一种可变刚度球铰的制作方法

本发明创造属于缓冲减震设施技术领域，尤其是涉及一种可变刚度球铰。

背景技术：

现有的橡胶球铰采用的是整体式的结构，一般具有金属外套、金属芯轴和橡胶等组成，橡胶一般呈筒状处于金属芯轴和金属外套之间，硫化后将金属外套连接金属芯轴在一起，通常难以实现变刚度的性能要求。虽然现有技术中，也有采用在橡胶中在加入其它如金属等的元件，或者使橡胶的某部分与金属外套存在间隙等方式，以达到刚度变化的需求，但由于受到金属芯轴和金属外套结构和空间限制，变刚度设计方法较为单一，使用效果并不理想。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种可变刚度球铰。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种可变刚度球铰，包括外壳结构，该外壳结构包括外环和内环，在外环与内环间设有橡胶缓冲体；外环和内环均为非封闭式结构。

进一步，所述橡胶缓冲体中部留有沿轴向贯通该橡胶缓冲体的缺口，且橡胶缓冲体轴向方向的两端均内凹于外壳结构，在外壳结构内留有形变间隙。

进一步，所述橡胶缓冲体通过硫化工艺成型于内环和外环之间。

进一步，所述外环和内环之间留有缓冲夹层，且缓冲夹层中部窄、两侧宽，在该缓冲夹层内硫化成型所述橡胶缓冲体。

进一步，所述外环和内环之间留有缓冲夹层，且缓冲夹层中部宽、两侧窄，在该缓冲夹层内硫化成型所述橡胶缓冲体。

进一步，所述橡胶缓冲体包括中部的定型支撑部及两侧的缓冲部，所形成的缺口呈ω型，包括左右对称的两凹槽部，

此两凹槽部均呈弧形槽结构，且槽壁与定型支撑部之间、以及槽壁与缓冲部之间均圆滑过渡。

进一步，所述缓冲部贴近外环的一侧边角均呈圆角结构。

进一步，所述橡胶缓冲体所形成的弧段长度小于或等于外壳结构所形成的弧段长度。

即，橡胶缓冲体末端内凹于外壳结构内，形成了缓冲空间，保证缓冲形变的效果。

进一步，所述外壳结构所形成的弧段长度≤1/2圆。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造中球铰结构采用分离式结构，球铰在制造中无需进行周向滚压，安装中橡胶预压状态可调，可以根据不同的使用需求，快速调整预压紧的压缩量，可以更好的匹配所安装的结构部件，通用性好，同时制造工艺更简单、成本更低。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造断面结构示意图；

图3为本发明创造应用状态下的结构示意图；

图4为本发明创造实施例中内环、外环不同心时的示意图；

图5为本发明创造实施例中内环、外环各部分曲率或弯曲半径设计为不相同时的示意图；

图6为本发明创造实施例中使用状态下的示意图。

附图标记说明：1-外环；2-内环；3-橡胶缓冲体；4-缺口；5-形变间隙；6-缓冲夹层；7-定型支撑部；8-缓冲部；9-凹槽部；10-圆角结构；11-缓冲空间；12-球铰外侧的结构件；13-轴肩结构；14-孔肩结构；15-球铰轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种可变刚度球铰，如图1至3所示，包括外壳结构，该外壳结构包括外环1和内环2，在外环与内环间设有橡胶缓冲体3；外环和内环均为非封闭式结构。

所述橡胶缓冲体中部留有沿轴向贯通该橡胶缓冲体的缺口4，且橡胶缓冲体轴向方向的两端均内凹于外壳结构，其与外壳结构的最外缘间留有形变间隙5。橡胶缓冲体通过硫化工艺成型于内环和外环之间，通常，内环与外环构成开放式的结构，二者由橡胶缓冲体牢固粘结。所设置的形变间隙预留了橡胶缓冲体压缩形变的空间，结构件不会妨碍橡胶缓冲体性能的发挥。

在实际使用时，球铰可采用对装形式，也可以是如图6所示的，铰轴两侧的球铰本体数量不相同，根据实际需要布置即可。当球铰轴两侧球铰本体数量不同时，分别处在球铰轴两侧的各球铰本体的总宽度是相同的，保证了结构的稳定可靠。

通过球铰外侧的结构件12将球铰箍紧在球铰轴上，同时，在铰轴上设置轴肩结构13，对内环形成限位，在壳体轴孔部分的内壁两端设置孔肩结构14，以限制外环发生窜动。为了方便装拆，尤其是为了便于预紧压缩量的调整，外侧的结构件通常为上下两个瓣体，每一瓣体内侧均设有内凹结构，用于将球铰压紧在球铰轴15上。

需要指出的是，在应用时，作为外侧的压紧结构件可以为上下两瓣结构，且每一部分结构件的内凹结构小于或等于半圆，通过螺栓将两部分压紧结构件连接固定，保证橡胶压缩状态达到使用需求，并且，可以根据不同的使用要求，快速调整螺栓预紧力，进而调整橡胶的压缩状态，操作非常简便。

上述外环和内环之间留有缓冲夹层6。在一个可选的实施例中，缓冲夹层中部窄、两侧宽，在该缓冲夹层内硫化成型所述橡胶缓冲体。在另一个可选的实施例中，缓冲夹层中部宽、两侧窄，在该缓冲夹层内硫化成型所述橡胶缓冲体。

在一个可选的实施例中，橡胶缓冲体包括中部的定型支撑部7及两侧的缓冲部8，所形成的缺口呈ω型，包括在橡胶缓冲体上形成的左右对称的两凹槽部9，此两凹槽部均呈弧形槽结构，且槽壁与定型支撑部之间、以及槽壁与缓冲部之间均圆滑过渡。

上述缓冲部贴近外环的一侧边角均呈圆角结构10，橡胶体受载时，可以挤压缓冲部向缺口部分压缩，圆角结构设计能避免应力集中，同时，对缓冲部的形变方向具有引导作用。

上述橡胶缓冲体所形成的弧段长度小于或等于外壳结构所形成的弧段长度，即，橡胶缓冲体末端内凹于外壳结构内，形成了缓冲空间11，球铰结构在安装使用状态下，结构件不会限制橡胶缓冲体的形变，保证缓冲形变的效果。

通常，外壳结构所形成的弧段长度≤1/2圆，确保球铰在安装后，能够根据实际情况，调整预压紧时的压缩量，更好的匹配设备，以发挥球铰的性能。

需要指出的是，在趋近极限状态时(橡胶缓冲体压缩量较大时)，缓冲部指向缺口的部分最先受压变形，会插入缺口内(或者说是有插入缺口内的趋势)，橡胶缓冲体按预计的方式和方向形变，形变可控性强。极限状态下，缓冲部靠近缺口的部分挤入缺口内，弥补了橡胶缓冲体在缺口部分刚性的“不足”，在受冲击力极大或极限重载的情况下，球铰结构又获得更好的刚度。

为了实现变刚度设计，在本发明所提供的球铰基础上，如图4和图5所示，球铰结构可以采取以下方案中的一种或多种：

1、外环和内环不同心设置，当内环圆心位置相对外环圆心位置更靠近内环时，两侧的橡胶相对较厚，可提高两侧橡胶在装配预压时的压缩量；外环的圆心位置相对内环圆心位置更靠近内环时，则相反。

2、内环的内径可大于或小于与球铰轴配合的轴形部位的直径，大于时，可减少两侧橡胶在装配预压时的压缩量，小于时，则反之。

3、外环的外径可大于或小于安装球铰的壳体内凹结构的内径，大于时，可增加两侧橡胶在装配预压时的压缩量，小于时，则反之。

4、球铰的内环可采用平滑曲面加厚的薄壁形式，曲面各部分的曲率或弯曲半径可不相同，以使球铰各部位橡胶在装配后具有不同的预压缩量和不同的刚度。

5、球铰的外环可采用平滑曲面加厚的薄壁形式，曲面各部分的曲率或弯曲半径可不相同，以使球铰各部位橡胶在装配后具有不同的预压缩量和不同的刚度。

6、通过改变橡胶缓冲体的厚度分布，如使橡胶缓冲体的某部分与外环之间存在间隙，或与内环之间存在间隙，橡胶球铰在安装后，间隙部位的橡胶一般不会被压缩或者是预压缩量更少，进而实现橡胶球铰的变刚度设计。

本发明创造中球铰结构采用分离式结构，球铰在制造中无需进行周向滚压，安装中橡胶预压状态可调，可以根据不同的使用需求，快速调整预压紧的压缩量，可以更好的匹配所安装的结构部件，通用性好，同时制造工艺更简单、成本更低。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。