輔助彈簧組件的製作方法

2023-06-03 09:00:42 2

本發明屬於軌道車輛懸掛系統減振元件的技術領域，尤其涉及一種輔助彈簧組件。

背景技術：

輔助彈簧(又稱應急彈簧)是常用的由橡膠和金屬複合的減振元件，廣泛應用於軌道車輛的二系懸掛系統。輔助彈簧的主要功能是通過與橡膠氣囊等減振元件串聯，一方面改善車輛系統的動力性能，以及提高車輛的運行舒適度；另一方面，當橡膠氣囊等減振元件受損，可以保證車輛仍以一定的速度安全運行。

傳統的輔助彈簧主要分為三種，即疊層式輔助彈簧、錐形式輔助彈簧和沙漏式輔助彈簧。其中，疊層式輔助彈簧橫向變形能力強，但由於垂向(即彈簧軸向)剛度大，而導致其垂向減振效果不好；錐形式輔助彈簧和沙漏式輔助彈簧垂向剛度較小，然而由於車輛載重和彈簧撓度呈線性關係，即隨著車輛載重的增加而彈簧撓度逐漸增大，因此，如果車輛載重過大，則容易導致車體嚴重下沉並損壞部件。

技術實現要素：

本發明針對傳統輔助彈簧不能保證同時具備較強的橫向變形能力，以及垂向剛度能夠滿足車輛對載重不斷增大需求的技術問題，提出一種同時具備較強的橫向變形能力，以及垂向剛度能夠滿足車輛對載重不斷增大需求的輔助彈簧組件。

為了達到上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種輔助彈簧組件，包括可沿豎直方向伸縮的第一彈簧，以及設置於第一彈簧上部且與第一彈簧同軸的第二彈簧，第一彈簧包括多個同軸且豎排設置的第一金屬圈，以及固定設置於相鄰第一金屬圈之間的第一橡膠圈，第二彈簧包括多個同軸且豎排設置的第二金屬圈，以及固定設置於相鄰第二金屬圈之間的第二橡膠圈；第一彈簧的上方設置有可使第二彈簧的上下兩端沿豎直方向相向運動的夾緊裝置，夾緊裝置的底部壓接於第一彈簧的頂部，夾緊裝置的中部形成有可安裝第二彈簧的空隙，以使第二彈簧保持壓縮狀態。

作為優選，夾緊裝置包括設置於第一彈簧頂部的第一支撐件，設置於第一支撐件上方的第二支撐件，以及可使第一支撐件和第二支撐件夾緊第二彈簧的鎖緊件，第一支撐件的底部壓接於第一彈簧的頂部，第二支撐件的中部與第一支撐件的中部之間形成空間，以安裝第二彈簧；第二支撐件的端部與第一支撐件的端部之間沿豎直方向形成有第一間隙，鎖緊件的一端與第一彈簧固定連接，另一端穿過第二支撐件並與第二支撐件的頂部壓接。

作為優選，第一支撐件的中部形成有第一凹部，第一凹部的開口朝上第二彈簧的底部位於第一凹部內並與第一支撐件的中部壓接。

作為優選，第二支撐件的中部向上凸起並在底部形成有第二凹部，第二彈簧的頂部設置於第二凹部內並與第二支撐件的中部壓接。

作為優選，第一支撐件的頂部上對應於第二彈簧的底部開設有可限制第二彈簧沿徑向移動的第一環形凹槽，第二支撐件的底部上對應於第二彈簧的頂部開設有可限制第二彈簧沿徑向移動的第二環形凹槽，第二彈簧的底部和第二彈簧的頂部分別位於第一環形凹槽和第二環形凹槽內。

作為優選，第一支撐件的底部上對應於第一彈簧的頂部開設有可限制第一彈簧沿徑向移動的第三環形凹槽，第一彈簧的頂部位於第三環形凹槽內。

作為優選，鎖緊件包括螺栓和螺母，螺栓一端與第一彈簧固定連接，另一端與螺母螺紋連接，螺母的底部與第二支撐件的頂部壓接。

作為優選，鎖緊件包括銷軸和開口銷，銷軸一端與第一彈簧固定連接，另一端與開口銷連接，開口銷的底部與第二支撐件的頂部壓接。

作為優選，第一支撐件的端部套設在第二支撐件的端部外，第二支撐件端部與第一支撐件端部之間沿第一彈簧的徑向方向形成有第二間隙。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在於：

本發明輔助彈簧組件通過設置為非線性結構，且該非線性結構包括第一彈簧和第二彈簧，以此保證了具備較強的橫向變形能力，此外，該非線性結構還包括夾緊裝置，使得垂向剛度的大小可根據車輛載重情況而調整，即當車輛空載或輕載時，輔助彈簧組件具有較小的垂向剛度，以此保證了車輛行駛的舒適性；而當車輛重載時輔助彈簧組件剛度變大，以此避免了由於車輛下沉過大而導致部件的損壞。

附圖說明

圖1為本發明輔助彈簧組件的結構示意圖；

圖2為對本發明輔助彈簧組件進行剛度試驗所得的垂向剛度曲線圖。

以上各圖中：1、第一支撐件；2、第一彈簧；3、第一間隙；4、第二支撐件；5、第二彈簧；6、鎖緊件；21、第一金屬圈；22、第一橡膠圈；51、第二金屬圈；52、第二橡膠圈。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特徵也可以有益地結合到其他實施方式中。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「內」、「外」、「上」、「下」等指示的方位或位置關係為基於附圖1所示的位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

參見圖1所示，圖1為本發明輔助彈簧組件的結構示意圖。如圖1所示，一種輔助彈簧組件，包括可沿豎直方向(基於圖1所示視角的豎直方向)伸縮的第一彈簧2，以及設置於第一彈簧2上部且與第一彈簧2同軸的第二彈簧5，第一彈簧2包括多個同軸且豎排設置的第一金屬圈21，以及固定設置(例如可與第一金屬圈21之間通過硫化工藝過程粘接在一起)於相鄰第一金屬圈21之間的第一橡膠圈22，第二彈簧5包括多個同軸且豎排設置的第二金屬圈51，以及固定設置於相鄰第二金屬圈51之間的第二橡膠圈52，本發明將第一彈簧2和第二彈簧5設置為疊層式彈簧結構，從而保證了輔助彈簧組件具備較強的橫向變形能力；

第一彈簧2的上方設置有可使第二彈簧5的上下兩端沿豎直方向相向運動的夾緊裝置，夾緊裝置的底部壓接於第一彈簧2的頂部，夾緊裝置的中部形成有可安裝第二彈簧5的空隙，以使第二彈簧5保持壓縮狀態。

本發明輔助彈簧組件通過設置為非線性結構，且該非線性結構包括第一彈簧2和第二彈簧5，以此保證了具備較強的橫向變形能力，此外，該非線性結構還包括夾緊裝置，使得垂向剛度的大小可根據車輛載重情況而調整，即當車輛空載或輕載時，輔助彈簧組件具有較小的垂向剛度，以此保證了車輛行駛的舒適性；而當車輛重載時輔助彈簧組件剛度變大，以此避免了由於車輛下沉過大而導致部件的損壞。

針對上述夾緊裝置的結構，具體為：如圖1所示，夾緊裝置包括設置於第一彈簧2頂部的第一支撐件1，設置於第一支撐件1上方的第二支撐件4，以及可使第一支撐件1和第二支撐件4夾緊第二彈簧5的鎖緊件6，第一支撐件1的底部壓接於第一彈簧2的頂部，第二支撐件4的中部與第一支撐件1的中部之間形成空間，以安裝第二彈簧5，第二彈簧5被第一支撐件1和第二支撐件4夾緊，以使第二彈簧5收縮而產生對第一支撐件1和第二支撐件4的推力；

第二支撐件4的端部與第一支撐件1的端部之間沿豎直方向形成有第一間隙3，鎖緊件6的一端與第一彈簧2固定連接，另一端穿過第二支撐件4並與第二支撐件4的頂部壓接，鎖緊件6的作用是，固定連接第一彈簧2、第一支承座1、第二彈簧5和第二支承座4，並且提供第一支撐件1和第二支撐件4夾緊第二橡膠圈52所需的預緊力(記為F0)，進而得到所需第一間隙3的初始寬度(如圖1所示,記為h)，以用於後續對較小剛度載荷範圍的調整。

參見圖2所示，圖2為對本發明輔助彈簧組件進行剛度試驗所得的垂向剛度曲線圖。如圖2所示輔助彈簧組件垂向剛度曲線分為三段，即當輔助彈簧組件的受力在0～F0(F0為第一彈簧2由於收縮所產生的預緊力)範圍時，此時h(第一間隙3的初始寬度)保持不變，輔助彈簧組件的垂向剛度等於第一彈簧2的垂向剛度；當輔助彈簧組件的受力大於F0且h≠0時(對應車輛空載或輕載的情況)，輔助彈簧組件的垂向剛度等於第一彈簧2和第二彈簧5串聯的垂向剛度(該垂向剛度小於第一彈簧2的垂向剛度)；而當輔助彈簧組件的受力大於F0且h＝0時(對應車輛重載的情況)，輔助彈簧組件的垂向剛度等於第一彈簧2的垂向剛度。其中，預緊力F0的大小決定垂向剛度曲線第一個拐點的位置，當預緊力F0確定後，第一間隙3的寬度h決定垂向剛度曲線第二個拐點的位置。

參見上述可知，本發明輔助彈簧組件通過設置為包括第一彈簧2、第二彈簧5、第一支撐件1、第二支撐件4和鎖緊件6的非線性結構，在保證了較強的橫向變形能力的同時使得垂向剛度的大小可根據車輛載重情況而調整，即當車輛空載或輕載時，輔助彈簧組件具有較小的垂向剛度，以此保證了車輛行駛的舒適性；而當車輛重載時輔助彈簧組件剛度變大，以此避免了由於車輛下沉過大而導致部件的損壞。

需要說明的是，預緊力F0大小的設定由實際對車輛的設計要求所決定；此外，第一彈簧2的垂向剛度大小取決於第一金屬圈21的數量，第一金屬圈21的受力面積，以及第一橡膠圈22的厚度，即當需要增大第一彈簧2的垂向剛度時，則可增加第一金屬圈21的數量，增加第一金屬圈21的受力面積，或減小第一橡膠圈22的厚度；而需要減小第一彈簧2的垂向剛度時，則可減少第一金屬圈21的數量，減少第一金屬圈21的受力面積，或增大第一橡膠圈22的厚度。同理，第二彈簧5的垂向剛度大小取決於第二金屬圈51的數量，第二金屬圈51的受力面積，以及第二橡膠圈52的厚度。

進一步如圖1所示，第一支撐件1的中部形成有第一凹部，第一凹部的開口朝上第二彈簧5的底部位於第一凹部內並與第一支撐件1的中部壓接。

需要說明的是，第一支撐件1凹入第一凹部的高度(如圖1所示，記為H)決定輔助彈簧組件的整體高度，即隨著H的增大，輔助彈簧組件的高度減小；而隨著H的減小，輔助彈簧組件的高度增大。由此可知，本發明可通過調整第一支撐件1凹入第一凹部的高度，以滿足實際對輔助彈簧組件高度的需要。

針對上述，第一凹部的形成方式，具體可為：如圖1所示，在第一彈簧2的頂部設置有凹槽，第一支撐件1的中部向下凹入第一彈簧2的凹槽內，並且可以與第一彈簧2接觸。

另外，第一凹部的形成方式還可以為：第一凹部為在第一支撐件1中部的頂部開設的凹槽。

另外，第二支撐件4的中部向上凸起並在底部形成有第二凹部，第二彈簧5的頂部設置於第二凹部內並與第二支撐件4的中部壓接。本發明對第二支撐件4結構的上述設置，是為了減小第一間隙3的初始寬度h，進而一方面可減小所需鎖緊件6的尺寸，另一方面，可減小輔助彈簧組件的尺寸空間，以便於與橡膠氣囊等減振元件的安裝。

針對上述第二彈簧5與第一支撐件1的連接關係，具體為：如圖1所示，第一支撐件1的頂部上對應於第二彈簧5的底部開設有可限制第二彈簧5沿徑向移動的第一環形凹槽，第二彈簧5的底部位於第一環形凹槽內，第二彈簧5的底部與第一環形凹槽之間的連接關係可以為間隙配合。

針對上述第二彈簧5與第二支撐件4的連接關係，具體為：如圖1所示，第二支撐件4的底部上對應於第二彈簧5的頂部開設有可限制第二彈簧5沿徑向移動的第二環形凹槽，第二彈簧5的頂部位於第二環形凹槽內，第二彈簧5的頂部與第二環形凹槽之間的連接關係可以為間隙配合。

針對上述第一彈簧2與第一支撐件1的連接關係，具體為：如圖1所示，第一支撐件1的底部上對應於第一彈簧2的頂部開設有可限制第一彈簧2沿徑向移動的第三環形凹槽，第一彈簧2的頂部位於第三環形凹槽內，第一彈簧2的頂部與第三環形凹槽之間的連接關係可以為間隙配合。

針對上述鎖緊件6的結構，具體為：如圖1所示，鎖緊件6包括螺栓和螺母，螺栓一端與第一彈簧2固定連接，另一端與螺母螺紋連接，螺母的底部與第二支撐件4的頂部壓接。

另外，鎖緊件6的結構還可以為：鎖緊件6包括銷軸和開口銷，銷軸一端與第一彈簧2固定連接，另一端與開口銷連接，開口銷的底部與第二支撐件4的頂部壓接。

進一步，第一支撐件1的端部套設在第二支撐件4的端部外，其作用是使得第一間隙3具備較好的密封性；第二支撐件4端部與第一支撐件1端部之間沿第一彈簧2的徑向方向形成有第二間隙，其作用是避免第一支撐件1和第二支撐件4之間由於相對運動而產生摩擦力。

為了更好地理解本發明的技術方案，以如圖1所示的輔助彈簧組件結構為例，本發明輔助彈簧組件的製作及工作過程如下：

製作輔助彈簧組件時，根據實際需要確定輔助彈簧組件設計規格和要求，進而分別製作出第一支撐件1、第一金屬圈21、第二支撐件4、第二金屬圈51、螺栓和螺母，準備好第一橡膠圈22的膠料和第二橡膠圈52的膠料；

將第二金屬圈51和第二橡膠圈52的膠料通過添加膠黏劑以及高溫硫化形成第一彈簧2；

將第一金屬圈21、第一橡膠圈22的膠料和螺栓頭部進行添加膠黏劑以及高溫硫化處理，以形成第二彈簧5並使螺栓頭部固定於第二彈簧5的上部；

通過螺栓定位將第一支撐件1安裝在第一彈簧2上，並使得第一彈簧2的頂部位於第三環形凹槽內；

將第二彈簧5底部安裝於第一支撐件1的第一環形凹槽內；

通過螺栓定位將第二支撐件4安裝在第二彈簧5上，並使得第二彈簧5的頂部位於第二環形凹槽內；

對第二支撐件4施加向下的預緊力F0後安裝螺母。

輔助彈簧組件工作時，對第二支撐件4施加向下的力(記為F)，當F值處於0～F0的範圍時，第二彈簧5相當於剛體，第一彈簧2收縮；當F值大於F0時，第一彈簧2和第二彈簧5均收縮，第一間隙3的寬度h減小，此時的輔助彈簧組件具備較低的垂向剛度；當F值繼續增大至使得第一間隙3的寬度h等於零時，第二彈簧5相當於剛體，第一彈簧2收縮，此時的輔助彈簧組件具備較高的垂向剛度。