專利名稱：一種軌道車輛用抗側滾扭桿軸及其制作方法
技術領域：
本發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
用抗側滾扭桿軸及其制作方法。扭桿軸安裝在軌道車輛車體和轉向架上，當車輛在做側滾 運動時，抗側滾扭桿軸發生扭轉變形而產生側滾剛度，并與其它部件一同提供車輛安全運 行所需的側滾剛度，以此來滿足車輛動力學性能的要求，確保車輛的安全運行。
背景技術：
空氣彈簧由于具有垂向剛度較小、當量撓度大的特點，非常適合軌道車輛二系懸 掛發展的要求，近些年來得到了日益廣泛的應用。可是由于空氣彈簧垂向剛度小，在車輛運 行中會導致車輛的側滾角度增加，使得車輛側滾剛度較小，甚至出現側滾失穩的現象，造成 車輛安全和平穩運行性能降低，這就需要單獨增加車輛的側滾剛度以限制其側滾角度，從 而改善車輛的抗側滾性能，但同時又不能影響車輛的浮沉、橫擺、伸縮、點頭和搖頭等方向 的振動特性。要達到這個目的，目前國內外主要運用的方法有兩種 1)加大二系空氣彈簧的橫向間距以增大其角剛度，從而提高側滾剛度。但由于此 方案受轉向架結構、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)設置獨立的抗側滾扭桿彈簧，裝配在車體和轉向架之間，提高側滾剛度。抗側滾 扭桿彈簧是一種利用金屬彈性桿在受扭矩作用時產生扭轉變形而提供抗扭轉反力矩的彈 簧。此方案可以在現有的車輛和線路條件下實施，故此方法在我國和歐洲得到了廣泛的應 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軸的點頭振動、繞Z軸的搖頭振動、繞X軸的側滾振動。目前的軌道交 通車輛轉向架均為兩級懸掛(如附圖1所示)，抗側滾扭桿彈簧起到了調節車輛側滾剛度、 控制車輛側滾振動的作用(即控制附圖1所示的車體和構架之間相對的側滾振動)。
抗側滾扭桿彈簧的機構運動圖如圖2所示，圖中M為車體，E、F為扭桿支撐座組成， 安裝于構架上，A、 B、 C、 D為橡膠球鉸或金屬關節軸承，可在三個方向轉動。由圖可見，如果 不考慮相對于系統剛度小得多的支撐座組成和橡膠關節的影響，當車體相對于轉向架發生 浮沉振動時，兩根連桿同時往一個方向運動，整個裝置繞支撐球鉸同時轉動，扭桿并不承受 力或扭矩，故并不影響車體的浮沉振動，同樣對除側滾以外的其它幾個運動同樣不提供任 何附加的力或扭矩。而當車體與構架之間發生繞X軸的相對轉動即側滾時，左右連桿向相 反的方向上下運動，通過扭轉臂(圖中FD、 EC)使扭桿發生扭轉變形，扭桿由于抗扭彈性而 產生抗扭反力矩，這一反力矩作用在垂向連桿上表現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滾方向相反的抗側滾力矩，抗側滾力矩的作 用將阻止車體相對于轉向架側滾角度的增加，從而抑制車輛的側滾，提高車輛的橫向平穩 性。 從附圖2我們可看出，提供側滾剛度的不止抗側滾扭桿彈簧，二系懸掛彈簧K也起
3著抗側滾的作用，故抗側滾扭桿彈簧是用來調節系統整體側滾剛度的附加組件。
現有軌道交通用抗側滾扭桿彈簧的結構如附圖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)。 作為抗側滾扭桿系統關鍵零部件扭桿軸，其設計和過程質量控制一直以來都是抗 側滾扭桿系統的核心技術，其性能和壽命直接影響整個系統。 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 提出了更嚴格的要求，因而設計開發一種新型抗側滾扭桿軸滿足新的壽命要求已勢在必 行。
發明內容
本發明的目的在于針對現有抗側滾扭桿系統關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構。
本發明的目的是通過下述技術方案實現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凹式的
曲面結構過渡。所述的內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凹，并通過二次曲線圓弧接到階梯狀大
軸的端部。此種新結構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。本發明的主要創新點是 1)兩端處設計成內凹式應力大大減小。 通用結構一般為直線與圓弧直接過渡，這樣在運行時由于產生邊緣效應，形成應 力集中。新結構則采用內凹式結構，并通過一鋼套跨過連接處，在承載時避免應力集中。
2)機械加工工藝性能更好。 在工藝制造時可避免連接處出現制造缺陷。通用結構加工此位置時一般為先車削 加工，后進行磨削加工，但在連接處由于是一段圓弧， 一般不進行磨削加工，這樣在車削加 工和磨削加工之間容易產生缺陷。 一般消除該缺陷是通過手工拋光的工藝，但此種工藝質 量穩定性不好。本專利結構在連接處采用內凹式結構，故在磨削加工時可以避免連接處缺 陷產生。
圖1 :車輛轉向架均為兩級懸掛結構及振動主視圖和側向示意圖； 圖2 :抗側滾扭桿系統的機構運動示意圖； 圖3 :是傳統的抗側滾扭桿彈簧結構示意圖； 圖4 :是本發明扭桿軸示意圖； 圖5 :是通用扭桿軸結構示意圖； 圖6 :是本發明扭桿軸結構示意圖。 圖中1 、扭桿軸，2、扭轉臂，3、支撐座組成，4、垂向連桿組成，5、彈性軸套，6、圓弧 槽
具體實施例方式
附圖6給出了本發明的一個實施例，下面將結合附圖對本發明作進一步的描述。
從附圖中可以看出，本發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通過扭轉臂2與垂向連桿組成4連接，在扭桿軸1的兩端設有支撐座組成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凹式的曲面結 構過渡。所述的內凹式的曲面結構過渡是指內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。以此新結構代替原有通用結構，既能提高耐疲勞 性能，又能提高產品加工的工藝性能。所述的內凹式結構由一段圓弧或數段圓弧連接而成， 也可以內凹式結構圓弧之間連接可以采用相切的圓滑過渡，還可以采用內凹式結構兩端連 接處圓滑過渡。本發明結構在連接處采用內凹式結構，故在磨削加工時可以避免連接處缺 陷產生，在彈性軸套5安裝時不會產生端部過大現象。 上述的扭桿軸的制作采用表面噴丸強化工藝，在扭桿軸在加工完畢，經檢測合格 后，再進行表面噴丸強化處理。經過表面噴丸強化時可避免過渡區的影響。通用結構由于 必須先進行磨削加工，然后進行噴丸，且在噴丸時需要保護與鋼套配合位置。而本發明的工 藝則是先噴丸，然后再磨削加工。 所述的扭桿軸在機械加工時可以一次成型，在噴丸時可以省去保護工裝等，故本
扭桿軸結構生產效率高、成本可降低。
本發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。
權利要求
一種軌道車輛用抗側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凹式的曲面結構過渡。
2. 如權利要求1所述的軌道車輛用抗側滾扭桿軸，其特征在于所述的內凹式的曲面 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 小軸表面處內凹，并通過二次曲線圓弧接到階梯狀大軸的端部。
3. 如權利要求1所述的軌道車輛用抗側滾扭桿軸，其特征在于內凹式結構由一段圓 弧或數段圓弧連接而成。
4. 如權利要求1所述的軌道車輛用抗側滾扭桿軸，其特征在于內凹式結構圓弧之間 連接采用相切的圓滑過渡。
5. 如權利要求1所述的軌道車輛用抗側滾扭桿軸，其特征在于內凹式結構兩端連接 處圓滑過渡。
全文摘要
一種軌道車輛用抗側滾扭桿軸及其制作方法，主要由扭桿軸、扭轉臂、支撐座、垂向連桿下關節軸、垂向連桿、垂向連桿上關節軸等部分組成。其特征在于扭桿軸與左右扭轉臂采用圓錐面配合的連接方式。與現有典型的扭桿類型-圓柱面過盈配合式和花鍵連接式相比，本發明的主要創新點在于扭桿軸和扭轉臂通過高壓油的作用即可實現裝配，無需加熱或冷卻；可實現多次拆裝，并不損傷扭桿軸和扭轉臂結合面；可通過控制軸向位移來精確地調整其過盈量；與轉向架的連接方式將更靈活，受轉向架結構影響較小。
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 優先權日2009年12月7日
發明者劉建勛, 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