一种横梁与侧梁连接结构及转向架、轨道车辆的制作方法

1.本实用新型涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种横梁与侧梁连接结构及转向架、轨道车辆。


背景技术：

2.现有技术中，金属转向架的横梁与侧梁之间采用焊接工艺连接。对于碳纤维复合材料转向架来说，其横梁与侧梁连接无法焊接；同时，基于碳纤维抗挤压能力较弱的特点，使用普通栓接方式容易损伤碳纤维表面，具有安全隐患。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种横梁与侧梁的连接结构及转向架、轨道车辆，通过横梁与侧梁连接结构的优化，能够在获得良好连接强度的基础上，提高连接可靠性。
4.本实用新型提供的横梁与侧梁连接结构，包括横梁金属座、侧梁金属套筒、连接金属套筒和螺纹紧固件；其中，所述横梁金属座嵌装固定在所述横梁的端部安装止口内，所述横梁金属座上开设有用于连接的台阶孔，所述台阶孔配置为：其大尺寸段位于近所述侧梁一侧，其小尺寸段具有内螺纹；所述侧梁金属套筒插装在所述侧梁的安装通孔中，两者间过渡配合；所述连接金属套筒插装在所述侧梁金属套筒和所述横梁金属座的台阶孔大尺寸段中，且所述连接金属套筒与所述侧梁金属套筒和所述横梁金属座之间均为过盈配合；所述螺纹紧固件杆体插装在所述连接金属套筒中，且所述螺纹紧固件的一端具有与所述横梁金属座的台阶孔小尺寸段适配的外螺纹，其另一端可构建侧梁相对于横梁横向位移的限位。
5.优选地，所述连接金属套筒和所述螺纹紧固件均采用钛合金材料制成。
6.优选地，所述连接金属套筒与所述螺纹紧固件的杆体之间具有径向间隙。
7.优选地，所述螺纹紧固件为双头螺柱，其一端与所述横梁金属座的台阶孔小尺寸段适配，其另一端位于侧梁外侧并套装适配有垫片和紧固螺母，以构建侧梁相对于横梁横向位移的限位。
8.优选地，所述垫片的中部穿装孔的近所述侧梁一侧具有轴向内凹形成的台阶部，所述台阶部与所述中部穿装孔之间形成台阶面，所述连接金属套筒的端面与所述台阶面之间具有轴向间隙，所述侧梁金属套筒的端面与所述垫片的端面之间具有轴向间隙。
9.优选地，所述连接金属套筒的端部插装于所述台阶部中。
10.优选地，所述侧梁金属套筒和所述连接金属套筒的适配表面之间具有径向间隙段，所述径向间隙段位于轴向中部；所述侧梁金属套筒的内壁和/或所述连接金属套筒的外壁上形成的径向凹部形成所述径向间隙段。
11.优选地，所述连接金属套筒通过冷缩工艺与所述侧梁金属套筒和所述横梁金属座的台阶孔大尺寸段过盈配合，所述横梁金属座通过粘接工艺与所述横梁固定。
12.本实用新型还提供一种转向架，包括横梁与侧梁组成的构架，所述横梁和所述侧
梁采用碳纤维复合材料制成，并采用如前所述的横梁与侧梁连接结构。
13.本实用新型还提供一种轨道车辆，包括如前所述的转向架。
14.基于横梁与侧梁连接区域为转向架构架高应力区域的特点，本实用新型提出了一种连接结构创新方案，具体地，本方案以横梁金属座和侧梁金属套筒作为基础固定结构，其中，横梁金属座嵌装固定在横梁端部安装止口内，侧梁金属套筒插装在所述侧梁的安装通孔中，通过连接金属套筒插装在横梁金属座和侧梁金属套筒，并形成可靠承载径向载荷的过盈配合关系；同时，利用穿装在侧梁金属套筒中并与横梁金属座螺纹连接的紧固件，构建侧梁相对于横梁的横向位移限位。如此设置，一方面，通过连接金属套筒承担横梁、侧梁间沿套筒径向形成的载荷，并通过螺纹紧固件形成轴向的紧固限位，以承担各方向的复杂载荷，具有较好的连接可靠性；另一方面，本方案通过侧梁金属套筒与侧梁安装通孔之间的过渡配合，且螺纹紧固件的组装及紧固过程中不会形成对主体结构的直接挤压，可规避横梁与纵梁主体承受过高的表面应力而造成的损伤。
15.在本实用新型的优选方案中，在连接金属套筒与螺纹紧固件的杆体之间配置有径向间隙。由此，在满足连接强度的前提下，可以避免螺纹紧固件的本体与连接金属套筒之间物理接触，从而避免螺纹紧固件受额外的径向载荷，承载状态下的螺纹紧固件只承受拉力作用，不受剪力作用，可进一步保证连接结构的可靠性。
16.在本实用新型的另一优选方案中，垫片中部穿装孔的近侧梁一侧具有轴向内凹形成的台阶部，组装完成后，连接金属套筒的端面与其台阶面之间具有轴向间隙，在满足横梁金属座与侧梁连接可靠性的基础上，可防止连接金属套筒运行时脱落，同时避免连接金属套筒承受不必要的轴向载荷；另外，侧梁金属套筒与垫片之间的轴向间隙提供了位移冗余空间，使得侧梁金属套筒在运行时具有微量位移，以获得良好的承载自适应能力，从而确保横梁与侧梁连接区域的整体承载能力。
附图说明
17.图1示出了具体实施方式所述转向架构架的整体结构示意图；
18.图2为图1中所示横梁与侧梁连接结构的a-a剖面示意图；
19.图3为图2的b部放大图。
20.图中：
21.侧梁10、安装通孔101、横梁20、安装止口201；
22.横梁金属座1、台阶孔11、侧梁金属套筒2、径向凹部21、连接金属套筒3、径向凹部31、双头螺柱4、螺母5、垫片6、中部穿装孔61、台阶部62、台阶面63。
具体实施方式
23.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
24.不失一般性，本实施方式以图1所示转向架构架作为描述主体，详细说明其横梁与侧梁的连接结构。图中所示，两个侧梁10之间固定设置有两个横梁20，共同构成转向架的基础构架；其中，横梁20和侧梁10的主体延伸方向大致垂直，每个横梁20的两侧端部分别与两个侧梁2相对侧表面对接固定。应当理解，该转向架构架的侧梁10和横梁20的尺寸比例关
系，非本技术的核心发明点所在，对本技术所描述的横梁与侧梁连接结构未构成实质性限制。
25.请一并参见图2，该图为图1中所示横梁与侧梁连接结构的a-a剖面示意图。
26.该横梁与侧梁连接结构包括两个基础连接构成：横梁金属座1和侧梁金属套筒2。结合图1和图2所示，横梁金属座1嵌装固定在横梁20的端部安装止口201内，对于采用碳纤维复合材料制成的横梁20，该横梁金属座1可采用钢材制成，具体采用粘接工艺将横梁金属座1固定在横梁20上，也即，横梁金属座1通过粘铆的方式与横梁20连接固定。侧梁金属套筒2插装在侧梁10的安装通孔101中，两者间过渡配合，对于采用碳纤维复合材料制成的侧梁10，可避免碳纤维受到过高的表面应力。
27.如图所示，连接金属套筒3插装在侧梁金属套筒2和横梁金属座1中。其中，横梁金属座1上开设有用于连接的台阶孔11，该台阶孔11配置为：其大尺寸段位于近侧梁10的一侧，以便连接金属套筒3插入台阶孔11的大尺寸段中；其小尺寸段具有内螺纹，用于与螺纹紧固件(4)适配。
28.本方案中，连接金属套筒3与侧梁金属套筒3和横梁金属座1的台阶孔11大尺寸段之间均为过盈配合；例如但不限于，连接金属套筒3可采用冷缩法工艺穿入侧梁金属套筒3和横梁金属座1中，连接金属套筒3恢复常温后胀紧侧梁金属套筒3和横梁金属座1，即可建立上述过盈配合关系。由此，通过连接金属套筒3承担横梁20与侧梁10间沿套筒径向形成的载荷。
29.螺纹紧固件的杆体插装在该连接金属套筒3中，结合图2所示，螺纹紧固件一端的外螺纹与横梁金属座1台阶孔11小尺寸段的内螺纹适配，旋紧后，其另一端可构建侧梁10相对于横梁20的横向位移限位。
30.这里，“横向”是以构架作为描述主体定义的，该横向与横梁20的长度方向一致。可以理解的是，方位词“横向”的使用仅用于清楚表述构件间关联关系，而非构成对本方案的实质性限制。
31.组装完成后，通过连接金属套筒3承担横梁20、侧梁10间沿套筒径向形成的载荷，并通过螺纹紧固件(4)形成轴向(与横梁延伸方向一致)紧固限位，以承担各方向的复杂载荷，具有较好的连接可靠性；另一方面，通过侧梁金属套筒2与侧梁安装孔101之间的过渡配合，且螺纹紧固件的组装及紧固过程中不会形成对主体结构的直接挤压，可规避横梁20与纵梁10主体承受过高的表面应力而造成的损伤。
32.需要说明的是，相适配的螺纹紧固件、侧梁金属套筒2、连接金属套筒3，以及横梁金属座1上台阶孔11的设置数量非局限于图中所示，具体可根据实际车型构架进行确定，只要满足上述结构功能要求均在本技术请求保护的范围内。
33.为了获得更好的结构强度，可以针对结构材料选择进行优化。作为优选，连接金属套筒3和螺纹紧固件可采用钛合金材料制成，充分利用钛合金强度高、耐蚀性好的性能特点，在提升结构承载能力的基础上，可更好的适应转向架的实际使用环境。
34.进一步地，本方案的连接金属套筒3与螺纹紧固件(4)的杆体之间具有径向间隙。在满足连接强度的前提下，可以避免螺纹紧固件的本体与连接金属套筒3之间物理接触，从而避免螺纹紧固件受额外的径向载荷，也就是说，承载状态下的螺纹紧固件只承受拉力作用，不受剪力作用，可进一步保证连接结构的可靠性。
35.理论上来说，该螺纹紧固件可以为螺栓(图中未示出)，也可以采用外端部与紧固螺母5适配的双头螺柱4。如图2所示，该双头螺柱4的一端与横梁金属座1的台阶孔11小尺寸段适配，其另一端位于侧梁10外侧并套装适配有垫片6和紧固螺母5，以构建侧梁10相对于横梁20的横向位移限位。组装时，该双头螺柱4先与横梁金属座1旋紧固定后，再通过紧固螺母5旋紧实现轴向限位。
36.为了进一步优化结构整体承载能力，可以对垫片6结构作适配性优化。请一并参见图2和图3，其中，图3为图2的b部放大图。
37.如图所示，在垫片6的中部穿装孔61的近侧梁10一侧具有轴向内凹形成的台阶部62，该台阶部62与中部穿装孔61之间形成台阶面63，组装完成后，连接金属套筒3的端面与台阶面63之间具有轴向间隙a，在满足横梁金属座1与侧梁10连接可靠性的基础上，可防止连接金属套筒3运行时脱落，同时避免连接金属套筒3承受不必要的轴向载荷；侧梁金属套筒2的端面与垫片6的端面之间也具有轴向间隙b，使得侧梁金属套筒2在运行时具有微量位移，以获得良好的承载自适应能力，从而确保横梁20与侧梁10间连接区域的整体承载能力。
38.图中所示，连接金属套筒3的端部插装于该台阶部62中，可形成垫片6的预定位，具有较好的组装工艺性。
39.另外，侧梁金属套筒2和连接金属套筒3的适配表面之间具有径向间隙段，该径向间隙段位于轴向中部；如图2所示，侧梁金属套筒2的内壁具有径向凹部21，相应地，连接金属套筒3的外壁具有径向凹部31，两者形成该径向间隙段。如此设置，两者间过盈配合关系建立在径向间隙段的两端，非沿套筒全轴向配置该过盈配合关系，大大减小了用于实现过盈配合的精度要求部位，从而得以有效控制加工成本，便于满足冷缩工艺要求。
40.当然，径向间隙段的形成也可以采用这样的设计，侧梁金属套筒2和连接金属套筒3的适配表面中的一者具有径向凹部，同样能够达成上述功能效果。
41.此外，径向间隙段也可以根据需要沿轴向设计为多段间隔布置，而非局限于图中优选示例的一个径向间隙段。
42.除前述横梁与侧梁连接结构外，本方案还提供一种应用该连接结构的该转向架。该转向架的构架包括采用碳纤维复合材料制成的侧梁10和横梁20，符合产品轻量化的设计趋势，该转向架的其他主要功能构成非本技术的核心发明点所在，且本领域技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。
43.除前述转向架外，本方案还提供一种应用该转向架的轨道车辆，该轨道车辆的其他主要功能构成非本技术的核心发明点所在，且本领域技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。
44.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。