專利名稱：一種軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿軸及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種軌道交通車輛用零件及其制作方法，特別是指一種軌道交通車輛
用抗側(cè)滾扭桿軸及其制作方法。扭桿軸安裝在軌道車輛車體和轉(zhuǎn)向架上，當(dāng)車輛在做側(cè)滾 運(yùn)動時，抗側(cè)滾扭桿軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生側(cè)滾剛度，并與其它部件一同提供車輛安全運(yùn) 行所需的側(cè)滾剛度，以此來滿足車輛動力學(xué)性能的要求，確保車輛的安全運(yùn)行。
背景技術(shù)：
空氣彈簧由于具有垂向剛度較小、當(dāng)量撓度大的特點(diǎn)，非常適合軌道車輛二系懸 掛發(fā)展的要求，近些年來得到了日益廣泛的應(yīng)用?？墒怯捎诳諝鈴椈纱瓜騽偠刃?，在車輛運(yùn) 行中會導(dǎo)致車輛的側(cè)滾角度增加，使得車輛側(cè)滾剛度較小，甚至出現(xiàn)側(cè)滾失穩(wěn)的現(xiàn)象，造成 車輛安全和平穩(wěn)運(yùn)行性能降低，這就需要單獨(dú)增加車輛的側(cè)滾剛度以限制其側(cè)滾角度，從 而改善車輛的抗側(cè)滾性能，但同時又不能影響車輛的浮沉、橫擺、伸縮、點(diǎn)頭和搖頭等方向 的振動特性。要達(dá)到這個目的，目前國內(nèi)外主要運(yùn)用的方法有兩種 1)加大二系空氣彈簧的橫向間距以增大其角剛度，從而提高側(cè)滾剛度。但由于此 方案受轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、車輛限界和線路條件的限制，在我國和歐洲均不太采用，而在日本一般 采用此方法； 2)設(shè)置獨(dú)立的抗側(cè)滾扭桿彈簧，裝配在車體和轉(zhuǎn)向架之間，提高側(cè)滾剛度?？箓?cè)滾 扭桿彈簧是一種利用金屬彈性桿在受扭矩作用時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形而提供抗扭轉(zhuǎn)反力矩的彈 簧。此方案可以在現(xiàn)有的車輛和線路條件下實(shí)施，故此方法在我國和歐洲得到了廣泛的應(yīng) 用。 車輛的振動主要有六個方向的自由度X方向的伸縮振動、Y方向的橫擺振動、Z方 向的浮沉振動、繞Y軸的點(diǎn)頭振動、繞Z軸的搖頭振動、繞X軸的側(cè)滾振動。目前的軌道交 通車輛轉(zhuǎn)向架均為兩級懸掛(如附圖1所示)，抗側(cè)滾扭桿彈簧起到了調(diào)節(jié)車輛側(cè)滾剛度、 控制車輛側(cè)滾振動的作用(即控制附圖1所示的車體和構(gòu)架之間相對的側(cè)滾振動)。
抗側(cè)滾扭桿彈簧的機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖如圖2所示，圖中M為車體，E、F為扭桿支撐座組成， 安裝于構(gòu)架上，A、 B、 C、 D為橡膠球鉸或金屬關(guān)節(jié)軸承，可在三個方向轉(zhuǎn)動。由圖可見，如果 不考慮相對于系統(tǒng)剛度小得多的支撐座組成和橡膠關(guān)節(jié)的影響，當(dāng)車體相對于轉(zhuǎn)向架發(fā)生 浮沉振動時，兩根連桿同時往一個方向運(yùn)動，整個裝置繞支撐球鉸同時轉(zhuǎn)動，扭桿并不承受 力或扭矩，故并不影響車體的浮沉振動，同樣對除側(cè)滾以外的其它幾個運(yùn)動同樣不提供任 何附加的力或扭矩。而當(dāng)車體與構(gòu)架之間發(fā)生繞X軸的相對轉(zhuǎn)動即側(cè)滾時，左右連桿向相 反的方向上下運(yùn)動，通過扭轉(zhuǎn)臂(圖中FD、 EC)使扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，扭桿由于抗扭彈性而 產(chǎn)生抗扭反力矩，這一反力矩作用在垂向連桿上表現(xiàn)為一對大小相等方向相反的垂向力， 而這對垂向力作用在車體上就形成了與車體側(cè)滾方向相反的抗側(cè)滾力矩，抗側(cè)滾力矩的作 用將阻止車體相對于轉(zhuǎn)向架側(cè)滾角度的增加，從而抑制車輛的側(cè)滾，提高車輛的橫向平穩(wěn) 性。 從附圖2我們可看出，提供側(cè)滾剛度的不止抗側(cè)滾扭桿彈簧，二系懸掛彈簧K也起
3著抗側(cè)滾的作用，故抗側(cè)滾扭桿彈簧是用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體側(cè)滾剛度的附加組件。
現(xiàn)有軌道交通用抗側(cè)滾扭桿彈簧的結(jié)構(gòu)如附圖3所示，主要由以下幾部分組成
扭桿軸(附圖中的1)、扭轉(zhuǎn)臂(附圖中的2)、支撐座組成(附圖中的3)、垂向連桿組成(附
圖中的4)。 作為抗側(cè)滾扭桿系統(tǒng)關(guān)鍵零部件扭桿軸，其設(shè)計(jì)和過程質(zhì)量控制一直以來都是抗 側(cè)滾扭桿系統(tǒng)的核心技術(shù)，其性能和壽命直接影響整個系統(tǒng)。 近幾年來，隨著軌道交通車輛金屬部件的壽命和大修期延長，這對扭桿軸的壽命 提出了更嚴(yán)格的要求，因而設(shè)計(jì)開發(fā)一種新型抗側(cè)滾扭桿軸滿足新的壽命要求已勢在必 行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有抗側(cè)滾扭桿系統(tǒng)關(guān)鍵零部件扭桿軸的不足，提出一種
使用壽命更高，且工藝性好的新型扭桿軸結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種新型的軌道車輛用扭桿軸，包括
一根扭桿軸，扭桿軸兩端為階梯狀軸，其特征在于扭桿軸兩端階梯狀位置為一種內(nèi)凹式的
曲面結(jié)構(gòu)過渡。所述的內(nèi)凹式的曲面為由階梯狀小軸到階梯狀大軸的過渡處為從階梯狀小
軸的端部約5-10毫米處開始向低于小軸表面處內(nèi)凹，并通過二次曲線圓弧接到階梯狀大
軸的端部。此種新結(jié)構(gòu)既能滿足扭桿軸的剛度、重量等要求，又能提高扭桿軸的疲勞壽命和
改善制造工藝。本發(fā)明的主要創(chuàng)新點(diǎn)是 1)兩端處設(shè)計(jì)成內(nèi)凹式應(yīng)力大大減小。 通用結(jié)構(gòu)一般為直線與圓弧直接過渡，這樣在運(yùn)行時由于產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，形成應(yīng) 力集中。新結(jié)構(gòu)則采用內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)，并通過一鋼套跨過連接處，在承載時避免應(yīng)力集中。
2)機(jī)械加工工藝性能更好。 在工藝制造時可避免連接處出現(xiàn)制造缺陷。通用結(jié)構(gòu)加工此位置時一般為先車削 加工，后進(jìn)行磨削加工，但在連接處由于是一段圓弧， 一般不進(jìn)行磨削加工，這樣在車削加 工和磨削加工之間容易產(chǎn)生缺陷。 一般消除該缺陷是通過手工拋光的工藝，但此種工藝質(zhì) 量穩(wěn)定性不好。本專利結(jié)構(gòu)在連接處采用內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)，故在磨削加工時可以避免連接處缺 陷產(chǎn)生。


圖1 :車輛轉(zhuǎn)向架均為兩級懸掛結(jié)構(gòu)及振動主視圖和側(cè)向示意圖； 圖2 :抗側(cè)滾扭桿系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖； 圖3 :是傳統(tǒng)的抗側(cè)滾扭桿彈簧結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4 :是本發(fā)明扭桿軸示意圖； 圖5 :是通用扭桿軸結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6 :是本發(fā)明扭桿軸結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1 、扭桿軸，2、扭轉(zhuǎn)臂，3、支撐座組成，4、垂向連桿組成，5、彈性軸套，6、圓弧 槽
具體實(shí)施例方式
附圖6給出了本發(fā)明的一個實(shí)施例，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
從附圖中可以看出，本發(fā)明為一種新型的軌道車輛用扭桿軸，包括一根扭桿軸1， 扭桿軸1通過扭轉(zhuǎn)臂2與垂向連桿組成4連接，在扭桿軸1的兩端設(shè)有支撐座組成3 ;扭桿 軸1兩端為階梯狀軸；其特征在于扭桿軸兩端階梯狀位置的過渡為一種內(nèi)凹式的曲面結(jié) 構(gòu)過渡。所述的內(nèi)凹式的曲面結(jié)構(gòu)過渡是指內(nèi)凹式的曲面為由階梯狀小軸到階梯狀大軸的 過渡處為從階梯狀小軸的端部約5-10毫米處開始向低于小軸表面處內(nèi)凹的圓弧槽6，并通 過二次曲線圓弧接到階梯狀大軸的端部。以此新結(jié)構(gòu)代替原有通用結(jié)構(gòu)，既能提高耐疲勞 性能，又能提高產(chǎn)品加工的工藝性能。所述的內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)由一段圓弧或數(shù)段圓弧連接而成， 也可以內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)圓弧之間連接可以采用相切的圓滑過渡，還可以采用內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)兩端連 接處圓滑過渡。本發(fā)明結(jié)構(gòu)在連接處采用內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)，故在磨削加工時可以避免連接處缺 陷產(chǎn)生，在彈性軸套5安裝時不會產(chǎn)生端部過大現(xiàn)象。 上述的扭桿軸的制作采用表面噴丸強(qiáng)化工藝，在扭桿軸在加工完畢，經(jīng)檢測合格 后，再進(jìn)行表面噴丸強(qiáng)化處理。經(jīng)過表面噴丸強(qiáng)化時可避免過渡區(qū)的影響。通用結(jié)構(gòu)由于 必須先進(jìn)行磨削加工，然后進(jìn)行噴丸，且在噴丸時需要保護(hù)與鋼套配合位置。而本發(fā)明的工 藝則是先噴丸，然后再磨削加工。 所述的扭桿軸在機(jī)械加工時可以一次成型，在噴丸時可以省去保護(hù)工裝等，故本
扭桿軸結(jié)構(gòu)生產(chǎn)效率高、成本可降低。
本發(fā)明的主要工藝過程如下 原材料 一 >下料 一 >粗加工 一 >熱處理 一 >半精加工 一 >精加工 一 >無損 檢測 一>噴丸一>精磨。
權(quán)利要求
一種軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿軸及其制作方法，包括一根扭桿軸，扭桿軸兩端為階梯狀軸，其特征在于扭桿軸兩端階梯狀位置為一種內(nèi)凹式的曲面結(jié)構(gòu)過渡。
2. 如權(quán)利要求1所述的軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿軸，其特征在于所述的內(nèi)凹式的曲面 為由階梯狀小軸到階梯狀大軸的過渡處為從階梯狀小軸的端部約5-10毫米處開始向低于 小軸表面處內(nèi)凹，并通過二次曲線圓弧接到階梯狀大軸的端部。
3. 如權(quán)利要求1所述的軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿軸，其特征在于內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)由一段圓 弧或數(shù)段圓弧連接而成。
4. 如權(quán)利要求1所述的軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿軸，其特征在于內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)圓弧之間 連接采用相切的圓滑過渡。
5. 如權(quán)利要求1所述的軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿軸，其特征在于內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)兩端連接 處圓滑過渡。
全文摘要
一種軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿軸及其制作方法，主要由扭桿軸、扭轉(zhuǎn)臂、支撐座、垂向連桿下關(guān)節(jié)軸、垂向連桿、垂向連桿上關(guān)節(jié)軸等部分組成。其特征在于扭桿軸與左右扭轉(zhuǎn)臂采用圓錐面配合的連接方式。與現(xiàn)有典型的扭桿類型-圓柱面過盈配合式和花鍵連接式相比，本發(fā)明的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂通過高壓油的作用即可實(shí)現(xiàn)裝配，無需加熱或冷卻；可實(shí)現(xiàn)多次拆裝，并不損傷扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂結(jié)合面；可通過控制軸向位移來精確地調(diào)整其過盈量；與轉(zhuǎn)向架的連接方式將更靈活，受轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)影響較小。
文檔編號B61F5/24GK101708726SQ20091022711
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者劉建勛, 劉文松, 張亞新, 王亞平, 郭春杰, 郭紅鋒 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司