鐵道車輛用軸彈簧的製作方法

2023-05-27 12:43:16

專利名稱：鐵道車輛用軸彈簧的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵道車輛用軸彈簧，其在主軸和與主軸具有相互相同或大體相同 的軸心的外筒之間夾裝積層橡膠結構的彈性部而構成，該彈性部在與軸心同心或大體同心 的狀態下在徑向內外方向交替層積多個橡膠層和一個或多個硬質隔壁。
背景技術：
作為這種鐵道車輛用軸彈簧的現有技術例，已知如專利文獻1所示的採用直圓筒 的積層橡膠結構、或如專利文獻2所示的採用截面形狀呈八字形地傾斜的積層橡膠結構 (被稱為所謂「錐形制動器」的軸彈簧)。鐵道車輛用軸彈簧正在普及而取代現有技術的螺 旋彈簧，這是因為鐵道車輛所要求的對前後、左右、上下各動作的隨動性優良，使用橡膠後 可得到高的衰減力的緣故。在鐵道車輛用軸彈簧中，為了相對於時常作用的上下方向的大負荷使各橡膠層的 彈性變形極力相等，製作成越是上下方向看的面積變大的外側的橡膠層、上下方向長度尺 寸(高度尺寸)就越小。例如，在橡膠層是三層的結構時，各橡膠層的高度尺寸為，內側橡 膠層>中間橡膠層>外側橡膠層(參照圖1)。但是，在因曲線通過等而有扭力作用於軸彈簧的情況下，越是與上下尺寸相比水 平方向尺寸長的外側的橡膠層，就越會受到大的扭力而發生扭轉變形，同時其頻率也增高。 即是，在以對乘坐舒適性最具影響的上下負荷為基準的通常的設計中，存在越是外側的橡 膠層則作為整體的負擔變得越大而容易惡化(耐久性差)、外側橡膠層的短壽命就成為了 軸彈簧的壽命這樣的問題。這樣，認為外側的橡膠層也要把上下尺寸設成比現有技術大來保證可對抗扭力的 容量，但這樣的話，由於相對上下負荷的彈簧常數變大，給乘坐舒適性帶來不好的影響，所 以難以實現。因此，對於實現具有良好乘坐舒適性和長壽命雙方的軸彈簧的方面還留有改 進的餘地。專利文獻1 日本特開2000-280903號公報專利文獻2 日本特開2003-341511號公報

發明內容
本發明的目的在於，通過反覆進行銳意研究，開發提供進行了改進而不會引起乘 坐舒適性惡化地可提高耐久性的鐵道車輛用軸彈簧。第一方面的發明的鐵道車輛用軸彈簧，其在主軸1和與該主軸具有相互相同或大 體相同的軸心P的外筒2之間夾裝積層橡膠結構的彈性部3而構成，該彈性部3以與所述 軸心P同心或大體同心的狀態在徑向內外方向交替層積多個橡膠層4和一個或多個硬質隔 壁5，其特徵在於，所述多個橡膠層4中的兩個以上的橡膠層4彼此由特性相互不同的橡膠材料形 成。
第二方面的發明，在第一方面所述的鐵道車輛用軸彈簧中，所述兩個以上的橡膠 層4中的、在關於所述軸心P的徑向越是外側的橡膠層4由彈簧常數越高的橡膠材料構成。第三方面的發明，在第二方面所述的鐵道車輛用軸彈簧中，所述橡膠層4由在徑 向最內側的內側橡膠層4A、在徑向最外側的外側橡膠層4C及位於所述內側橡膠層4A和所 述外側橡膠層4C的徑向間的中間橡膠層4B這三層構成，設定成與所述內側橡膠層4A的橡 膠材料的彈簧常數相比、所述中間橡膠層4B的橡膠材料的彈簧常數高，且與所述中間橡膠 層4B的橡膠材料的彈簧常數相比、所述外側橡膠層4C的橡膠材料的彈簧常數高的狀態。第四方面的發明，在第一至第三方面中任一項所述的鐵道車輛用軸彈簧中，所述 主軸1的外周面la、所述彈性部3及所述外筒2的內周面加各自在沿軸心P的方向上的截 面形狀形成為相互在相同朝向上對齊的八字形，同時構成為具有研缽狀凹部21的圓錐積 層橡膠結構，該研缽狀凹部通過使所述彈性部3在沿所述軸心P的方向上相對所述主軸1 靠近其小徑側配置、且使所述外筒2在沿所述軸心P的方向上相對所述彈性部3靠近其小 徑側配置而成。根據第一方面的發明，因為使多個橡膠層中的兩個以上的橡膠層彼此由特性相互 不同的橡膠材料形成，可對應橡膠材料的各種因素來設定多個橡膠層所需要的特性(即橡 膠硬度、彈簧常數等)，因而，與由單一橡膠材料形成各橡膠層的現有技術相比，在提高扭力 方面弱的橡膠層的耐扭性、或改進壓縮方面弱的橡膠層的耐壓縮性的情況下，可以不改變 作為產品的彈簧常數地增強應該改進的特性項目。其結果，可提供進行了改進而不造成乘 坐舒適性惡化、可提高耐久性的鐵道車輛用軸彈簧。根據第二方面的發明，對各橡膠層設定適于越是相對軸心的外側抗扭條件越嚴格 的使用方式的彈簧常數，減輕外側的橡膠層由時間流逝而導致的彈力減弱現象，改進其耐 久性，因此，可提高作為橡膠層整體、即鐵道車輛用軸彈簧的耐久性。另外，通過降低內側的 橡膠層的彈簧常數，與提高了外側的橡膠層的彈簧常數相抵，可以維持作為彈性部整體、即 鐵道車輛用軸彈簧的彈簧常數(乘坐舒適性)為良好的狀態。根據第三方面的發明，可維持具有使用頻率最高的橡膠層為三層結構的彈性部的 鐵道車輛用軸彈簧的懸掛性能並可提高耐久性，同時，如第四方面的發明，可進行適用於截 面形狀形成為相互在同一朝向對齊的八字形的錐形制動器結構的鐵道車輛用軸彈簧的性 能改進。


圖1是表示鐵道車輛用軸彈簧的剖面圖。圖2是圖1的鐵道車輛用軸彈簧的平面圖。圖3是表示各橡膠層的材料配合及特性的表的圖。附圖標記說明1…主軸；Ia…外周面；2…外筒；2a···內周面；3…彈性部；4…橡膠層；4A…內側 橡膠層；4B…中間橡膠層；40··外側橡膠層；5…硬質隔壁；21…研缽狀凹部；A…鐵道車輛
用軸彈簧。
具體實施例方式以下，參照圖面說明本發明的鐵道車輛用軸彈簧實施方式。[實施例1]如圖1、圖2所示，鐵道車輛用軸彈簧A構成為具有主軸1，具有與主軸1相互相 同(或大體相同)的縱軸心P的外筒2，形成為在與縱軸心P同心(或大體同心)的狀態下 在徑向內外方向交替層積三層橡膠層4和兩層硬質隔壁(金屬環)5的積層橡膠結構、夾裝 在主軸1和外筒2之間的彈性部3。在該徑向的內外、彈性部3採用積層橡膠結構的情況 下，硬質隔壁5的數目為橡膠層4的數目減去1的值。主軸1為金屬制，具有下部擴大的圓錐筒狀的軸上部1A，上部呈圓筒狀、下部呈 帶孔實心圓形截面的軸下部1B，在它們的上下之間形成為大直徑狀的凸緣部1C。配置在該 主軸1周圍的內側硬質隔壁5、外側硬質隔壁5及外筒2與主軸1同樣為金屬制，這些筒、即 內外的硬質隔壁5、5及外筒2形成為越往上方直徑越小的圓錐筒狀。另外，附圖標記7為 設於外側橡膠層4C的重量減輕部，也可以沒有這些重量減輕部。內側硬質隔壁5比軸上部IA位於稍高的位置、外側硬質隔壁5比內側硬質隔壁5 位於稍高的位置、且外筒2比外側硬質隔壁5位於稍高的位置地以在縱軸心P方向位置偏 移的狀態配置。在外筒2的外周部，形成用於嵌入臺車框(省略圖示)的嵌合部6。軸上部 1A、內外的硬質隔壁5、5、外筒2和夾裝在它們之間的內側橡膠層4A、中間橡膠層4B和外側 橡膠層4C通過後述的硫化粘接而一體化。如圖1、圖2所示，主軸1的外周面(軸上部IA的外周面)la、彈性部3及外筒2 的內周面加各自的在沿軸心P的方向(在圖1中為上下方向)上的截面形狀形成為相互 在相同朝向對齊的八字形。另外，構成為具有研缽狀凹部21的圓錐層積橡膠結構(錐形制 動器結構)的鐵道車輛用軸彈簧A，該研缽狀凹部21通過使彈性部3在沿軸心P的方向上 相對主軸1靠近其小徑側配置、且使外筒2在沿軸心P的方向上相對彈性部3靠近其小徑 側配置而成。接著，對橡膠層4進行說明。將各橡膠層4A、4B、4C及現有技術的橡膠層的材料 (主材料)和配合比、特性、產品(鐵道車輛用軸彈簧)特性表示在圖3中。在圖3中，彈簧 特性(彈簧常數)是測定了在一定的壓縮負荷範圍內的彈簧常數的值[彈簧常數(ΔΚ)= 負荷/位移]，其單位是kN/mm。另外，關於反覆疲勞強度，在垂直方向以一定振幅進行反覆 疲勞試驗，評價定形性(力7卜性)，因此，數字越小，則定形性越良好。反覆疲勞強度(％ )， 是以試驗前的產品厚度(Ts)除從試驗前的產品厚度(Ts)減去試驗後的產品厚度(Ta)所 得的數值、再乘100而得到的值，即是，反覆疲勞強度(％) = [(Ts-Ta)/Ts] XlOO0另外， 圖3中所示的硬度、比重、強度、伸展、壓縮永久變形及疲勞性的各項目，都是按由JIS規定 的試驗方法得到的。內側橡膠層(內層橡膠)4A的橡膠材料如圖3所示，是按照相對NR100取鋅氧粉 5、硬脂酸1、C.B50、油5、硫磺及促進劑適當量(微量)這樣的配合比而得到的。中間橡膠 層(中層橡膠)4B的橡膠材料，是按照相對NR100取鋅氧粉5、硬脂酸1、(』(碳黑)60、油 5、硫磺及促進劑適當量(微量)這樣的配合比而得到的(參照圖幻。外側橡膠層(外層橡 膠)4C的橡膠材料，是按照相對NR100取鋅氧粉5、硬脂酸1、C. B70、油5、硫磺及促進劑適 當量(微量)這樣的配合比而得到的(參照圖3)。由於彈簧常數隨著C. B的量(重量份)
5變多而增高，所以成為內側橡膠層4A的彈簧常數<中間橡膠層4B的彈簧常數<外側橡膠 層4C的彈簧常數。作為參考，現有技術的鐵道車輛用軸彈簧中的彈性部的橡膠材料如圖3所示，內 中外的各橡膠層是相互相同的橡膠材料，其按照相對NR100取鋅氧粉5、硬脂酸1、C. B60、油 5、硫磺及促進劑適當量(微量)這樣的配合比而得到的，即是與在本申請所說的中間橡膠 層(中層橡膠)4B相同的規格。在圖3中，所謂定形性是指壓縮永久變形，其值小的話則是 理想的。對於現有技術例的軸彈簧，由於用相互相同的橡膠材料形成內中外的各橡膠層，所 以定形性及耐久性由最苛刻條件的外側橡膠層確定，它們的評價為15和Δ。對此，在本發明的軸彈簧中，由於與相對扭力的條件變得嚴格相應、即越是外側的 橡膠層就把彈簧常數設定得越高，所以，可以使各橡膠層4A、4B、4C的彈力減弱情況均等。 即是，可改進外側橡膠層4C的早期彈力減弱，形成為由各橡膠層4A、4B、4C因經長期造成的 彈力減弱程度一致，實質上提高了壽命、即耐久性(圖3的◎)。另外，即使外側橡膠層4C 的彈簧常數變高，由於內側橡膠層4A的彈簧常數降低，所以，作為產品的彈簧常數、即乘坐 舒適性(懸掛性能)與現有技術一樣得到良好的維持。另外，同樣也改進了作為鐵道車輛 用軸彈簧A的定形性，從現有技術的評價15提高到了 10(參照圖3)。另外，在圖3的反覆 疲勞強度(定形性)這項中的數字表示相對評價。在實施例1中，以具有三層結構的橡膠層的軸彈簧A為例進行了說明，但本發明也 可適用於具有兩層結構或四層以上的橡膠層的類型、或者越是外側的橡膠層則上下高度變 得越大的特殊結構的鐵道車輛用軸彈簧。如以上說明的那樣，在本發明的鐵道車輛用軸彈簧A中，由於在各橡膠層4A、4B、 4C整體施加均勻(一樣)的疲勞負荷，所以，難以產生局部的彈力減弱的大小，因此可維 持長期穩定的乘坐舒適性或行進穩定性。由於不產生或難以產生局部疲勞，所以作為整體 (橡膠層4的整體)其耐久性(壽命)得到提高而耐用於長期使用。隨之，過負荷時的安全 性也得到提高。另外，為了進行前後或左右的彈簧調整，一般在外側橡膠層4C設置衝孔7，但也可 以通過把外側橡膠層4C在周向分割為四個部分，把成為前後或左右的位置的橡膠設為低 反作用橡膠(低強度橡膠、低彈簧常數橡膠)或者高反作用橡膠，從而省略衝孔7。若省略 衝孔7的話，則稱為上部安裝孔的臺車側或車輛側的對應部位與衝孔的對位等的關係不受 拘束，具有容易進行組裝作業(安裝作業)的優點。
權利要求
1.一種鐵道車輛用軸彈簧，該鐵道車輛用軸彈簧在主軸和與該主軸具有相互相同或大 體相同的軸心的外筒之間夾裝積層橡膠結構的彈性部而成，該積層橡膠結構的彈性部在與 所述軸心同心或大體同心的狀態下在徑向內外方向交替層積多個橡膠層和一個或多個硬 質隔壁，其特徵在於，所述多個橡膠層之中的兩個以上的橡膠層彼此由特性相互不同的橡膠材料形成。
2.如權利要求1所述的鐵道車輛用軸彈簧，其特徵在於，所述兩個以上的橡膠層之中 的在關於所述軸心的徑向上越是外側的橡膠層由彈簧常數越高的橡膠材料構成。
3.如權利要求2所述的鐵道車輛用軸彈簧，其特徵在於，所述橡膠層由在徑向最內側 的內側橡膠層、在徑向最外側的外側橡膠層以及位於所述內側橡膠層和所述外側橡膠層的 徑向間的中間橡膠層這三層構成，設定成與所述內側橡膠層的橡膠材料的彈簧常數相比所 述中間橡膠層的橡膠材料的彈簧常數高、且與所述中間橡膠層的橡膠材料的彈簧常數相比 所述外側橡膠層的橡膠材料的彈簧常數高的狀態。
4.如權利要求1 3任一項所述的鐵道車輛用軸彈簧，其特徵在於，所述主軸的外周 面、所述彈性部以及所述外筒的內周面各自的在沿軸心的方向上的截面形狀形成為相互在 相同朝向上對齊的八字形，而且構成為具有研缽狀凹部的圓錐積層橡膠結構，該研缽狀凹 部通過使所述彈性部在沿所述軸心的方向上相對所述主軸靠近其小徑側配置、且使所述外 筒在沿所述軸心的方向上相對所述彈性部靠近其小徑側配置而成。
全文摘要
本發明通過進行銳意研究開發提供進行了改進而不會引起乘坐舒適性惡化地可提高耐久性的鐵道車輛用軸彈簧。該鐵道車輛用軸彈簧在主軸(1)和與該主軸具有相互相同或大體相同的軸心(P)的外筒(2)之間夾裝積層橡膠結構的彈性部(3)而成，該積層橡膠結構的彈性部(3)在與軸心(P)同心或大體同心的狀態下在徑向內外方向交替層積多個橡膠層(4A、4B、4C)和一個或多個硬質隔壁(5)，其中，在多個橡膠層(4A、4B、4C)之中，外側橡膠層(4C)由彈簧常數高的橡膠材料構成，中間橡膠層(4B)由彈簧常數中等的橡膠材料構成，內側橡膠層(4A)由彈簧常數低的橡膠材料構成。
文檔編號F16F9/05GK102094925SQ20101014317
公開日2011年6月15日 申請日期2010年3月29日 優先權日2009年12月15日
發明者松浦宏佳, 浜田晃 申請人:東洋橡膠工業株式會社