第二节橡胶元件一、橡胶元件的应用与特点1.应用近年来，各国大力发展地下铁道电动客车、各种动车组和轻型高速客车，为了减小振动和噪音，在转向架中央弹簧悬挂装置中日益增多地采用空气弹簧，在轴箱悬挂装置中采用各种型式的橡胶弹簧，橡胶弹簧能起到轮对轴箱与构架在前后、左右方向的弹性定位作用。随着列车运行速度的不断提高，为了减少走行部分的磨耗和噪音的发生与传递，在车体和摇枕、摇枕和构架、弹簧的上下支承面、轴箱和构架以及各种金属直接接触部位之间广泛地采用橡胶衬垫、衬套、止挡等元件。2铁道车辆上采用橡胶弹簧与元件具有下列特点1）橡胶的比重约为钢的１／６，故用作弹性元件比用弹簧要轻得多；2）减振和隔音性能好。随着橡胶元件厚度的增加和振动频率的增高其内阻力也愈大，减振隔音性能也愈好；3）利用橡胶的三维性质，易实现不同方向不同弹性特性的要求，并有利于简化结构；4）采用橡胶元件可避免金属的磨耗，便于制造和维修，降低成本；5)温度对橡胶元件的性能（弹性、强度）也有很大影响。通常，橡胶元件的上述性能是在常温下（２０℃）测定的。当温度变化后这些性能也随之改变，通常橡胶元件在一３０℃～＋７０℃范围内具有比较稳定的弹性特性，可以满足铁道车辆的运用要求。3设计橡胶元件时需遵循的原则设计橡胶元件时，必须根据橡胶的性质设计出其合理的结构形式，否则，往往使橡胶元件的寿命缩短或起不到弹性作用。通常在设计时需遵循下列原则：1)必须保持橡胶元件形状改变的可能性．橡胶和水一样，几乎是不可压缩的。它具有体积不变的特性，其变形完全是由于形状改变所引起的。因此，它的弹性是由于受力后体积形态发生变化的结果。2)必须使被减振的部件不与振动基础相接触，否则起不到减振隔音的作用。3)必须考虑到载荷种类对变形的影响。承受剪切载荷时橡胶变形最大，而承受压缩载荷时其变形最小。因此，承受剪切变形的橡胶弹簧承载能力小而柔度大，承受压缩变形的承载能力大而柔度小。4)必须注意到橡胶散热不良的特性。因此，不能把橡胶做成很大的整块，而应做成多层片状，中间夹以金属板，以增强散热性。5)必须避免产生应力集中现象。图６—４（ａ）为挖有方孔的橡胶元件，当受压缩时，孔之四角将产生很大的应力集中。若改为图６—４（ｂ）所示之椭圆孔或圆孔后，应力集中现象即大为减少。二、橡胶元件的计算橡胶元件在应用时，其性质必须根据实际工作条件通过实验来确定。为了在设计计算时有所遵循，须进行必要的初步估算。下面介绍橡胶元件的弹性特性、应力和几种典型元件的静刚度计算公式。１．橡胶元件的静弹剪模数和静弹性模数1)橡胶的静弹剪模数Ga橡胶的静弹剪模数Ga与橡胶的成分及硬度有关，但最主要的决定因素是硬度。对于硬度相同而成分不同的橡胶，其Ga值之差不超过１０％。在实用范围内（肖氏硬度ＨＳ３０～８０）Ga值和ＨＳ值的关系也可近似地用下式表示；（6-10）按上式所得的计算值大体和各国试验所得数据的平均值相近。2)橡胶的静弹性模数Ｅa与静弹剪模数Ｇa不同，Ｅa不仅取决于橡胶的硬度，而且还与其形状尺寸、变形特点以及与金属支承面固结状态有关。试验表明，对于拉伸变形，Ｅa≈Ｅ0≈3Ｇa（Ｅ0为杨氏弹性模数）；对于压缩变形，Ｅa则与橡胶硬度及其几何形状有密切关系，如果橡胶弹簧与支承金属元件用热硫化法固结在一起，或者接触面间保持很大的干摩擦情况时，静弹性模数可用下式计算：（6-11）上式中的i是与橡胶元件的形状系数Ｓ和肖氏硬度ＨＳ有关的系数。形状系数Ｓ:橡胶元件在压缩载荷下的承载面积Ａ和周边自由面积Ａf之比，即Ｓ=Ａ/Ａf.计算i值的近似经验公式如下：动模数的影响因素:橡胶元件的动模数不仅取决于其硬度，而且还与温度、变形的大小和速度以及平均应力或平均应变等因素有关。所以用试验确定橡胶元件的动模数时，试验条件应尽可能符合其运用工况。２．橡胶元件的应力计算1)橡胶元件在拉伸和压缩变形时，其应力σ和应变ε的关系为：(6-13)该公式的适应性:该公式约在拉伸应变为２０％和压缩应变为５０％这个重要的工程应用范围内有足够的精确度,但从橡胶元件的疲劳强度考虑，如其应变量控制在ε＜１５％（ε=...
