一种使用寿命长的板弹簧和悬挂系统的制作方法

1.本发明属于转向架一系悬挂系统领域，具体是涉及一种使用寿命长的板弹簧和悬挂系统。


背景技术：

2.纤维增强复合材料具有比强度高、耐腐蚀和疲劳寿命高等优点，在轨道车辆轻量化方面的应用越来越广泛。随着轨道交通的发展，轨道车辆运行速度不断提高，要求轴重越来越小，迫切需要实现列车转向架轻量化，从而减小轮轨冲击、降低运行能耗。复合材料板弹簧由于其横向空间小，轻量化效果明显，已经开始应用于转向架一系悬挂。
3.其应用结构形式主要为两片对扣式椭圆形板弹簧。椭圆形板弹簧上、下板弹簧在受到垂向载荷时，两端向外伸长同时端部绕板弹簧宽度方向的轴转动。其端部连接装置不仅连接上下板弹簧、传递垂向力，在垂向受载过程中上下板弹簧间可以绕共端部轴心转动并且长度方向上伸长。但在实际应用工况中，板弹簧的上、下弹簧片的刚度不可能完全相同，因此在受载时上、下弹簧片的伸长量不可能完全一致。
4.为了解决上述问题，现有技术中多采用叠层弹簧或橡胶衬套的端部连接方式，其设计核心都集中在如何实现端部连接装置对上、下弹簧片起连接作用，能传递垂向承载力，且可通过橡胶衬套使得板弹簧在承受载荷时消除上、下弹簧片之间的纵向位移，并使得上、下弹簧片可绕两端部转动。其连接多采用销孔配合和螺栓连接，能起到一定的防脱出作用，但销孔配合和螺栓连接都需要在板弹簧本体上加工孔，会导致连续纤维断裂，大幅降低板弹簧本体寿命。
5.转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，几乎决定了轨道车辆的动力学性能。一系悬挂装置是连接轮对与转向架构架之间的弹性装置，作用为传递车辆的质量及载荷给轮轴、缓和轮轨之间的相互作用、提高车辆运行的舒适性和平稳性、保证旅客舒适、安全等。因此，一系悬挂装置的可靠性尤为关键。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长的板弹簧和悬挂系统。
7.本发明为一种使用寿命长的板弹簧，包括连接两块上下相对设置的弹簧片的端部连接件，所述端部连接件包括转轴以及套接在转轴上的分别固定两块弹簧片的两个能相对转动的固定座，所述固定座包括围合弹簧片端部至少三个方向的围合部，以固定弹簧片。
8.本发明的所述的三个方向，至少包括弹簧片的底部、上部和端部，还可以包括弹簧片的1个或2个侧部。至少三个方向的围合部，以固定弹簧片，保证上下弹簧片纵向和横向定位以及限制纵向和横向移动，同时防止上下弹簧片垂向脱开和纵向移位。
9.所述固定座包括套接在转轴上的固定套、固定在固定套上且和弹簧片适配的承载板以及固定在承载板上且位于弹簧片端部的端部挡板和位于弹簧片侧部的侧面挡板，所述弹簧片上设置有端部限位板，所述端部限位板上设置有卡槽，端部挡板或者侧面挡板上固
定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板。
10.所述承载板和弹簧片适配，所述端部挡板位于弹簧片端部，所述侧面挡板位于弹簧片侧部。
11.在一个实施例中，所述固定座包括固定一个弹簧片的2个支撑座以及固定另一个弹簧片的2个外套座，2个支撑座位于2个外套座的两侧，本发明的端部连接件有2个，每个端部连接件中含有4个固定座，4个固定座相互之间都是独立的，两个固定座在中间，为外套座，两个固定座在两端，为支撑座，优选的，外套座用于固定下弹簧片，支撑座用于固定上弹簧片，可以避免外套座中部与支撑座之间形成的便于转动的空腔内积水或杂物，造成端部连接件损伤；外套座位于中间，可以更好的承载压力。本技术的端部连接件有2个，分别设置在弹簧片的两端，弹簧片包括上弹簧片和下弹簧片，本技术的支撑座的承载板和上弹簧片的上部适配，贴合，本技术的外套座的承载板和下弹簧片的上部适配，贴合。具体来说，对于下弹簧片来说，下弹簧片的端部抵靠端部挡板，下弹簧片的侧部抵靠侧面挡板，下弹簧片的下部抵靠扣板，因此，下弹簧片的端部的5个方向都被端部连接件所限制，同理，上弹簧片的两端也被限制。且弹簧片上并没有开设任何的槽孔，避免弹簧片的连续纤维被切断，保证了弹簧片的结构强度，可以有效的延长板弹簧的使用寿命。
12.为了进一步的限制端部连接件与弹簧片的相对位移，本技术在弹簧片上设置有端部限位板，所述端部限位板上设置有卡槽，卡槽和扣板配合，进一步的限制了弹簧片和端部连接件产生位移的可能，防止弹簧片在复杂工况下和端部连接件产生移位，导致弹簧片从端部连接件中脱出，损伤弹簧片和端部连接件。
13.在一个实施例中，所述侧面挡板上固定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板，扣板设置在侧面挡板上，一方面离力矩中心更近，另一方面包裹性更好，可以更好的防止弹簧片从端部连接件中脱出，以及弹簧片和端部连接件的损伤。
14.在一个实施例中，所述端部限位板为玻纤板，其可以和弹簧片的材质相同，可以更好的一体化，同时又可以避免对弹簧片的主体产生损伤。
15.在一个实施例中，所述转轴内设置有通孔，还包括穿过通孔的用于使2个固定座铰接的螺栓，螺栓的端部通过螺母固定，结构简单。
16.在一个实施例中，所述转轴上设置有衬套(优选为橡胶衬套)，所述外套座套接在衬套上，所述支撑座套接在转轴上，本发明的衬套并不是位于转轴的全部，只位于中部，即外套座所在的位置，此时，外套座和支撑座之间需要有不同的孔径以适配中部不同的转轴直径，因此，外套座和支撑座之间会被橡胶衬套在一定程度上隔离，防止两者在转动时，相互挤压碰撞，损坏彼此，另外，衬套也可以防止转动时，损坏转轴和固定座。
17.在一个实施例中，所述弹簧片的中部设置有垫板，垫板优选为非金属垫板。
18.在一个实施例中，所述弹簧片从中部到端部包括依次连接的中部连接段、中间等应力段和端部连接段，所述中间等应力段的厚度按照抛物线的方式进行变化，可降低板弹簧层间剪切应力。
19.本发明提供一种悬挂系统，包括所述的板弹簧。
20.本发明的有益效果是，本发明实现了端部连接的功能，具有防脱出结构，没有破坏板弹簧增强纤维的连续性，有效的降低了维护成本，延长了板弹簧的使用寿命。
21.本发明采用端部连接件，在不损伤板弹簧端部纤维连续性的情况下，对上、下弹簧
片起连接作用，可传递垂向承载力，且板弹簧的上、下弹簧片可由纤维增强复合材料制成，并使得板弹簧在承受载荷时可消除上、下弹簧片之间的纵向位移并能绕两端部转动，具有防脱出结构，有效提高了复合材料板弹簧本体的使用寿命以及总成的安全性、可靠性；本发明采用的板弹簧结构应力分布均匀且用材料最少，可降低层间剪切应力，以及采用可靠性高的非金属垫板，都可以提高复合材料板弹簧本体的可靠性，降低生产和维护成本。
附图说明
22.图1为本发明的一个实施例的结构示意图。
23.图2为本发明的一个实施例的弹簧片侧视示意图。
24.图3为本发明的一个实施例的端部连接件分解示意图。
25.图4为本发明的一个实施例的外套座结构示意图。
26.图5为本发明的一个实施例的支撑座结构示意图。
27.在图中，1弹簧片，11中部连接段，12中间等应力段，13端部连接段，14为端部限位板，2端部连接件，21左支撑座，22左外套座，23右外套座，24右支撑座，25衬套，26螺栓，27垫片，28螺母，29转轴；211支撑座侧面挡板，212支撑座承载板，213支撑座端部挡板，214支撑座安装孔，215支撑座扣板；221外套座侧面挡板，222外套座承载板，223外套座端部挡板，224外套座安装孔，225外套座扣板，3垫板。
具体实施方式
28.如图1-5所示，一种使用寿命长的板弹簧，包括连接两块上下相对设置的弹簧片1的端部连接件2，所述端部连接件2包括转轴29以及套接在转轴29上的固定两块弹簧片的2个固定座，所述固定座包括套接在转轴29上的固定套、固定在固定套上且和弹簧片1适配的承载板以及固定在承载板上且位于弹簧片1端部的端部挡板和位于弹簧片侧部的侧面挡板，所述弹簧片1上设置有端部限位板14，所述端部限位板14上设置有卡槽，端部挡板或者侧面挡板上固定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板。
29.弹簧片为弓形，两片弹簧片分置上下通过端部连接件2组成椭圆形板弹簧。弓形板弹簧采用采用单片结构，材料采用环氧树脂增强纤维预浸料，增强纤维为玻璃纤维、碳纤维等连续纤维。
30.所述侧面挡板上固定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板。
31.所述端部限位板14为玻纤板。
32.所述转轴29内设置有通孔，还包括穿过通孔的用于使2个固定座铰接的螺栓26。
33.所述固定座包括固定一个弹簧片的2个支撑座以及固定另一个弹簧片的2个外套座，2个支撑座位于2个外套座的两侧。
34.所述转轴29上设置有衬套25，所述外套座套接在衬套25上，所述支撑座套接在转轴29上。
35.所述衬套25为橡胶衬套。
36.如图3-5所示，外套座包括左外套座22和右外套座23，每个外套座都包括固定套、外套座承载板222、外套座端部挡板223、外套座侧面挡板221。固定套上设置有外套座安装孔224，用于和衬套25配合。在左右外套座上还设置有外套座扣板225，用于和卡槽配合，具
有压装定位和防转动功能，可以防止板弹簧端部从端部外套座中脱出。
37.支撑座包括左支撑座21和右支撑座24，每个支撑座都包括固定套、支撑座侧面挡板211、支撑座承载板212和支撑座端部挡板213，固定套上设置有支撑座安装孔214，用于和转轴配合，支撑座侧面挡板211上设置有支撑座扣板215，用于和卡槽配合，具有压装定位和防转动功能，可以防止板弹簧端部从端部外套座中脱出。
38.首先，在转轴29上安装衬套25，将左外套座22和右外套座23套装在衬套25上，然后将左支撑座21和右支撑座24安装在转轴上，将弹簧片的端部安装在承载板、端部挡板、侧面挡板以及扣板围合形成的空间内，插上螺栓26、垫片27，拧紧螺母28，将其固定。此时，上下弹簧片可以以转轴方向做一定程度的相对运动，形成板弹簧。
39.本发明所述的衬套25过盈压入左外套座22和右外套座23；转轴29过盈压入左支撑座21、右支撑座24和衬套25。衬套25与转轴29过盈连接部位为一圈薄橡胶层。
40.所述弹簧片1的中部设置有垫板3，垫板3为非金属垫板，非金属垫板采用多层浸胶帘布或浸胶帆布，浸胶帘布和浸胶帆布可先硫化再粘结到弓形板弹簧上，也可以直接铺在弓形板弹簧上与板弹簧一同固化成型，提高了非金属垫板的可靠性，有效保护复合材料板弹簧。
41.所述弹簧片1从中部到端部包括依次连接的中部连接段11、中间等应力段12和端部连接段13，所述中间等应力段12的厚度按照抛物线的方式进行变化。中间等应力段采用抛物线变厚度设计实现沿板弹簧长度方向应力相等并且材料最少；中部连接段和端部连接段采用增加厚度设计，厚度增加2mm～10mm，可降低板弹簧层间剪切应力。
42.一种悬挂系统，包括所述的板弹簧。
43.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的保护范围限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
44.本技术中一个或多个实施例旨在涵盖落入本技术的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。