一种车钩球铰安装定位方法及车钩球铰与流程

1.本发明涉轨道交通技术领域，具体涉及一种车钩球铰安装定位方法及车钩球铰。


背景技术：

2.轨道交通车辆的车厢之间是通过车钩球铰连接的，是利用车钩球铰传递牵引力。由于现有的车钩球铰的芯轴为圆形或方形，芯轴是安装在凹形的车钩内，这种安装方式存在下述问题：1、芯轴与车钩之间存在间隙，导致芯轴与车钩产生冲击和碰撞，导致轨道交通车辆运行不平稳。
3.2、车钩球铰也会因长期碰撞损坏，需要经常更换，缩短了车钩球铰使用寿命，提高了维修和运行成本。
4.3、芯轴与车钩之间的碰撞还会产生噪音，降低了乘客的舒适体验。
5.4、芯轴在车钩内窜动和转动，导致芯轴磨损。
6.5、芯轴难以退出车钩，导致车钩球铰的安装和更换不便。
7.6、车钩球铰尺寸大、重量重，有必要进行轻量化改进。
8.现有的车钩球铰的芯轴与车钩之间存在间隙，导致芯轴与车钩产生冲击和碰撞，导致轨道交通车辆运行不平稳，而且车钩球铰也会因长期碰撞损坏，需要经常更换，缩短了车钩球铰使用寿命，提高了维修和运行成本。另外芯轴与车钩之间的碰撞还会产生噪音，降低了乘客的舒适体验。
9.经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：1、申请号为“200610136996.4”、申请日为“2006.12.30”、公开号为“cn101011974a”、公开日为“2007.08.08”、名称为“一种铁道车辆连接方法及装置”、申请人为“中国南车集团株洲车辆厂”的中国发明专利，该发明专利采用不支承在转向架上的公母连接铰座相连接的方式进行连接。连接铰由母连接铰座、公连接铰座、牵引销、半球面垫、凹球面垫板和楔形垫板组成，母、公连接铰座分别固接于两相邻车端，公连接铰座的单片铰头置入母连接铰座的双片铰头之中间，公连接铰座的单片铰头与母连接铰座的双片铰头间垂向留有间隙，允许其垂向相互错动，母、公连接铰座由圆柱形牵引销连接在一起。所述的公连接铰座的孔为球面，在牵引销与公连接铰座的球孔之间装有半球面垫；公连接铰座头前端为凸球面，与之相配的有凹球面垫板，在凹球面垫板与母连接铰座斜面间，再加设楔形垫板，使其组成在纵向呈无间隙连接且可万向转动的球铰。该专利采用牵引销连接，而不是通过车钩球铰连接，不具备缓冲减震效果。而且是采用多个分离零件装配而成，连接装配繁琐、可靠性较差。
10.2、申请号为“201010285684.6”、申请日为“2010.09.15”、公开号为“cn102398619a”、公开日为“2012.04.04”、名称为“列车转向架用牵引节点”、申请人为“溧阳市振大铁路设备有限公司”的中国发明专利，该发明专利是一种列车转向架用牵引节点，其金属材料制成的芯轴两端设置有安装孔。芯轴中间段为腰鼓形的形状结构。芯轴中间段
上套装有金属材料制成的外套，外套内圈为圆弧形的形状结构。芯轴中间段和外套之间设置有橡胶层。芯轴中间段和外套通过橡胶层的橡胶硫化固接成一体。该专利没有涉及车钩球铰安装定位方式，也没有涉及芯轴与车钩可能产生冲击和碰撞的技术问题。


技术实现要素：

11.本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种车钩球铰安装定位方法及车钩球铰。
12.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种车钩球铰安装定位方法，轨道车辆相邻车厢端部分别设置车钩球铰、球铰座及车钩；车钩球铰包括芯轴、橡胶体及外套，外套套在芯轴中部，橡胶体填充在芯轴与外套之间；车钩球铰固定在球铰座上，车钩上设置有芯轴槽，车钩球铰芯轴的两端，安装在车钩的芯轴槽内，从而将相邻的两车厢实现牵引连接。通过车钩球铰的芯轴与车钩之间的无间隙安装定位方式，避免芯轴与芯轴槽之间产生冲击和碰撞，防止因碰撞产生噪音，使轨道交通车辆平稳运行。
13.进一步地，所述无间隙安装是在芯轴上设置锥面，同时车钩的芯轴槽为开口朝上的锥形槽，锥形槽与芯轴上的锥面具有相同的锥角α，芯轴安装在锥形槽内后，锥面的顶端与锥形槽的槽底还存在槽底装配间隙,再在芯轴上施加朝向锥形槽的压力，将芯轴安装定位在锥形槽内。这种锥面配合方式，能够实现芯轴与车钩之间无间隙配合，将车钩球铰稳固安装定位在车钩内，防止芯轴在车钩内窜动、转动和芯轴磨损。避免了芯轴与车钩之间的碰撞，以及由此而产生的噪音。另外这种锥面配合方式能够很容易分离，便于车钩球铰的安装和更换。
14.一种实现上述车钩球铰安装定位方法的车钩球铰，包括：芯轴、橡胶体及外套，外套套在芯轴中部，橡胶体填充在芯轴与及外套之间。芯轴两端分别设置有两块锥面，两块锥面之间的锥角α与车钩上锥形槽的锥角α相等。以保证芯轴与锥形槽配合紧密。
15.进一步地，α≤2
×
arctg(μ+g/f)，以保证将芯轴拔出锥形槽的分力，始终小于摩擦力和车钩球铰的重力，以减小将芯轴安装时所需的压紧力，确保芯轴不会脱出车钩。
16.进一步地，芯轴的横截面为等腰梯形。
17.进一步地，等腰梯形两腰之间的锥角α≤17
°
。
18.进一步地，橡胶体两端的自由面为内凹的弧形，自由面半径≤18mm。以增大自由面的面积，适应车钩球铰的芯轴与及外套之间的扭转变形，减少橡胶体与芯轴和及外套连接处的应力集中，防止橡胶体与芯轴和及外套连接处开裂分离。
19.进一步地，芯轴上设置有贯穿轴向的轴孔。既可减轻车钩球铰的重量，满足轻量化要求；又能够降低生产成本。
20.进一步地，轴孔直径与芯轴直径之比≤0.57。在保证车钩球铰强度和刚度的前提下，尽可能减轻车钩球铰的重量。
21.进一步地，在芯轴两端上设置有沿等腰梯形对称轴的安装孔。利用压紧螺栓穿过安装孔，将芯轴安装定位在车钩内，进一步简化安装部件，降低成本。
22.本发明的有益效果为：通过在车钩上设置锥形槽，同时在芯轴两端设置与锥形槽具有相同锥角的锥面，以能够实现芯轴与车钩之间无间隙配合，从而将车钩球铰稳固安装定位在车钩内，防止芯轴在车钩内窜动、转动和芯轴磨损。避免芯轴与车钩之间的碰撞，以
及由此而产生的噪音。另外这种锥面配合方式能够很容易分离，便于车钩球铰的安装和更换。
附图说明
23.图1为现有车钩球铰安装示意图，图2为现有车钩示意图，图3为本发明的车钩球铰立体结构示意图，图4为本发明的车钩球铰正视示意图，图5为本发明的车钩球铰剖视示意图，图6为本发明的车钩球铰安装方式1正视示意图，图7为本发明的车钩球铰安装方式1俯视示意图，图8为图6局部放大示意图，图9为本发明的车钩示意图，图10为本发明的车钩球铰安装方式2正视示意图，图11为本发明的车钩球铰受力分析示意图。
24.图中：1—车钩球铰、11—芯轴、111—锥面、α—锥角、h—预留槽底装配间隙、112—轴孔、113—安装孔、d1—芯轴直径、d2—芯孔直径、12—橡胶体、121—自由面、r121—自由面半径、13—外套、2—球铰座、3—车钩、31—芯轴槽、311—锥形槽、32—压盖、33—压紧螺栓、f—牵引力、f1—锥面方向分力、n—正应力、μ—摩擦系数、f—摩擦力、g—球铰重力。
具体实施方式
25.下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：如图1和2所示：轨道车辆相邻车厢端部分别设置车钩球铰1、球铰座2及车钩3；车钩球铰1包括芯轴11、橡胶体12及外套13，外套13套在芯轴11中部，橡胶体12填充在芯轴11与外套13之间；车钩球铰1固定在球铰座2上，车钩3上设置有芯轴槽31，车钩球铰1芯轴11的两端，安装在车钩3的芯轴槽31内，从而将相邻的两车厢实现牵引连接。
26.现有的车钩球铰1的芯轴11通常是圆形或方形，芯轴槽31通常是方形。当车钩球铰1安装在车钩3上后，芯轴11与车钩3之间存在间隙，导致芯轴11与车钩3产生冲击和碰撞，致使轨道交通车辆运行不平稳，而且车钩球铰1也会因长期碰撞损坏，需要经常更换，缩短了车钩球铰1使用寿命，提高了维修和运行成本。而且当芯轴11和车钩3被锈蚀后，芯轴11难以从方形的芯轴槽31内退出，更换车钩球铰1较为困难。另外芯轴11与车钩3之间的碰撞还会产生噪音，降低了乘客的舒适体验。
27.如图3至5所示：本发明车钩球铰1包括：芯轴11、橡胶体12及外套13，外套13套在芯轴11中部，橡胶体12填充在芯轴11与及外套13之间。芯轴11两端分别设置有两块锥面111，芯轴11的横截面为等腰梯形，等腰梯形两腰之间的锥角为α。芯轴11上设置有贯穿轴向的轴孔112。既可减轻车钩球铰1的重量，满足轻量化要求；又能够降低生产成本。轴孔直径d2与芯轴直径d1之比≤0.57。当d2/d1=0.57时，在保证车钩球铰1强度和刚度的前提下，车钩球铰1可以减重8%。在芯轴11两端上设置有沿等腰梯形对称轴的安装孔113。
28.橡胶体12两端的自由面121为内凹的弧形，自由面半径r121≤18mm。以增大自由面
121的面积，适应车钩球铰1的芯轴11与及外套13之间的扭转变形，减少橡胶体12与芯轴11和及外套13连接处的应力集中，防止橡胶体12与芯轴11和及外套13连接处开裂分离。
29.如图6至9所示：本发明实施例1，车钩3的芯轴槽31为锥形槽311，锥形槽311为等腰梯形，等腰梯形宽边开口朝上。锥形槽311与芯轴11上的锥面111具有相同的锥角α。芯轴11安装在锥形槽311内后，再将压盖32压在芯轴11上，利用压紧螺栓33将芯轴11安装定位在锥形槽311内。此时芯轴11的锥面111的顶端与车钩3的锥形槽311的槽底还存在2～5mm的预留槽底装配间隙h，使得芯轴11在锥形槽311内还有下降的空间，使得芯轴11的锥面111与锥形槽311之间实现无间隙的紧密配合。将车钩球铰1稳固安装定位在车钩3内，防止芯轴11在车钩3内窜动、转动和芯轴磨损。避免了芯轴11与车钩3之间的碰撞，以及由此而产生的噪音。另外这种锥面配合方式，只要将芯轴11向锥形槽311的开口方向拉动，即可将芯轴11从锥形槽311中退出，便于车钩球铰1的安装和更换。
30.如图10所示：本发明实施例2，与实施例1所不同的是：利用压紧螺栓33穿过安装孔113，将芯轴11安装定位在车钩3内，进一步简化安装部件，降低成本。
31.本发明的车钩球铰受力状态如图11所示：由于牵引力f的作用，车钩球铰1将受到锥面方向分力f1，f1=f
×
sin（α/2）,同时车钩球铰1的锥面111还会受到锥形槽311产生的正压力n。 n=f
×
cos（α/2）, 正压力n将在锥面111上产生摩擦力f，f=μ
×f×
cos（α/2）。球铰重力g可以分解为与摩擦力f同方向的分力g
×
sin（α/2）。当满足下式时，将芯轴11拔出锥形槽311的分力始终小于摩擦力与车钩球铰1的重力分力之和，以减小将芯轴11安装时所需的压紧力，确保芯轴11不会脱出车钩3。
32.f1≤f+ g
×
sin（α/2）；f
×
sin（α/2）≤μ
×f×
cos（α/2）+ g
×
sin（α/2）；由上式得出：当α≤2
×
arctg(μ+g/f)时，能够确保芯轴11不会脱出车钩3。
33.由于球铰重力远小于牵引力f，因此g/f可以忽略不计。当芯轴11和锥形槽311都是采用钢材时，将钢材的摩擦系数μ0.15代入上式，得出α≤17
°
。
34.综上所述，本发明的有益效果为：通过在车钩上设置锥形槽，同时在芯轴两端设置与锥形槽具有相同锥角的锥面，以能够实现芯轴与车钩之间无间隙配合，从而将车钩球铰稳固安装定位在车钩内，防止芯轴在车钩内窜动、转动和芯轴磨损。避免芯轴与车钩之间的碰撞，以及由此而产生的噪音。另外这种锥面配合方式能够很容易分离，便于车钩球铰的安装和更换。
35.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。