专利名称：一种轨道车辆用抗侧滚扭杆轴及其制作方法
技术领域：
本发明属于一种轨道交通车辆用零件及其制作方法，特别是指一种轨道交通车辆
用抗侧滚扭杆轴及其制作方法。扭杆轴安装在轨道车辆车体和转向架上，当车辆在做侧滚 运动时，抗侧滚扭杆轴发生扭转变形而产生侧滚刚度，并与其它部件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。
背景技术：
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、伸縮、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、车辆限界和线路条件的限制，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方向的伸縮振动、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
3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
扭杆轴(附图中的1)、扭转臂(附图中的2)、支撑座组成(附图中的3)、垂向连杆组成(附
图中的4)。 作为抗侧滚扭杆系统关键零部件扭杆轴，其设计和过程质量控制一直以来都是抗 侧滚扭杆系统的核心技术，其性能和寿命直接影响整个系统。 近几年来，随着轨道交通车辆金属部件的寿命和大修期延长，这对扭杆轴的寿命 提出了更严格的要求，因而设计开发一种新型抗侧滚扭杆轴满足新的寿命要求已势在必 行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有抗侧滚扭杆系统关键零部件扭杆轴的不足，提出一种
使用寿命更高，且工艺性好的新型扭杆轴结构。
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扭杆轴，包括
一根扭杆轴，扭杆轴两端为阶梯状轴，其特征在于扭杆轴两端阶梯状位置为一种内凹式的
曲面结构过渡。所述的内凹式的曲面为由阶梯状小轴到阶梯状大轴的过渡处为从阶梯状小
轴的端部约5-10毫米处开始向低于小轴表面处内凹，并通过二次曲线圆弧接到阶梯状大
轴的端部。此种新结构既能满足扭杆轴的刚度、重量等要求，又能提高扭杆轴的疲劳寿命和
改善制造工艺。本发明的主要创新点是 1)两端处设计成内凹式应力大大减小。 通用结构一般为直线与圆弧直接过渡，这样在运行时由于产生边缘效应，形成应 力集中。新结构则采用内凹式结构，并通过一钢套跨过连接处，在承载时避免应力集中。
2)机械加工工艺性能更好。 在工艺制造时可避免连接处出现制造缺陷。通用结构加工此位置时一般为先车削 加工，后进行磨削加工，但在连接处由于是一段圆弧， 一般不进行磨削加工，这样在车削加 工和磨削加工之间容易产生缺陷。 一般消除该缺陷是通过手工抛光的工艺，但此种工艺质 量稳定性不好。本专利结构在连接处采用内凹式结构，故在磨削加工时可以避免连接处缺 陷产生。
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 :抗侧滚扭杆系统的机构运动示意图； 图3 :是传统的抗侧滚扭杆弹簧结构示意图； 图4 :是本发明扭杆轴示意图； 图5 :是通用扭杆轴结构示意图； 图6 :是本发明扭杆轴结构示意图。 图中1 、扭杆轴，2、扭转臂，3、支撑座组成，4、垂向连杆组成，5、弹性轴套，6、圆弧 槽
具体实施例方式
附图6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扭杆轴，包括一根扭杆轴1， 扭杆轴1通过扭转臂2与垂向连杆组成4连接，在扭杆轴1的两端设有支撑座组成3 ;扭杆 轴1两端为阶梯状轴；其特征在于扭杆轴两端阶梯状位置的过渡为一种内凹式的曲面结 构过渡。所述的内凹式的曲面结构过渡是指内凹式的曲面为由阶梯状小轴到阶梯状大轴的 过渡处为从阶梯状小轴的端部约5-10毫米处开始向低于小轴表面处内凹的圆弧槽6，并通 过二次曲线圆弧接到阶梯状大轴的端部。以此新结构代替原有通用结构，既能提高耐疲劳 性能，又能提高产品加工的工艺性能。所述的内凹式结构由一段圆弧或数段圆弧连接而成， 也可以内凹式结构圆弧之间连接可以采用相切的圆滑过渡，还可以采用内凹式结构两端连 接处圆滑过渡。本发明结构在连接处采用内凹式结构，故在磨削加工时可以避免连接处缺 陷产生，在弹性轴套5安装时不会产生端部过大现象。 上述的扭杆轴的制作采用表面喷丸强化工艺，在扭杆轴在加工完毕，经检测合格 后，再进行表面喷丸强化处理。经过表面喷丸强化时可避免过渡区的影响。通用结构由于 必须先进行磨削加工，然后进行喷丸，且在喷丸时需要保护与钢套配合位置。而本发明的工 艺则是先喷丸，然后再磨削加工。 所述的扭杆轴在机械加工时可以一次成型，在喷丸时可以省去保护工装等，故本
扭杆轴结构生产效率高、成本可降低。
本发明的主要工艺过程如下 原材料 一 >下料 一 >粗加工 一 >热处理 一 >半精加工 一 >精加工 一 >无损 检测 一>喷丸一>精磨。
权利要求
一种轨道车辆用抗侧滚扭杆轴及其制作方法，包括一根扭杆轴，扭杆轴两端为阶梯状轴，其特征在于扭杆轴两端阶梯状位置为一种内凹式的曲面结构过渡。
2. 如权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆轴，其特征在于所述的内凹式的曲面 为由阶梯状小轴到阶梯状大轴的过渡处为从阶梯状小轴的端部约5-10毫米处开始向低于 小轴表面处内凹，并通过二次曲线圆弧接到阶梯状大轴的端部。
3. 如权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆轴，其特征在于内凹式结构由一段圆 弧或数段圆弧连接而成。
4. 如权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆轴，其特征在于内凹式结构圆弧之间 连接采用相切的圆滑过渡。
5. 如权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆轴，其特征在于内凹式结构两端连接 处圆滑过渡。
全文摘要
一种轨道车辆用抗侧滚扭杆轴及其制作方法，主要由扭杆轴、扭转臂、支撑座、垂向连杆下关节轴、垂向连杆、垂向连杆上关节轴等部分组成。其特征在于扭杆轴与左右扭转臂采用圆锥面配合的连接方式。与现有典型的扭杆类型-圆柱面过盈配合式和花键连接式相比，本发明的主要创新点在于扭杆轴和扭转臂通过高压油的作用即可实现装配，无需加热或冷却；可实现多次拆装，并不损伤扭杆轴和扭转臂结合面；可通过控制轴向位移来精确地调整其过盈量；与转向架的连接方式将更灵活，受转向架结构影响较小。
文档编号B61F5/24GK101708726SQ20091022711
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者刘建勋, 刘文松, 张亚新, 王亚平, 郭春杰, 郭红锋 申请人:株洲时代新材料科技股份有限公司