CN201507540U

CN201507540U - 一种车轴结构

Info

Publication number: CN201507540U
Application number: CN2009202498514U
Authority: CN
Inventors: 封全保; 吕士勇; 刘辉; 李仁�; 张委袖
Original assignee: CNR Datong Electric Locomotive Co Ltd
Current assignee: CRRC Datong Co ltd
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-10-15

Abstract

本实用新型提供了一种车轴结构。该车轴结构的车轴沿其轴向依次设置有非齿侧轮座、非齿侧轴承座、齿侧轴承座、齿轮座以及齿侧轮座，其中，至少在该车轴的非齿侧轮座和齿侧轮座的其中一个的内侧开设有卸荷槽，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。采用本实用新型的车轴结构，能够有效改变车轴的表面应力状态，提高车轴的疲劳强度，从而提高车轴的安全性和可靠性。

Description

一种车轴结构

技术领域

本实用新型有关于一种轨道车辆的车轴，具体地讲，有关于一种用于动车组、铁路列车(特别是高速、准高速旅客列车、货运列车)、轻轨、地铁等轨道车辆的车轴结构。

背景技术

如图1所示为车轴安装上车轮后的轮对结构示意图。如图1所示，在轨道车辆的车轴10上安装有一对车轮11、12、一对轴承13、14以及齿轮15。其中，在车轴10上分别形成有用于安装上述部件的轮座101和轮座105、轴承座102、轴承座103和齿轮座104；为便于区分，将车轴10没有安装齿轮15的一侧的轮座和轴承座分别称为非齿侧轮座101、非齿侧轴承座102，安装有齿轮15一侧的轮座和轴承座称为齿侧轴承座103、以及齿侧轮座105。车轴10在使用过程中，由于承载弯曲产生向上的弓形，轮座101、105上又过盈装配有车轮11、12，轮座101、105内侧配合表面的应力状态为径向和周向为压应力，轴向为拉应力。车轮11、12踏面内侧有轮缘，轮缘起导向作用，承受来自钢轨的从外向里的导向力，特别是在转弯处，轮座101、105内侧处的弯矩和弯曲应力最大。在车辆运行过程中，车轴10不断旋转，车轴10的表面应力不断地由最大拉应力变化为最大压应力，车轴10的表面不断地由最大伸长量变为最大缩短量，反复周期性变化，造成在运用过程中，车轮11、12与车轴10在保持过盈配合的情况下，车轮11、12与车轴10不断发生微小的周期性的相对运动，造成车轴10与车轮11、12过盈配合部位(车轴轮座101、105内侧约10mm宽的圆柱面部分)不断地产生周期性的微动磨损，形成微动疲劳产生疲劳裂纹。例如，SS7C电力机车运行到50万公里以后，机务段在运用中发现在车轴轮座101、105内侧产生微动疲劳，探伤时有微动疲劳裂纹，比例约30％，引起了用户和制造厂的重视。

图2、图3A、图3B、图3C为现有车轴10的结构示意图。如图所示，原来的车轴10(例如SS7C机车车轴)在非齿侧轮座101与非齿侧轴承座102之间(参见图3A)、齿侧轴承座103与齿轮座104之间(参见图3C)、以及齿轮座104与齿侧轮座105之间(参见图3B)设置有用于装配定位的浅槽161、162、163，该装配用浅槽161、162、163仅有0.5mm深，对车轴10的受力状况几乎没有影响。在不承载情况下，车轮11、12与车轴10过盈配合与非过盈配合交界附近存在剪切效应，存在应力集中，产生拉应力；在该车轴10进行承载使用过程中，该拉应力与车轴10不断旋转过程中受到的拉应力叠加，使得车轴使用过程中的最大拉应力增大，从而降低了该部位的疲劳强度。

铁路运输中，运输安全是第一位的，车轴是关系到安全的最重要的部件之一。国内有数百台SS7C机车在运行中，虽然仅仅是疲劳的初始阶段，扩展比较慢，但是经过一定萌生期后，疲劳扩展就有可能引起车轴失效造成较大的经济损失甚至造成事故。因此迫切需要一个既能改善车轴轮座内侧抗微动疲劳性能，具备互换性，又不增加经济成本的车轴设计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种车轴结构，其能够有效改变车轴的表面应力状态，提高车轴的疲劳强度，从而提高车轴的安全性和可靠性。

本实用新型的上述目的可采用如下技术方案来实现，一种车轴结构，该车轴沿其轴向依次设置有非齿侧轮座、非齿侧轴承座、齿侧轴承座、齿轮座以及齿侧轮座，其中至少在该车轴的非齿侧轮座和齿侧轮座的其中一个的内侧开设有卸荷槽，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。

在本实用新型的车轴抗微动疲劳方法和车轴结构中，优选在该齿侧轮座和非齿侧轮座的内侧均开设有深度大于或等于3mm的卸荷槽。

在本实用新型的一个实施方式中，所述非齿侧轮座内侧的卸荷槽开设在车轴的该非齿侧轮座与非齿侧轴承座之间的位置上。

在本实用新型的一个实施方式中，所述齿侧轮座内侧的卸荷槽开设在车轴的齿侧轮座与齿轮座之间的位置上。

在本实用新型中，在所述车轴的齿侧轴承座与齿轮座之间也可设置有深度大于或等于3mm的卸荷槽。

在本实用新型的一个可选实施方式中，较佳地，可以在所述车轴的非齿侧轮座与非齿侧轴承座之间、齿侧轴承座与齿轮座之间和齿轮座与齿侧轮座之间的位置均开设有所述卸荷槽。

在一个可选实施方式中，所述卸荷槽的深度为3mm-5mm。

在本实用新型中，上述卸荷槽可具体为弧形槽。在一个具体的例子中，该弧形槽的半径为25mm。

在本实用新型中，该些弧形槽可进行滚压处理，其粗糙度达到Ra0.8。

采用本实用新型的上述车轴抗微动疲劳方法及机车车轴结构，其效果是显著的：由于在车轴的轮座内侧设置有卸荷槽，轮座内侧配合表面的应力状态发生了改变，过盈配合产生的径向和轴向的压应力不变，但是大幅降低了轴向拉应力，同时降低了轮座的应力集中，并且由于该卸荷槽的存在使得车轴在运行过程中，轮座内侧的过盈配合与非过盈配合交界处的最大压应力和最大拉应力大大减弱，从而有效提高了车轴的疲劳强度，提高了车轴的安全性和可靠性，延长了车轴的疲劳寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为采用现有的车轴的机车轮对结构示意图；

图2为现有机车车轴的结构示意图；

图3A为图2的A处放大结构示意图；

图3B为图2的B处放大结构示意图；

图3C为图2的C处放大结构示意图；

图4为采用本实用新型的机车车轴结构的机车轮对结构示意图；

图5为本实用新型的机车车轴结构示意图；

图6A为图5的A处放大结构示意图；

图6B为图5的B处放大结构示意图；

图6C为图5的C处放大结构示意图；

图7A为图4的A处放大结构示意图；

图7B为图4的B处放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图4所示，为便于在车轴20上安装两车轮31、32，两轴承41、42以及齿轮5，在车轴20沿其轴向依次设置有非齿侧轮座201、非齿侧轴承座202、齿侧轴承座203、齿轮座204以及齿侧轮座205。如图4-图6C所示，本实用新型提供的车轴的抗微动疲劳方法是，至少在车轴20的齿侧轮座205内侧或非齿侧轮座201内侧开设卸荷槽21，并使得卸荷槽21的深度大于或等于3mm。对应的，本实用新型的采用上述方法的车轴结构至少在该车轴20的非齿侧轮座201和齿侧轮座205的其中一个的内侧开设有卸荷槽21，该卸荷槽21的深度大于或等于3mm。

这样，利用车轴结构，该车轴20的轮座内侧设置的卸荷槽21，使得轮座内侧配合表面的应力状态发生了改变，径向和轴向的压应力不变，但是大幅降低了过盈配合产生的轴向拉应力，同时降低了轮座的应力集中，并且由于该卸荷槽21的存在使得车轴20在运行过程中，轮座内侧的过盈配合与非过盈配合交界处的最大压应力和最大拉应力大大减弱，从而有效提高了车轴20的疲劳强度，改善了车轴20的抗微动疲劳能力，提高了车轴20的安全性和可靠性，延长了车轴20的疲劳寿命。

如图4、图7A、图7B所示，在本实用新型中，可进一步在车轮31、32装配到车轴20的非齿侧轮座201和/或齿侧轮座205上时，使得该车轮31、32具有突出悬置在卸荷槽21上的突悬量L。这样，该突悬量L的存在，使得在车轮31、32过盈配合装配在轮座上时，该卸荷槽21的边缘也处于与车轮31、32的过盈配合状态，而车轴20上非过盈配合的位置又存在有深度大于或等于3mm的卸荷槽21，使得表面拉应力难以传递到卸荷槽21内，因此，进一步降低了轮座内侧的拉应力，车轴20在运行过程中，轮座内侧的最大压应力和最大拉应力大大减弱，进一步提高了车轴20的抗微动疲劳能力。在一个具体的例子中，该突悬量L可具体为2mm-7mm。在实际设计过程中，该突悬量L可选用2mm-7mm的任一数值，该其具体数值可以根据情况选择，例如可以采用2mm、3mm、5mm、7mm等，在此不一一列举。在图4中示出了两发车轮31、32在装配时都相对于对应的卸荷槽21具有突悬量L的例子，虽然图中没有示出，但是本领域技术人员可以理解，只要在两车轮31、32装配到车轴上时，其中一个相对于对应的卸荷槽21具有突悬量L，就会比现有的没有突悬量的车轴10具有更好的抗微动疲劳能力，在此不再详述。

在本实用新型的车轴结构中，与现有车轴10的结构相比，只要在齿侧轮座205内侧和非齿侧轮座201的内侧的任一处开设卸荷槽21，都能取得比现有车轴10更好的抗微动疲劳效果。但是，如图4、图6A、图6B所示，为更好地提高车轴20的抗微动疲劳能力，优选在该齿侧轮座205和非齿侧轮座201的内侧均开设有深度大于或等于3mm的卸荷槽21。

在本实用新型的一个具体例子中，如图4、图5及图6A所示，非齿侧轮座201内侧的卸荷槽21可具体开设在车轴20的该非齿侧轮座201与非齿侧轴承座202之间的位置上。这样，由于该卸荷槽21的存在，在轴承41过盈配合安装到该非齿侧轴承座202时，该非齿侧轴承座202的边缘位置所产生的拉应力也会大大减弱，从而进一步提高了整个车轴20的抗微动疲劳能力。

在装配车辆轮对时，齿轮5也需要过盈配合安装在车轴20的齿轮座204上，在该齿轮座204的过盈配合与非过盈配合的交界处(即齿轮座204的边缘位置)也会产生拉应力。如图4、图5及图6B所示，在本实用新型的一个具体例子中，所述齿侧轮座205内侧的卸荷槽21也优选开设在车轴20的齿侧轮座205与齿轮座204之间的位置上，从而使得齿轮座204上的拉应力也得到减弱，进一步提高整个车轴20的抗微动疲劳能力。

由于在轴承42和齿轮5过盈配合安装到车轴20上后，在所述车轴20的齿侧轴承座203与齿轮座204之间也会存在由于过盈配合与非过盈配合交界而产生的拉应力。因此，在一个可选的例子中，如图5、图6C所示，也可进一步在齿侧轴承座203与齿轮座204之间设置有深度大于或等于3mm的卸荷槽21。

在一个可选实施方式中，所述卸荷槽21的深度为3mm-5mm。该卸荷槽21的深度可以根据实际需要设定，如果设计的太浅就会起不到泄荷作用，而设计的过深有可能会影响车轴20的整体强度，在实际设计过程中，可以在3mm-5mm选用的任一数值，该其具体数值可以根据车轴20的直径、受力、承载等情况选择，例如可以采用3mm、3.5mm、4mm、5mm等。在一个具体的例子中，对于SS7C机车车轴，该卸荷槽21的深度为5mm。

在本实用新型中，如图5、图6A-图6C所示，上述卸荷槽21可具体为弧形槽。该弧形槽的半径可为25mm。在一个具体的例子中，对于SS7C机车车轴，非齿侧轮座201内侧和齿侧轮座205内侧的卸荷槽21的底径可为Φ244mm；齿轮座204与齿侧轴承座203之间的卸荷槽21的底径可为Φ246mm。

在本实用新型中，该些卸荷槽21可进行滚压处理，其粗糙度达到Ra0.8。这样，通过该滚压处理改善了表面质量，特别是可以增加表面残余压应力，能够进一步提高车轴20的抗微动疲劳能力。该滚压处理可以在制造车轴20时，将卸荷槽21、非齿侧轮座201、齿侧轮座205和齿轮座204表面加工粗糙度Ra3.2后，进行滚压处理，使得粗糙度达到Ra0.8mm。

上述实施方式仅用以说明本实用新型所述技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种车轴结构，该车轴沿其轴向依次设置有非齿侧轮座、非齿侧轴承座、齿侧轴承座、齿轮座以及齿侧轮座，其特征在于，至少在该车轴的非齿侧轮座和齿侧轮座的其中一个的内侧开设有卸荷槽，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。

2.如权利要求1所述的车轴结构，其特征在于，在该齿侧轮座和非齿侧轮座的内侧均开设有深度大于或等于3mm的卸荷槽。

3.如权利要求1所述的车轴结构，其特征在于，所述非齿侧轮座内侧的卸荷槽开设在车轴的该非齿侧轮座与非齿侧轴承座之间的位置上。

4.如权利要求1所述的车轴结构，其特征在于，所述齿侧轮座内侧的卸荷槽开设在车轴的齿侧轮座与齿轮座之间的位置上。

5.如权利要求1所述的车轴结构，其特征在于，在所述车轴的齿侧轴承座与齿轮座之间设置有深度大于或等于3mm的卸荷槽。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的车轴结构，其特征在于，所述卸荷槽的深度为3mm-5mm。

7.如权利要求1-5任一权利要求所述的车轴结构，其特征在于，所述卸荷槽为弧形槽。

8.如权利要求7所述的车轴结构，其特征在于，该弧形槽的半径为25mm。