CN100402358C - 一种轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧制作方法及产品 - Google Patents

Abstract

一种轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧制作方法及产品，通过一根整体材料两端折弯一定角度来实施扭转臂的功能，以此一体式扭杆组成来代替由扭杆轴和扭转臂配合而成的扭杆组成；此种一体式扭杆在折弯处以一定的弯曲半径过渡。主要由扭杆轴、扭转臂、支撑座组成、垂向连杆下关节轴、垂向连杆、垂向连杆上关节轴等组成，其特征在于：扭杆轴与扭转臂的连接不是由扭杆轴和扭转臂两个独立的零部件装配而成，而是通过一根整体材料两端折弯一定角度成形，折弯部分代替原来的扭转臂功能，以此一体式扭杆组成来代替原结构，且支撑座位于扭转臂的内侧。此种新结构既能减轻扭杆组成的重量又能减小空间尺寸。

Description

一种轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧制作方法及产品

技术领域

本发明属于一种轨道交通车辆用部件的制作方法及产品，特别是指一种轨道交通车辆用抗侧滚扭杆弹簧制作方法及产品，安装在轨道车辆车体和转向架之间。当车辆在做侧滚运动时，抗侧滚扭杆弹簧同车辆二系悬挂一同提供车辆安全运行所需的侧滚刚度，以此来满足车辆动力学性能的要求，确保车辆的安全运行。

技术背景

空气弹簧由于具有垂向刚度较小、当量挠度大的特点，非常适合轨道车辆二系悬挂发展的要求，近些年来得到了日益广泛的应用。可是由于空气弹簧垂向刚度小，在车辆运行中会导致车辆的侧滚角度增加，使得车辆侧滚刚度较小，甚至出现侧滚失稳的现象，造成车辆安全和平稳运行性能降低，这就需要单独增加车辆的侧滚刚度以限制其侧滚角度，从而改善车辆的抗侧滚性能，但同时又不能影响车辆的浮沉、横摆、伸缩、点头和摇头等方向的振动特性。要达到这个目的，目前国内外主要运用的方法有两种：

1)加大二系空气弹簧的横向间距以增大其角刚度，从而提高侧滚刚度。但由于此方案受转向架结构和车辆限界以及线路条件的限制在我国和欧洲均不太采用，而在日本一般采用此方法；

2)设置独立的抗侧滚扭杆弹簧，装配在车体和转向架之间，提高侧滚刚度。抗侧滚扭杆弹簧是一种利用金属弹性杆在受扭矩作用时产生扭转变形而提供抗扭转反力矩的弹簧。此方案可以在现有的车辆和线路条件下实施，故此方法在我国和欧洲得到了广泛的应用。

车辆的振动主要有六个方向的自由度：X方向的伸缩振动、Y方向的横摆振动、Z方向的浮沉振动、绕Y轴的点头振动、绕Z轴的摇头振动、绕X轴的侧滚振动。目前的轨道交通车辆转向架均为两级悬挂(如附图1所示)，抗侧滚扭杆弹簧起到了调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用(即控制附图1所示的车体和构架之间相对的侧滚振动)。

抗侧滚扭杆弹簧的机构运动图如图2所示，图中M为车体，E、F为扭杆支撑座组成，安装于构架上，A、B、C、D为橡胶球铰或金属关节轴承，可在三个方向转动。由图可见，如果不考虑相对于系统刚度小得多的支撑座组成和橡胶关节的影响，当车体相对于转向架发生浮沉振动时，两根连杆同时往一个方向运动，整个装置绕支撑球铰同时转动，扭杆并不承受力或扭矩，故并不影响车体的浮沉振动，同样对除侧滚以外的其它几个运动同样不提供任何附加的力或扭矩。而当车体与构架之间发生绕X轴的相对转动即侧滚时，左右连杆向相反的方向上下运动，通过扭转臂(图中FD、EC)使扭杆发生扭转变形，扭杆由于抗扭弹性而产生抗扭反力矩，这一反力矩作用在垂向连杆上表现为一对大小相等方向相反的垂向力，而这对垂向力作用在车体上就形成了与车体侧滚方向相反的抗侧滚力矩，抗侧滚力矩的作用将阻止车体相对于转向架侧滚角度的增加，从而抑制车辆的侧滚，提高车辆的横向平稳性。

从附图2我们可看出，提供侧滚刚度的不止抗侧滚扭杆弹簧，二系悬挂弹簧K也起着抗侧滚的作用，故抗侧滚扭杆弹簧是用来调节系统整体侧滚刚度的附加组件。

现有轨道交通用抗侧滚扭杆弹簧的结构如附图3所示，主要由以下几部分组成：扭杆组成(附图中的扭杆轴1和扭转臂2)、支撑座组成(附图中的3)、垂向连杆下关节轴(附图中的4)、垂向连杆(附图中的5)、垂向连杆上关节轴(附图中的6)。其中扭杆组成是由一根扭杆轴和两件扭转臂两种独立的零部件通过一定的方式集合而成的。

根据转向架的设计和工艺装配要求，目前国内扭杆轴和扭转臂的集合模式主要有两种，其一为扭转臂和扭杆轴通过热套过盈配合，此种结构装配后扭杆轴和扭转臂不能拆卸；其二为扭转臂和扭杆轴通过花键等配合，然后用紧固配件将扭转臂和扭杆轴压紧防松，此种结构是可拆卸的。此两种装配模式都有一个共同点，就是在扭杆组成装配前扭杆轴和扭转臂是独立的零部件。

近几年来，随着轨道交通车辆运行速度和舒适性的要求越来越高，在设计转向架时对其空间结构尺寸和簧下重量轻量化的要求也越来越严格，这对抗侧滚扭杆弹簧组成的空间尺寸和重量提出了新的要求，因而设计开发一种重量轻、空间尺寸小的新型抗侧滚扭杆弹簧组成已是迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于针对现有结构的抗侧滚扭杆弹簧不能适应新型轨道交通车辆的要求，提供一种重量轻、空间结构小的新型抗侧滚扭杆弹簧制作方法及产品。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种新型的轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧，通过一根整体材料两端折弯一定角度来实施扭转臂的功能，以此一体式扭杆组成来代替由扭杆轴和扭转臂配合而成的扭杆组成；此种一体式扭杆在折弯处以一定的弯曲半径过渡。主要由扭杆轴、扭转臂、支撑座组成、垂向连杆下关节轴、垂向连杆、垂向连杆上关节轴等组成，扭杆轴套在支撑座上，扭转臂的一端与扭杆轴垂向连接，扭转臂的另一端与垂向连杆通过垂向连杆下关节轴连接，并可绕下关节轴扭转；垂向连杆的一端也与下关节轴连接，并可绕下关节轴扭转；垂向连杆的另一端与垂向连杆上关节轴连接，并可绕上关节轴扭转。其特征在于：扭杆轴与扭转臂的连接不是由扭杆轴和扭转臂两个独立的零部件装配而成，而是通过一根整体材料两端折弯一定角度成形，折弯部分代替原来的扭转臂功能，以此一体式扭杆组成来代替原结构，且支撑座位于扭转臂的内侧。此种新结构既能减轻扭杆组成的重量又能减小空间尺寸。此种一体式扭杆在折弯处以一定的弯曲半径过渡，既能满足疲劳性能要求，又能满足整体刚度要求。

本发明的主要创新点是：

1)扭杆轴和扭转臂为一体式。

原来的扭杆组成由扭杆轴和扭转臂两种零件装配而成，现在改用一整根材料折弯成形，结构简单。

2)空间结构比原扭杆组成更加紧密。

3)重量比传统扭杆组成可减轻一半左右。

4)工艺和性能更好。

5)扭杆组件的成本降低。整杆的重量降低一半，同时也减少了很多加工工序，使得总成本在原来的基础上降低很多。

根据附图3可以分析出，要在连杆和上下关节轴的重量和空间尺寸上改进很难达到预期的效果，故只有改进扭杆组成(1、2)的结构才能达到设计要求。由于抗侧滚扭杆弹簧的作用是给系统提供扭矩，此功能就决定了扭杆组成的零部件间的配合面必须要能传递系统所需的扭矩。配合面传递扭矩的大小主要取决与配合面的面积和包容件(扭转臂)的壁厚，而扭杆组成配合面面积大小取决于扭杆轴的直径大小和接触面长度，由于空间尺寸的要求，配合面长度不能设计得过长，故只有通过增大扭杆轴直径来满足要求。另外由于系统要求抗侧滚扭杆弹簧的侧滚刚度有一定范围，而扭杆轴的直径大小直接关系到抗侧滚扭杆弹簧的扭转刚度。综上所述，设计扭杆轴结构时既要考虑系统的扭转刚度的需求又要考虑配合部分传递扭矩的要求。为此，扭杆轴通常都设计为阶梯状(两端大、中间小)，其中中间细长杆部分是提供抗侧滚扭矩的主体，两端比中间直径大则是为了满足传递扭矩的要求。。一般情况下扭杆轴与扭转臂装配后，组件端部的空间尺寸比装配前扭杆轴端部空间尺寸大得多，同时组件重量也是扭杆轴的2倍左右。

传统的扭杆组成由扭杆轴和扭转臂组成，扭杆轴的主要加工方式是通过圆钢加工成阶梯轴，这样一来加工量就非常大，另外在阶梯部分，扭杆原材料的金属纤维流线就被破坏掉了，扭杆的抗疲劳性能受到一定影响。扭转臂则是通过模锻而成，由于扭转臂尺寸比较大，要用到2000T以上的锻造设备才能满足要求，还要进行模具制造，这就给工艺带来了很多麻烦。而一体式扭杆组成，是直接从钢厂购买磨光原材料，不需对外形进行额外加工，通过简单的下料、镦头、弯成形、加工端部就能完成所有的加工工序。

本发明的主要工艺过程如下：

磨光原材料(Ra 1.6)-->下料-->端部镦粗-->整体弯成形-->热处理-->端部机械加工-->无损检测-->喷丸

附图说明

图1车辆转向架均为两级悬挂结构及振动主视图和侧向示意图；

图2抗侧滚扭杆弹簧的机构运动示意图；

图3是传统的抗侧滚扭杆弹簧结构示意图；

图4是本发明抗侧滚扭杆弹簧结构示意图。

图中：1、扭杆轴，2、扭转臂，3、支撑座组成，4、垂向连杆下关节轴，5、垂向连杆，6、垂向连杆上关节轴。

具体实施方式

附图4给出了本发明的一个实施例，下面将结合附图对本发明作进一步的描述。

从附图中可以看出，本发明为一种新型的轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧，抗侧滚扭杆弹簧，通过一根整体材料两端折弯一定角度来实施扭转臂的功能，以此一体式扭杆组成来代替由扭杆轴和扭转臂配合而成的扭杆组成；此种一体式扭杆在折弯处以一定的弯曲半径过渡。主要由扭杆轴1、扭转臂2、支撑座3组成、垂向连杆下关节轴4、垂向连杆5、垂向连杆上关节轴6等组成，扭杆轴1套在支撑座3上，扭转臂2的一端与扭杆轴1垂向连接，扭转臂2的另一端通过垂向连杆下关节轴4与垂向连杆5连接，并可绕垂向连杆下关节轴4扭转；垂向连杆5的一端也与垂向连杆下关节轴4连接，并可绕垂向连杆下关节轴4扭转；垂向连杆5的另一端与垂向连杆上关节轴6连接，并可绕垂向连杆上关节轴6扭转。其特征在于：扭杆轴1与扭转臂2的连接不是由扭杆轴1和扭转臂2两个独立的零部件装配而成，而是通过一根整体材料两端折弯一定角度成形，由折弯部分代替原来的扭转臂功能，以此一体式扭杆组成来代替原结构，且支撑座3位于扭转臂2的内侧。

Claims (3)

1.一种轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧，包括扭杆轴、扭转臂，其特征在于：扭杆轴与扭转臂是由一根整体材料两端折弯一定角度形成的一体式扭杆组成。

2.如权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧，其特征在于：在一体式扭杆组成折弯处以弯曲半径过渡。

3.一种权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧的制作方法，其特征在于：所述抗侧滚扭杆弹簧的扭杆轴与扭转臂是用一根整体材料两端折弯一定角度所形成的。

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