一种轨道交通车辆转向架用抗侧滚装置及获取抗侧滚刚度的方法与流程

本发明涉及一种轨道交通车辆转向架用抗侧滚装置及获取抗侧滚刚度的方法，属于转向架部件结构设计。

背景技术：

抗侧滚装置的主要作用是依靠扭杆的扭转变形，限制车体的侧滚角度，同时使车体的沉浮运动不受影响。

目前使用的抗侧滚装置其扭杆均为一整段，这样不利于设备在转向架和车体上的安装布置。并且当扭杆为一整段时，只能通过修改抗侧滚装置的结构尺寸或扭杆材料的方法来调整抗侧滚装置的抗侧滚刚度。

中国发明专利申请cn201210403416.9公开了一种轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置。所述轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置包括支撑座、连杆和扭杆轴，支撑座固定在转向架或车体上，扭杆轴的两端装入支撑座并连接连杆，通过连杆与车体或转向架连接，所述支撑座为外置悬臂式结构的悬臂式支撑座。

由此可见，中国发明专利申请cn201210403416.9主要是通过拉压杆可伸缩的抗侧滚装置来方便的进行垂向高度调节，不产生额外扭转应力，改善扭杆应力状态，但依然不利于设备在转向架和车体上的安装布置。

中国发明专利申请cn201610958829.1公开了一种抗侧滚装置，该抗侧滚装置包括一对拉压杆、与每一根拉压杆下端铰接的扭臂、设置于两个扭臂之间且与扭臂连接的扭杆，所述拉压杆为可伸缩的拉压杆。同时还提供一种转向架。该专利将拉压杆设计成可伸缩的形式，可方便的进行垂向高度调节，不产生额外扭转应力，改善扭杆应力状态，提高抗侧滚装置的可靠性。

由此可见，中国发明专利申请cn201610958829.1公开的抗侧滚装置的改进点主要为支撑座为外置悬臂式结构，没有解决上述问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种轨道交通车辆转向架用抗侧滚装置及获取抗侧滚刚度的方法，该抗侧滚装置创造性地将传统的抗侧滚装置的扭杆由一段分为多段，多段扭杆组成的多边形区域内可以随意安装设备，避免干涉。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道交通车辆转向架用抗侧滚装置，在沿所述轨道交通车辆的任意位置处界定了正交笛卡尔坐标系，其中所述坐标系的x轴沿着所述轨道交通车辆的长度方向延伸，y轴沿所述轨道交通车辆的宽度方向延伸，z轴沿所述轨道交通车辆的高度方向延伸；所述抗侧滚装置包括沿着z轴方向间隔设置的一对拉压杆、沿着x轴间隔设置的一对扭臂，以及沿着y轴方向设置的第一扭杆；每一根拉压杆的一端与扭臂的一端铰接相连，每一根拉压杆的另一端用于与车体或转向架铰接相连；其结构特点是：所述第一扭杆有两根，且两根第一扭杆同轴间隔设置，每一根第一扭杆与扭臂的另一端相连；两根第一扭杆通过相应的传动机构与设置在第一扭杆一侧的一根第三扭杆相连，各扭杆用于安装在转向架上。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

为了适应第一扭杆和第三扭杆之间的连接，所述传动机构包括至少一组扭杆和多组锥齿轮传动，相邻两个扭杆之间通过锥齿轮传动相联，所述第一扭杆与传动机构的扭杆之间通过锥齿轮传动相联，所述第三扭杆与传动机构的扭杆之间通过锥齿轮传动相联；所述传动机构的各组扭杆中，相联的两根连杆在xy平面内垂直布置。

根据本发明的实施例，所述传动机构包括四组锥齿轮传动和由两根第二扭杆构成的一组扭杆；其中两根第二扭杆沿着x轴间隔设置；每根第一扭杆的一端通过相应的锥齿轮传动与对应的一根第二扭杆的一端啮合传动，该第二扭杆的另一端与通过相应的锥齿轮传动与第三扭杆的对应端部啮合传动。由此，本发明用五段式扭杆来替代常规的单扭杆，从而避免设备干涉。

当然，本发明的实施例还可以变形为九段式扭杆来替代常规的单扭杆，即所述传动机构包括四组锥齿轮传动和由六根第二扭杆构成的四组扭杆；其中四根第二扭杆沿着x轴间隔设置，两根第二扭杆沿着y轴同轴设置；每根第一扭杆的一端通过相应的锥齿轮传动与对应的三根第二扭杆的一端啮合传动，该第二扭杆的另一端与通过相应的锥齿轮传动与第三扭杆的对应端部啮合传动。

当车体相对转向架发生侧滚运动时，各段扭杆均会产生扭转变形；当车体相对转向架发生沉浮运动时，各段扭杆只绕各自的轴心转动。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种获取所述的轨道交通车辆转向架用抗侧滚装置的抗侧滚刚度的方法，所述抗侧滚装置的传动机构包括四组锥齿轮传动和由两根第二扭杆构成的一组扭杆；其中两根第二扭杆沿着x轴间隔设置；每根第一扭杆的一端通过相应的锥齿轮传动与对应的一根第二扭杆的一端啮合传动，该第二扭杆的另一端与通过相应的锥齿轮传动与第三扭杆的对应端部啮合传动；

所述抗侧滚刚度的获取方法包括如下步骤：

设各扭杆均为等截面圆杆，第一扭杆的长度为l1，直径为d1，剪切模量为g1；第二扭杆的长度为l2，直径为d2，剪切模量为g2；第三扭杆的长度为l3,直径为d3，剪切模量为g3；则各扭杆自身的扭转刚度分别为：

第一扭杆的扭转刚度为：

第二扭杆的扭转刚度为：

第三扭杆的扭转刚度为：

设第一扭杆和第二扭杆连接处的锥齿轮传动比为i1-2，第二扭杆和第三扭杆连接处的锥齿轮传动比为i2-3；则扭杆的组合扭转刚度kr和各扭杆的扭转刚度存在以下关系：

则扭杆的组合扭转刚度为：

设所述拉压杆的轴向力为f，车体侧滚倾角为θ，各扭杆的组合扭转刚度为kr，摆臂的跨距为l，摆臂的长度为l，拉压杆的垂向位移为ξ，抗侧滚装置的恢复力矩为m，抗侧滚装置的抗侧滚刚度为k′r，则有平衡方程：

m＝k′r·θ

因：m＝f·br

且：f·l＝2ξ·kr/l

ξ＝θ·l/2

故有：k′r＝l²·kr/l²

在忽略锥齿轮传动尺寸的条件下l≈2l1+l3

由此，所述抗侧滚装置的抗侧滚刚度表示为：

获得抗侧滚刚度后，即获得了锥齿轮齿数比与抗侧滚刚度的关系，方便通过改变齿数比的方式来调整抗侧滚装置的抗侧滚刚度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)创造性地将传统的抗侧滚装置的扭杆由一段分为多段，各段之间通过锥齿轮组连接。多段扭杆组成的多边形区域内(如图2中四边形abcd)可以随意安装设备，避免扭杆与转向架或车体上的设备干涉。

2)除了可以通过修改抗侧滚装置的结构尺寸和材料来调整抗侧滚刚度外，本发明的抗侧滚装置还可以通过修改锥齿轮组齿数比的方式来调整抗侧滚刚度。

3)当车体相对转向架发生侧滚运动时，各段扭杆均会产生扭转变形，从而限制车体的侧滚角度。

4)当车体相对转向架发生沉浮运动时，各段扭杆只会绕各自的轴心转动，不影响车体的沉浮运动。

总之，本发明将扭杆分为多段，可使扭杆方便地避开安装在转向架或车体上的设备，避免干涉。

各段扭杆之间通过锥齿轮组连接，可通过修改齿数比的方式来调整抗侧滚装置的抗侧滚刚度，而传统的抗侧滚装置只能通过修改结构尺寸和材料的方法来调整抗侧滚刚度。

附图说明

图1是传统抗侧滚装置原理示意图；

图2是本发明一个实施例的结构原理图；

图3是本发明扭杆组合的示意图；

图4是本发明抗侧滚刚度的分析图；

图5是本发明扭杆分段式抗侧滚装置的结构示意图。

在图中

1、拉压杆；2、摆臂；3扭杆；3-1、第一扭杆；3-2、第二扭杆；3-3、第三扭杆；a、锥齿轮传动；b、锥齿轮传动；c、锥齿轮传动；d、锥齿轮传动。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种轨道交通车辆转向架用抗侧滚装置，如图2所示，该抗侧滚装置主要由拉压杆1、摆臂2、第一扭杆3-1、第二扭杆3-2、第三扭杆3-3、锥齿轮组a、b、c、d等组成。

拉压杆1的一端通过球关节连接到转向架上，另一端通过球关节连接到摆臂2的一端。

摆臂2的另一端固接到第一扭杆3-1上。

第一扭杆3-1、第二扭杆3-2、第三扭杆3-3通过锥齿轮组a、b、c、d连接起来。

当车体相对转向架发生侧滚运动时，各段扭杆均会产生扭转变形，从而限制车体的侧滚角度。

当车体相对转向架发生侧滚运动时，各段扭杆均会产生扭转变形，从而限制车体的侧滚角度。

该牵引装置技术构思如下：

1)将抗侧滚装置的扭杆分为多段，各段之间通过锥齿轮组连接起来。

2)当车体相对转向架发生侧滚运动时，各段扭杆均会产生扭转变形，从而限制车体的侧滚角度。

3)当车体相对转向架发生沉浮运动时，各段扭杆只会绕各自的轴心转动，不影响车体的沉浮运动。

4)可通过修改锥齿轮组齿数比的方式来调整抗侧滚装置的抗侧滚刚度。

本发明提供的抗侧滚装置的抗侧滚刚度的计算公式推导如下：

扭杆组合扭转刚度

当各扭杆均为等截面圆杆，第一扭杆3-1的长度为l1，直径为d1，剪切模量为g1；第二扭杆3-2的长度为l2，直径为d2，剪切模量为g2；第三扭杆3-3的长度为l3,直径为d3，剪切模量为g3。则各扭杆自身的扭转刚度分别为：

第一扭杆3-1的扭转刚度为：

第二扭杆3-2的扭转刚度为：

第三扭杆3-3的扭转刚度为：

第一扭杆3-1和第二扭杆3-2连接处的锥齿轮传动比为i1-2，第二扭杆3-2和第三扭杆3-3连接处的锥齿轮传动比为i2-3。则扭杆的组合扭转刚度kr和各扭杆的扭转刚度存在以下关系：

则扭杆的组合扭转刚度为：

抗侧滚刚度如图4所示，设拉压杆轴向力为f，车体侧滚倾角为θ，扭杆的组合扭转刚度为kr，摆臂的跨距为l，摆臂的长度为l，拉压杆的垂向位移为ξ，抗侧滚装置的恢复力矩为m，抗侧滚装置的抗侧滚刚度为k′r，则有平衡方程：

m＝k′r·θ

因：m＝f·br

且：f·l＝2ξ·kr/l

ξ＝θ·l/2

故有：k′r＝l²·kr/l²

根据图3，在忽略锥齿轮尺寸的条件下l≈2l1+l3。

所以本发明介绍的抗侧滚装置的抗侧滚刚度可表示为：

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。