[发明专利]变刚度球铰及其变刚度设计方法

权利要求书

1.变刚度球铰，包括球铰本体（1）和套装在球铰本体（1）上的外层外套（2），其特征在于：所述的球铰本体（1）与外层外套（2）之间具有沿周向的环形密封空间（11），所述的环形密封空间（11）深入至球铰本体（1）的橡胶层，环形密封空间（11）中设置环形止挡（3），环形止挡（3）未将环形密封空间（11）完全填满，在球铰本体（1）与环形止挡（3）之间形成沿轴向设置的环形间隙（12），所述的环形间隙（12）的最小径向宽度为X，0.5mm＜X＜10mm；

所述的球铰本体（1）包括从内至外依次硫化粘结的芯轴（13）、橡胶层（14）和里层外套（15），所述的环形密封空间（11）从里层外套（15）沿径向深入至橡胶层（14）；

所述的环形密封空间（11）的底面与环形止挡（3）的底面平行，且两者之间的径向间距为X，环形止挡（3）侧壁与环形密封空间（11）的侧壁间距小于X；

所述的里层外套（15）由两个对称设置的金属环套（15.1）组成，橡胶层（14）周向开有环形缺口（14.1），金属环套（15.1）设置在环形缺口（14.1）的左右两侧，外层外套（2）套在金属环套（15.1）上将环形缺口（14.1）密封，形成环形密封空间（11），且金属环套（15.1）的内端与环形缺口（14.1）的外端边缘之间形成内层环形台阶（A），环形止挡（3）两端边缘为与内层环形台阶（A）相对应的台阶状边缘。

2.根据权利要求1所述的变刚度球铰，其特征在于：所述的环形止挡（3）与球铰本体（1）轴向定位配合，球铰本体（1）与外层外套（2）过盈配合，所述的环形止挡（3）与球铰本体（1）的外径相等。

3.根据权利要求1所述的变刚度球铰，其特征在于：所金属环套（15.1）的内端边缘为台阶形状，形成与内层环形台阶（A）连接的外层环形台阶（B），环形止挡（3）的两端边缘为与内层环形台阶（A）和外层环形台阶（B）相对应的双层台阶状边缘。

4.根据权利要求1所述的变刚度球铰，其特征在于：环形缺口（14.1）底壁为轴向圆弧面，侧壁为环形平面，环形止档（3）伸入至环形缺口（14.1）的部分的横截面为宽度由外至内逐渐减小的梯形。

5.根据权利要求1所述的变刚度球铰，其特征在于：所述的环形止挡（3）为多瓣组合结构。

6.根据 权利要求1至权利要求5任一项所述变刚度球铰的变刚度设计方法，其特征在于：通过调整环形密封空间（11）和环形止挡（3）的形状、尺寸来调节所述变刚度球铰径向承载过程中的刚度变化，通过调整环形间隙（12）的尺寸，来调整所述变刚度球铰径向承载过程中的变刚度拐点。

7.根据权利要求6所述的变刚度设计方法，其特征在于：“通过调整环形间隙（12）的尺寸，来调整所述变刚度球铰径向承载过程中的变刚度拐点”具体是指通过调整环形间隙（12）的最小径向宽度X来调整变刚度拐点的位置，通过调整环形间隙（12）与芯轴（13）间的橡胶层厚度D，来调整变刚度拐点的刚度值。