁道车辆的情况参照附图进行说明。
[0042] 实施例1
[0043] 轴弹簧A如图1及图3中所示，具备以下构件而构成：主轴1；外筒2，其具有与主轴1互相相同(或几乎相同也可以)的纵向轴心P；弹性部3，其作为三层弹性层4和两层中间硬质筒5以与轴心P同心的状态(或几乎同心也可以)在径向内外方向交替层叠的层叠橡胶结构而在主轴1与外筒2之间构成；以及止动机构S。
[0044] 主轴1为金属制品，形成为具有上窄形状的圆锥外周面1a、法兰1b、下端开口1c、螺栓部1d、中空部1e的筒状构件。中空部1e具有在轴心P方向上位于外筒2一侧的小径孔部1f、和以比小径孔部1f的直径大的状态在轴心P方向上位于外筒2的相反侧的大径孔部1g。
[0045] 外筒2形成为具有下宽形状的圆锥内周面2a、上端内侧的嵌合内周面2b的剖面为八字形的圆锥筒。外筒2配置在相对于主轴1靠近比其上侧(圆锥外周面1a侧)更上方的位置(沿着轴心P的方向相对于主轴1靠近其小直径侧)。
[0046] 弹性部3由以轴心P为中心的内外三层橡胶层(弹性层4的一个例子)4A、4B、4C与同样内外的二层中间硬质筒5A(5)、5B(5)形成，在圆锥外周面1a与圆锥内周面2a之间以跨越主轴1和外筒2的状态构成。各中间硬质筒5A、5B由钢板等金属板或强化塑料等形成。以橡胶等弹性材料形成的弹性层4以及各个中间硬质筒5都形成为沿着轴心P方向的剖面形状呈八字形的锥形(taper)圆筒状的构件。
[0047] 本实施例中，圆锥外周面1a、各中间硬质筒5A、5B、和圆锥内周面2a的相对于轴心P的倾斜角度设定成，在没有负载作用的自由状态下互相全部相同的角度。另外，如图2(a)所示，在外侧橡胶层4C的前后或左右，可形成部分地缺少橡胶的减重部18。图2(a)中的19是为了将外筒2在车身侧的构件上进行螺栓固定的螺母(nut)部。
[0048] 即，轴弹簧A构成为圆锥层叠橡胶结构，其中主轴1的外周面1a、弹性部3、以及外筒内周面2a各自的沿着轴心P方向的剖面形状形成为相互向同一方向对齐的八字形，且弹性部3配置为沿着轴心P方向相对于主轴1靠近其小直径侧，且外筒2配置为沿着轴心P方向相对于弹性部3靠近其小直径侧。
[0049] 如图1、3中所示，与内侧的中间硬质筒5A的下端的高度位置相比，外侧的中间硬质筒5B的下端的高度位置更高，且与外侧的中间硬质筒5B的下端的高度位置相比，外筒2的下端的高度位置更高。另外，与内侧的中间硬质筒5A的上端的高度位置相比，外侧的中间硬质筒5B的上端的高度位置更高，且与外侧的中间硬质筒5B的上端的高度位置相比，外筒2的上端的高度位置更高。
[0050] 其次，对止动机构S进行说明。止动机构S构成为可在于主轴1上装接的装备状态(参照图1)和不在主轴1(轴弹簧A)上装接的非装备状态(参照图3)中进行选择。对基本上是装备状态的止动机构S进行描述。止动机构S构成为具有支撑体a，所述支撑体a通过多个扇形构件(结构构件的一个例子)6在周向上接合而从轴心P的方向看呈包围主轴1的外侧的状态。此时是环状形状的支撑体a。
[0051] 止动机构S如图1、图2(b)所示，其构成为具有支撑体a和止动片7，所述支撑体a由从轴心P方向看呈半剖扇形的一对台座部(扇形构件的一个例子)6、6形成，所述止动片7载置固定在各台座部6的上表面6a上。
[0052] 台座部6具有台座主部6A与凸缘部6B。台座主部6A以金属或非铁金属、合成树脂材料或复合材料等、优选高强度材料形成，具有可在作为法兰1b侧面的外周面8上凹窝(in low)外嵌的台座主部6A与可以以载附在法兰1b的环状上表面8a上的状态在法兰1b上侧的小径环部9上凹窝外嵌的凸缘部6B。在每个台座主部6A上，形成有2个在其下方呈开口状态的扇形凹入部10。
[0053] 止动片7可以是与台座主部6A同样的半剖扇形，或相对于轴心P的角度范围是90度的部件，或也可为将2个60度左右的构件有间隔地设置在台座主部6A的周向上的结构。止动片7如图1所示，具有高度较低的内周部11与比内周部11高度更高的外周部12。内周部11置于内侧的中间硬质筒5A的正下方，外周部12置于外侧的中间硬质筒5B的正下方。
[0054] 为了将一对台座部6、6装接在法兰1b上，在凸缘部6B搭载在环状上表面8a的状态(图1的状态)下，进行在各台座部6的两周端壁6b分别形成的孔(符号省略)中将螺栓螺母13插通而紧固[参照图2(b)]的操作。另外，如图1所示，带有止动片7的一对台座部6成为下述装备状态：各凸缘部6B搭载在环状上表面8a上，且构成具有在法兰1b上呈外嵌固定状态的支撑体a的止动机构S。
[0055] 另外，在主轴1上不装接止动机构S的情况下的轴弹簧A如图3所示，法兰1b上未装接有支撑体a。
[0056] 即，对于轴弹簧A而言，随着主轴1与外筒2向轴心P方向以给定量相对接近移动，由于与中间硬质筒5抵接的止动机构S设置在主轴1上，其构成为可在主轴1上装接固定止动机构S的装备状态和主轴1上不装接固定止动机构S的非装备状态中进行选择。
[0057] 止动机构S通过作为2个(多个的一个例子)扇形构件的台座部6在周向上接合，形成从所述轴心P方向看包围所述主轴1外侧的环状形状，构成为可相对于主轴1进行装卸。
[0058] 在图1所示的装备状态中，以内侧的中间硬质筒5A的下端与止动片7的内周部11的上下间隔为d1，以外侧的中间硬质筒5B的下端与止动片7的外周部12的上下间隔为d2，设定为d1＜d2。
[0059] 这样，在上下方向的负载的作用下，如果外筒2在主轴1的轴心P的方向上以间隔L1(给定量)相对地接近，则最初内侧的中间硬质筒5A的下端与内周部11抵接，从而成为其以上的内侧的中间硬质筒5A不能向主轴1侧移动的第1移动限制状态。
[0060] 如果增加负载，再移动外筒2从自由状态以间隔L2接近，则此时外侧的中间硬质筒5B与外周部12抵接，从而成为其以上的外侧的中间硬质筒5B也不能向主轴1侧移动的第2移动限制状态。
[0061] 图4是在横轴上示出轴弹簧A的主轴1与外筒2在轴心P方向上的相对位移，且在纵轴上示出负载的负载-位移图。在外筒2相对于主轴1以间隔L1接近之前，弹性部3以内外三层的橡胶层4A、4B、4C全部发生弹性作用的最低的弹簧常数k1进行弹性变形。
[0062] 因为通过间隔L1使内侧的中间硬质筒5A不能进行接近移动，因此在外筒2相对于主轴1从间隔L1至间隔L2进行接近时，弹性层3以中间橡胶层4B和外侧橡胶层4C产生的弹簧常数k2进行弹性变形。
[0063] 另外，因为通过间隔L2使得除了内侧的中间硬质筒5A之外还有外侧的中间硬质筒5B也不能接近移动，所以在外筒2相对于主轴1以超过间隔L2的量进行移动的状态下，弹性部3仅以外侧橡胶层4C产生的弹簧常数k3进行弹性变形。
[0064] 三个弹簧常数k1、k2、k3因为具有k1＜k2＜k3的关系，所以装备状态的轴弹簧A可作为随着主轴1与外筒2的相对位移量的增加而弹簧常数变大的非线性特性的悬架装置发挥作用。
[0065] 对于在止动机构S中作为强度部件的支撑体a而言，因为在法兰1b上设有从上盖下的凸缘部6B，所以作用在止动片7上的轴心P方向(向下)的负载通过凸缘部6B被法兰1b接挡。因此，与没有凸缘部6B的仅以螺栓、螺母13的紧固力产生的摩擦将支撑体a支撑在法兰1b上的结构相比，具有不存在支撑体a在轴心P方向脱落移动的风险，并可确实支撑负载的优点。
[0066] 另外，在图3示出的不设置止动机构S的非装备状态下，轴弹簧可获得负载与位移基本成比例的线性悬架特性。另外，由于弹性部3为剖面八字形，因此可让轴弹簧A具有图4所示的随着位移量的增大弹簧常数以极小量变大的非线性特性。
[0067] 如上所述，本发明的轴弹簧A可构成为可在装接止动机构S而可作为非线性特性的悬架装置使用的装备状态与不装接止动机构S的非装备状态中进行选择。
[0068] 据此，具有以下优点：能够符合要求舒适的乘坐感受的悬架性能的非装备状态、或具有承受大负载的具备挺括性的悬架性能的装备状态等的悬架性能而产出，并且除了可后附装接的止动机构S以外其他可不变，从而抑制或者开放因迎合需求而进行专用设计所引起的部件数量增加和制品管理的复杂化。
[0069] 如果对与中间硬质筒5的抵接高度进行各种变更，则也可以对装备有止动机构S的轴弹簧A的非线性的悬架特性(悬架性能)进行各种变更设定。因此，通过止动机构S的变更设定，轴弹簧A自身不仅可设置成1种类而且还可设定成具有各种非线性特性的弹簧。而且，可在轴弹簧A上进行后附装接，因此具有可对已搭载在实际设备上的轴弹簧进行装接，容易实现非线性的优点。
[0070] [其他实施方式]
[0071] (1)作为相邻的台座部6、6之间以及在法兰1b上的固定手段，如图5中所示，可使用向上开放的U字形的加力片配件14。即，通过跨过相邻的周端壁6b、6b压入加力片配件14，一对台座部6、6被安装固定在法兰1b上，成为作为支撑体a的止动机构S。关于加力片配件14的一对突片14a、14a的间隔，可以与一对周端壁6b、6b的厚度相同或者略小的值压入。
[0072] (2)如图6所示，轴弹簧A的结构也可以设置成止动机构S相对于外筒2可进行装卸。此例中，以在外筒2的嵌合内周面2b上通过卡环(snap ring)15防止在轴心P方向的脱落的状态下，嵌合装备有圆形配件16(支撑体a的一个例子)。主轴1与外筒2在轴心P方向以给定量接近时，因为圆形配件16的内周部16A的底面16a与外侧的中间硬质筒5B的上端抵接，所以可获得抵接之后与抵接之前相比弹簧常数变高的非线性特性。
[0073] 即，通过具有呈剖面八字形的圆锥层叠橡胶结构的弹性部3的结构，可在外筒2的内侧形成研钵状凹部17。通过使用此研钵状凹部17的空间，如图6所示可实现可将止动机构S设置在外筒2上而成为装备状态的轴弹簧A。
[0074] (3)支撑体a也可通过接合3个相对于轴心P的角度为120度的台座部而形成。
[0075] 通过变更设定止动片7的高度，对非线性特性的急速上升或缓慢上升等，可自由地进行各种设定。另外，也可配合中间硬质筒5的数量，变更设定止动片7上的与中间硬质筒5抵接的位置个数。
[0076] 附图标记说明
[0077] 1 主轴
[0078] 1a 外周面
[0079] 1b 法兰
[0080] 2 外筒
[0081] 2a 内周面
[0082] 3 弹性部
[0083] 4 弹性层
[0084] 5 中间硬质筒
[0085] 6 结构构件(扇形构件)
[0086] P 轴心
[0087] S 止动机构
[0088] a 支撑体
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