花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法、产品及产品设计方法与流程

本发明涉及一种花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法，属于轨道车辆抗侧滚扭杆组装领域，本发明还涉及一种抗侧滚扭杆及其设计方法。

背景技术：

轨道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，抗侧滚扭杆系统起到了调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用。

抗侧滚扭杆系统的机构运动图，如图1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。

现有轨道交通用抗侧滚扭杆系统的典型结构，主要由以下几部分组成：扭杆轴、扭转臂、支撑座组成、连杆组件（用于连接车体和转向架，包括下关节轴、垂向连杆和上关节轴）。其中扭杆轴与左右2个扭转臂组装后，要求左右2个扭转臂与垂向连杆装置的连接孔理论上处于同一水平位置，这就要求扭杆轴与扭转臂装配时需要定位精确。对于扭杆轴与扭转臂通过过盈等不可拆的联接方式配合时，扭杆轴与扭转臂在零部件制造商处即完成装配，通过工装进行保证，并进行检验，通常左右两扭转臂的高度差均得到了较好的配合。但对于那些扭杆轴与扭转臂为可拆卸式联接的配合方式时，通常扭杆轴与扭转臂的组装在车体与构架落车时由主机厂完成装配。此时，扭杆轴与扭转臂的精确定位显得尤为重要，如若左右两扭转臂的高度差存在较大的偏差，当连接车体与扭转臂的连杆组件长度一定时，只能强行使扭杆轴发生一定程度的扭转变形，以连接车体与连杆组件。但这种方式对车辆正常运行及车辆的寿命具有较大的危害，主要体现在：

1.扭杆轴具有初始应力，在使用过程中与疲劳应力叠加后，可能超过产品的强度极限，造成扭杆轴以及其他抗侧滚扭杆装置零部件产品提前失效，影响行车安全；

2.扭杆轴具有初始应力，使其偏离了抗侧滚扭杆装置对除侧滚以外的其它几个运动不提供任何附加的力或扭矩的设计初始目的，对车辆六个方向的运动都产生了影响。

目前花键联接的抗侧滚扭杆装置，对于花键联接的防错，目前通常的做法是在某一对配合的内/外花键齿附近，刻打或标记一记号,一般为圆点或直线。在扭杆轴的齿顶处及扭转臂的齿槽处各做一圆点标记，在对准扭杆轴及扭转臂的齿对准标记后，完成装配。

这种利用标记符号进行防错的方式存在以下的不足：

1.在齿顶或齿槽处刻打标记符号，容易导致应力集中，进而影响产品的使用寿命，尤其是当花键位置没在扭杆轴端部时。

2.不能硬防错，工人存在误装可能，如扭杆轴端面的标记号，如出现不沿轴向对齐时，扭杆轴两端的扭转臂与连杆组件的连接孔就会出现高度差值。

技术实现要素：

本发明提供针对现有技术中存在的问题，提供一种花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法，实现扭杆轴两端的扭转臂花键联接的硬防错，保证两个扭转臂与连杆组件配装的一端沿轴向对齐，不出现高度差，提高抗侧滚扭杆的使用可靠性，并延长其使用寿命。本发明还提供一种抗侧滚扭杆及其设计方法。

为达到上述目的本发明采用的技术方案是：

花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法，其特征在于步骤如下：

（一）在扭杆轴的一端加工出外花键，且在外花键上加工出至少一个特殊键齿，所述的特殊键齿的齿高小于普通花键齿的齿高；

（二）在特殊键齿内侧沿轴向画出标记线，且标记线沿伸至扭杆轴的另一端；

（三）在扭杆轴的另一端加工出外花键，且在外花键上加工出与标记线轴向对齐的特殊键齿；

（四）在扭转臂与扭杆轴花键联接一端的内壁中加工出与外花键配合的内花键，且在内花键上加工出与特殊键齿配合的特殊齿槽，所述的特殊齿槽的齿槽深度小于普通内花键槽的齿槽深度；

（五）在扭杆轴的两端分别套装扭转臂，特殊齿槽与特殊键齿配合，使两个扭转臂与连杆组件配装的端部沿轴向对齐。

优选的，所述扭杆轴一端的特殊键齿的数量不超过三个且齿高均相等，特殊键齿在外花键上相邻分布。

优选的，所述的特殊键齿与普通花键齿的齿高差值大于内花键与外花键的大径尺寸差值，特殊齿槽与普通齿槽的齿槽深度差值大于内花键与外花键的大径尺寸差值。

优选的，所述特殊齿槽的大径不小于内花键的分度圆直径，所述的特殊键齿的大径不小于外花键的分度圆直径。

优选的，在完成步骤（四）进行步骤（五）之前，在外花键的端面上和内花键的端面上分别作出特殊键齿和特殊齿槽的标识记号。

优选的，所述的特殊键齿的齿顶面为平面，特殊齿槽的齿槽面为平面。

优选的，所述的步骤（一）中特殊键齿是在加工外花键时通过铣齿或调整线切割程序形成的。

优选的，所述的步骤（四）中特殊齿槽是在加工内花键时通过铣齿或调整线切割程序形成的。

采用以上所述的花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法的抗侧滚扭杆，包括扭杆轴和与扭杆轴花键联接的扭转臂，扭杆轴两端具有外花键，外花键上具有特殊键齿，扭转臂与扭杆轴花键联接一端的内壁中具有内花键，内花键上具有特殊齿槽，扭杆轴两端的特殊键齿沿轴向对齐，内花键与外花键配合，特殊键齿与特殊齿槽配合，两个扭转臂与连杆组件配装的端部沿轴向对齐。

以上所述的抗侧滚扭杆的设计方法，其特征在于：

（一）根据扭转臂与扭杆轴花键配合处的挤压应力需求，设计内花键与外花键花键配合的齿长度、齿高度、齿数量和齿模数；

（二）在不影响扭转臂与扭杆轴联接强度的前提下，设计特殊键齿的数量、特殊键齿的齿高和与特殊键齿配合的特殊齿槽的齿槽深度。

本发明的有益效果是：

本发明的花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法中在扭杆轴两端的外花键上设置沿轴向对齐的特殊键齿，在扭转臂的内花键上设置与特殊键齿配合的特殊齿槽，通过特殊键齿与特殊齿槽的配合，扭杆轴两端的扭转臂的倾斜角度相同，使两个扭转臂与连杆组件配装的端部沿轴向对齐，无高度差，避免扭杆轴安装时产生初始应力，提高抗侧滚扭杆的使用可靠性，并延长其使用寿命。

在加工出扭杆轴一端的特殊键齿后，在扭杆轴上画出特殊键齿沿轴向的标记线，保证扭杆轴两端的特殊键齿一定沿轴向对齐，有效避免两端特殊键齿不沿轴向对齐的加工失误，实现扭杆轴两端的扭转臂花键联接的硬防错。

特殊键齿与特殊齿槽的配合不影响扭杆轴与扭转臂之间的联接强度，且特殊键齿和特殊齿槽的加工工艺简单，通过铣齿或调整线切割程序即可形成，生产成本低。

本发明的抗侧滚扭杆，采用本发明的花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法，两个扭转臂与连杆组件配装的端部沿轴向对齐，不出现高度差，避免扭杆轴安装时产生初始应力，抗侧滚扭杆的使用可靠性更高、使用寿命更长，轨道车辆的行车安全性能更高。

本发明的抗侧滚扭杆的设计方法，通过对扭杆轴与扭转臂内外花键的设计，使抗侧滚扭杆在使用过程中内外花键的挤压应力可满足扭杆转与扭转臂联接处的受力需求，从而保证扭杆轴与扭转臂的联接强度充分满足抗侧滚扭杆的承载要求，在不影响扭杆轴与扭转臂联接强度的前提下，设计特殊键齿与特殊齿槽，以便在扭杆轴与扭转臂组装过程中，实现扭杆轴两端的扭转臂花键联接的硬防错。

附图说明

图1为抗侧滚扭杆系统的机构运动图。

图2为本发明的抗侧滚扭杆的正面剖视图。

图3为本发明的抗侧滚扭杆的侧视图。

图4为图3中ⅰ处的局部放大图。

图5为扭杆轴的局部剖视图。

图6为扭杆轴的侧视图。

图7为图6中ⅱ处的局部放大图。

图8为扭转臂的侧视图。

图9为图8中ⅲ处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图2至9对本发明的实施例做详细说明。

花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法，其特征在于步骤如下：

（一）在扭杆轴1的一端加工出外花键11，且在外花键11上加工出至少一个特殊键齿11.1，所述的特殊键齿11.1的齿高小于普通花键齿的齿高；

（二）在特殊键齿11.1内侧沿轴向画出标记线12，且标记线12沿伸至扭杆轴1的另一端；

（三）在扭杆轴1的另一端加工出外花键11，且在外花键11上加工出与标记线12轴向对齐的特殊键齿11.1；

（四）在扭转臂2与扭杆轴1花键联接一端的内壁中加工出与外花键11配合的内花键21，且在内花键21上加工出与特殊键齿11.1配合的特殊齿槽21.1，所述的特殊齿槽21.1的齿槽深度小于普通内花键槽的齿槽深度；

（五）在扭杆轴1的两端分别套装扭转臂2，特殊齿槽21.1与特殊键齿11.1配合，使两个扭转臂2与连杆组件配装的端部沿轴向对齐。

加工扭杆轴1时，先加工扭杆轴1一端的外花键11，并在外花键1上加工出至少一个特殊键齿11.1，特殊键齿11.1的的齿高小于普通花键齿的齿高，从图7中可以看出，特殊键齿11.1与普通花键齿的齿高差为d1，相当于在普通花键齿上削掉一部份齿顶从而形成特殊键齿11.1，再在特殊键齿11.1内侧沿轴向画也标记线12，标记线12沿伸至扭杆轴1的另一端，然后在扭杆轴1的另一端加工外花键，并在标记线12轴向对齐的位置加工出特殊键齿11.1，通过标记线12保证扭杆轴1两端的特殊键齿11.1沿轴向对齐，之后再加扭转臂2上加工出与外花键11配合的内花键21，并在内花键21上加工出与特殊键齿11.1配合的特殊齿槽21.1，从图9中可以看出，特殊齿槽21.1的齿槽深度比内花键21的普通齿槽的齿槽深度要浅，相当于对普通齿槽少加工一部分就形成了特殊齿槽21.1，扭转臂2套装在扭杆轴1两端，外花键11与内花键21配合，特殊键齿11.1与特殊齿槽21.1配合，使两个扭转臂2与连杆组件配装的端部沿轴向对齐，无高度差，可有效避免扭杆轴1在安装时产生初始应力。

其中，所述扭杆轴1一端的特殊键齿11.1的数量不超过三个且齿高均相等，特殊键齿11.1在外花键11上相邻分布。扭杆轴一端的外花键11上的特殊键齿11.1的数量为一个时，即可实现扭杆轴两端的扭转臂花键联接的硬防错。如扭杆轴一端的外花键11上的特殊键齿11.1的数量为两至三个，则特殊键齿11.1在外花键11上相邻分布，保证扭杆轴两端的扭转臂的倾斜角度相同，也可实现扭杆轴两端的扭转臂花键联接的硬防错。当特殊键齿11.1的数量过多时，会增大加工难度，并且影响扭杆轴和扭转臂的联接强度，因此扭杆轴1一端的特殊键齿11.1的数量不超过三个，可充分满足扭杆轴两端的扭转臂花键联接的硬防错的安装要求。

其中，所述的特殊键齿11.1与普通花键齿的齿高差值d1大于内花键21与外花键11的大径尺寸差值，特殊齿槽21.1与普通齿槽的齿槽深度差值d2大于内花键21与外花键11的大径尺寸差值，即使得特殊键齿11.1与外花键的普通键齿区别，特殊齿槽21.1与内花键的普通齿槽区别，又保证特殊键齿11.1不能与内花键21的普通齿槽配合，特殊齿槽21.1不能与外花键11的普通键齿配合，提高扭杆轴1与扭转臂2防错装方法的可靠性。

其中，所述特殊齿槽21.1的大径不小于内花键21的分度圆直径，所述的特殊键齿11.1的大径不小于外花键11的分度圆直径。防止特殊齿槽21.1与普通齿槽的齿槽深度差值d2和特殊键齿11.1与普通花键齿的齿高差值d1过小，造成特殊齿槽21.1与外花键的普通键齿配合，特殊键齿11.1与内花键的普通齿槽配合，进一步提高扭杆轴1与扭转臂2防错装方法的可靠性。

其中，在完成步骤四进行步骤五之前，在外花键11的端面上和内花键21的端面上分别作出特殊键齿11.1和特殊齿槽21.1的标识记号a，方便在外花键11与内花键21配合时，通过标识号a，快速将特殊键齿11.1与特殊齿槽21.1对应配合，提高扭杆轴与扭转臂的配装效率。

其中，所述的特殊键齿11.1的齿顶面为平面，特殊齿槽21.1的齿槽面为平面，方便特殊键齿11.1和特殊齿槽21.1的加工成型。

其中，所述的步骤一中特殊键齿11.1是在加工外花键11时通过铣齿或调整线切割程序形成的。所述的步骤四中特殊齿槽21.1是在加工内花键21时通过铣齿或调整线切割程序形成的。即在外花键11.1和内花键21.1加工成型过程中，对加工程序的调整即可形成特殊键齿11.1和特殊齿槽21.1，特殊键齿11.1和特殊齿槽21.1的加工工艺简单，生产成本低。

以上所述的花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法的抗侧滚扭杆，包括扭杆轴1和与扭杆轴1花键联接的扭转臂2，扭杆轴1两端具有外花键11，外花键11上具有特殊键齿11.1，扭转臂2与扭杆轴1花键联接一端的内壁中具有内花键21，内花键21上具有特殊齿槽21.1，扭杆轴1两端的特殊键齿11.1沿轴向对齐，内花键21与外花键11配合，特殊键齿11.1与特殊齿槽21.1配合，两个扭转臂2与连杆组件配装的端部沿轴向对齐。

以上所述的抗侧滚扭杆，采用本发明的花键联接抗侧滚扭杆的防错装方法，两个扭转臂与连杆组件配装的端部沿轴向对齐，不出现高度差，避免扭杆轴安装时产生初始应力，抗侧滚扭杆的使用可靠性更高、使用寿命更长，轨道车辆的行车安全性能更高。

以上所述的抗侧滚扭杆的设计方法，其特征在于：

（一）根据扭转臂2与扭杆轴1花键配合处的挤压应力需求，设计内花键21与外花键11花键配合的齿长度、齿高度、齿数量和齿模数，使抗侧滚扭杆在使用过程中内外花键的挤压应力可满足扭杆转与扭转臂联接处的受力需求，保证内外花键联接结构，不会在抗侧滚扭杆正常的使用过程中发生变形或失效，从而保证扭杆轴与扭转臂的联接强度充分满足抗侧滚扭杆的承载要求。

（二）在不影响扭转臂2与扭杆轴1联接强度的前提下，设计特殊键齿11.1的数量、特殊键齿11.1的齿高和与特殊键齿11.1配合的特殊齿槽21.1的齿槽深度，保证特殊键齿11.1和特殊齿槽21.1一一对应，内花键21与外花键11只有一种配合方式，当扭杆轴1直径较大，外花键11齿数较多时，在不影响扭杆轴与扭转臂联接强度的前提下，外花键11中特殊键齿11.1的数量可相应增加至两到三个，两至三个特殊键齿11.1相邻分布，以便在扭杆轴与扭转臂组装过程中，能快速找准特殊键齿11.1的位置，实现扭杆轴两端的扭转臂花键联接的硬防错。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。