專利名稱：一種軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿彈簧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種軌道交通車輛用部件的制作方法及產(chǎn)品，特別是指一種軌道交通車輛用抗側(cè)滾扭桿彈簧制作方法及產(chǎn)品，安裝在軌道車輛車體和轉(zhuǎn)向架之間。當(dāng)車輛在做側(cè)滾運動時，抗側(cè)滾扭桿彈簧同車輛二系懸掛一同提供車輛安全運行所需的側(cè)滾剛度，以此來滿足車輛動力學(xué)性能的要求，確保車輛的安全運行。
背景技術(shù)：
空氣彈簧由于具有垂向剛度較小、當(dāng)量撓度大的特點，非常適合軌道車輛二系懸掛發(fā)展的要求，近些年來得到了日益廣泛的應(yīng)用?？墒怯捎诳諝鈴椈纱瓜騽偠刃?，在車輛運行中會導(dǎo)致車輛的側(cè)滾角度增加，使得車輛側(cè)滾剛度較小，甚至出現(xiàn)側(cè)滾失穩(wěn)的現(xiàn)象，造成車輛安全和平穩(wěn)運行性能降低，這就需要單獨增加車輛的側(cè)滾剛度以限制其側(cè)滾角度，從而改善車輛的抗側(cè)滾性能，但同時又不能影響車輛的浮沉、橫擺、伸縮、點頭和搖頭等方向的振動特性。要達到這個目的，目前國內(nèi)外主要運用的方法有兩種1)加大二系空氣彈簧的橫向間距以增大其角剛度，從而提高側(cè)滾剛度。但由于此方案受轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)和車輛限界以及線路條件的限制在我國和歐洲均不太采用，而在日本一般采用此方法；2)設(shè)置獨立的抗側(cè)滾扭桿彈簧，裝配在車體和轉(zhuǎn)向架之間，提高側(cè)滾剛度?？箓?cè)滾扭桿彈簧是一種利用金屬彈性桿在受扭矩作用時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形而提供抗扭轉(zhuǎn)反力矩的彈簧。此方案可以在現(xiàn)有的車輛和線路條件下實施，故此方法在我國和歐洲得到了廣泛的應(yīng)用。
車輛的振動主要有六個方向的自由度X方向的伸縮振動、Y方向的橫擺振動、Z方向的浮沉振動、繞Y軸的點頭振動、繞Z軸的搖頭振動、繞X軸的側(cè)滾振動。目前的軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架均為兩級懸掛(如附圖1所示)，抗側(cè)滾扭桿彈簧起到了調(diào)節(jié)車輛側(cè)滾剛度、控制車輛側(cè)滾振動的作用(即控制附圖1所示的車體和構(gòu)架之間相對的側(cè)滾振動)。
抗側(cè)滾扭桿彈簧的機構(gòu)運動圖如圖2所示，圖中M為車體，E、F為扭桿支撐座組成，安裝于構(gòu)架上，A、B、C、D為橡膠球鉸或金屬關(guān)節(jié)軸承，可在三個方向轉(zhuǎn)動。由圖可見，如果不考慮相對于系統(tǒng)剛度小得多的支撐座組成和橡膠關(guān)節(jié)的影響，當(dāng)車體相對于轉(zhuǎn)向架發(fā)生浮沉振動時，兩根連桿同時往一個方向運動，整個裝置繞支撐球鉸同時轉(zhuǎn)動，扭桿并不承受力或扭矩，故并不影響車體的浮沉振動，同樣對除側(cè)滾以外的其它幾個運動同樣不提供任何附加的力或扭矩。而當(dāng)車體與構(gòu)架之間發(fā)生繞X軸的相對轉(zhuǎn)動即側(cè)滾時，左右連桿向相反的方向上下運動，通過扭轉(zhuǎn)臂(圖中FD、EC)使扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，扭桿由于抗扭彈性而產(chǎn)生抗扭反力矩，這一反力矩作用在垂向連桿上表現(xiàn)為一對大小相等方向相反的垂向力，而這對垂向力作用在車體上就形成了與車體側(cè)滾方向相反的抗側(cè)滾力矩，抗側(cè)滾力矩的作用將阻止車體相對于轉(zhuǎn)向架側(cè)滾角度的增加，從而抑制車輛的側(cè)滾，提高車輛的橫向平穩(wěn)性。
從附圖2我們可看出，提供側(cè)滾剛度的不止抗側(cè)滾扭桿彈簧，二系懸掛彈簧K也起著抗側(cè)滾的作用，故抗側(cè)滾扭桿彈簧是用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體側(cè)滾剛度的附加組件。
現(xiàn)有軌道交通用抗側(cè)滾扭桿彈簧的結(jié)構(gòu)如附圖3所示，主要由以下幾部分組成扭桿組成(附圖中的扭桿軸1和扭轉(zhuǎn)臂2)、支撐座組成(附圖中的3)、垂向連桿下關(guān)節(jié)軸(附圖中的4)、垂向連桿(附圖中的5)、垂向連桿上關(guān)節(jié)軸(附圖中的6)。其中扭桿組成是由一根扭桿軸和兩件扭轉(zhuǎn)臂兩種獨立的零部件通過一定的方式集合而成的。
根據(jù)轉(zhuǎn)向架的設(shè)計和工藝裝配要求，目前國內(nèi)扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂的集合模式主要有兩種，其一為扭轉(zhuǎn)臂和扭桿軸通過熱套過盈配合，此種結(jié)構(gòu)裝配后扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂不能拆卸；其二為扭轉(zhuǎn)臂和扭桿軸通過花鍵等配合，然后用緊固配件將扭轉(zhuǎn)臂和扭桿軸壓緊防松，此種結(jié)構(gòu)是可拆卸的。此兩種裝配模式都有一個共同點，就是在扭桿組成裝配前扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂是獨立的零部件。
近幾年來，隨著軌道交通車輛運行速度和舒適性的要求越來越高，在設(shè)計轉(zhuǎn)向架時對其空間結(jié)構(gòu)尺寸和簧下重量輕量化的要求也越來越嚴(yán)格，這對抗側(cè)滾扭桿彈簧組成的空間尺寸和重量提出了新的要求，因而設(shè)計開發(fā)一種重量輕、空間尺寸小的新型抗側(cè)滾扭桿彈簧組成已是迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗側(cè)滾扭桿彈簧不能適應(yīng)新型軌道交通車輛的要求，提供一種重量輕、空間結(jié)構(gòu)小的新型抗側(cè)滾扭桿彈簧制作方法及產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種新型的軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿彈簧，通過一根整體材料兩端折彎一定角度來實施扭轉(zhuǎn)臂的功能，以此一體式扭桿組成來代替由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂配合而成的扭桿組成；此種一體式扭桿在折彎處以一定的彎曲半徑過渡。主要由扭桿軸、扭轉(zhuǎn)臂、支撐座組成、垂向連桿下關(guān)節(jié)軸、垂向連桿、垂向連桿上關(guān)節(jié)軸等組成，扭桿軸套在支撐座上，扭轉(zhuǎn)臂的一端與扭桿軸垂向連接，扭轉(zhuǎn)臂的另一端與垂向連桿通過垂向連桿下關(guān)節(jié)軸連接，并可繞下關(guān)節(jié)軸扭轉(zhuǎn)；垂向連桿的一端也與下關(guān)節(jié)軸連接，并可繞下關(guān)節(jié)軸扭轉(zhuǎn)；垂向連桿的另一端與垂向連桿上關(guān)節(jié)軸連接，并可繞上關(guān)節(jié)軸扭轉(zhuǎn)。其特征在于扭桿軸與扭轉(zhuǎn)臂的連接不是由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂兩個獨立的零部件裝配而成，而是通過一根整體材料兩端折彎一定角度成形，折彎部分代替原來的扭轉(zhuǎn)臂功能，以此一體式扭桿組成來代替原結(jié)構(gòu)，且支撐座位于扭轉(zhuǎn)臂的內(nèi)側(cè)。此種新結(jié)構(gòu)既能減輕扭桿組成的重量又能減小空間尺寸。此種一體式扭桿在折彎處以一定的彎曲半徑過渡，既能滿足疲勞性能要求，又能滿足整體剛度要求。
本發(fā)明的主要創(chuàng)新點是1)扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂為一體式。
原來的扭桿組成由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂兩種零件裝配而成，現(xiàn)在改用一整根材料折彎成形，結(jié)構(gòu)簡單。
2)空間結(jié)構(gòu)比原扭桿組成更加緊密。
3)重量比傳統(tǒng)扭桿組成可減輕一半左右。
4)工藝和性能更好。
5)扭桿組件的成本降低。整桿的重量降低一半，同時也減少了很多加工工序，使得總成本在原來的基礎(chǔ)上降低很多。
根據(jù)附圖3可以分析出，要在連桿和上下關(guān)節(jié)軸的重量和空間尺寸上改進很難達到預(yù)期的效果，故只有改進扭桿組成(1、2)的結(jié)構(gòu)才能達到設(shè)計要求。由于抗側(cè)滾扭桿彈簧的作用是給系統(tǒng)提供扭矩，此功能就決定了扭桿組成的零部件間的配合面必須要能傳遞系統(tǒng)所需的扭矩。配合面?zhèn)鬟f扭矩的大小主要取決與配合面的面積和包容件(扭轉(zhuǎn)臂)的壁厚，而扭桿組成配合面面積大小取決于扭桿軸的直徑大小和接觸面長度，由于空間尺寸的要求，配合面長度不能設(shè)計得過長，故只有通過增大扭桿軸直徑來滿足要求。另外由于系統(tǒng)要求抗側(cè)滾扭桿彈簧的側(cè)滾剛度有一定范圍，而扭桿軸的直徑大小直接關(guān)系到抗側(cè)滾扭桿彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度。綜上所述，設(shè)計扭桿軸結(jié)構(gòu)時既要考慮系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度的需求又要考慮配合部分傳遞扭矩的要求。為此，扭桿軸通常都設(shè)計為階梯狀(兩端大、中間小)，其中中間細長桿部分是提供抗側(cè)滾扭矩的主體，兩端比中間直徑大則是為了滿足傳遞扭矩的要求。。一般情況下扭桿軸與扭轉(zhuǎn)臂裝配后，組件端部的空間尺寸比裝配前扭桿軸端部空間尺寸大得多，同時組件重量也是扭桿軸的2倍左右。
傳統(tǒng)的扭桿組成由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂組成，扭桿軸的主要加工方式是通過圓鋼加工成階梯軸，這樣一來加工量就非常大，另外在階梯部分，扭桿原材料的金屬纖維流線就被破壞掉了，扭桿的抗疲勞性能受到一定影響。扭轉(zhuǎn)臂則是通過模鍛而成，由于扭轉(zhuǎn)臂尺寸比較大，要用到2000T以上的鍛造設(shè)備才能滿足要求，還要進行模具制造，這就給工藝帶來了很多麻煩。而一體式扭桿組成，是直接從鋼廠購買磨光原材料，不需對外形進行額外加工，通過簡單的下料、鐓頭、彎成形、加工端部就能完成所有的加工工序。
本發(fā)明的主要工藝過程如下磨光原材料(Ra 1.6)——>下料——>端部鐓粗——>整體彎成形——>熱處理——>端部機械加工——>無損檢測——>噴丸


圖1車輛轉(zhuǎn)向架均為兩級懸掛結(jié)構(gòu)及振動主視圖和側(cè)向示意圖；圖2抗側(cè)滾扭桿彈簧的機構(gòu)運動示意圖；圖3是傳統(tǒng)的抗側(cè)滾扭桿彈簧結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明抗側(cè)滾扭桿彈簧結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、扭桿軸，2、扭轉(zhuǎn)臂，3、支撐座組成，4、垂向連桿下關(guān)節(jié)軸，5、垂向連桿，6、垂向連桿上關(guān)節(jié)軸。
具體實施例方式
附圖4給出了本發(fā)明的一個實施例，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
從附圖中可以看出，本發(fā)明為一種新型的軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿彈簧，抗側(cè)滾扭桿彈簧，通過一根整體材料兩端折彎一定角度來實施扭轉(zhuǎn)臂的功能，以此一體式扭桿組成來代替由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂配合而成的扭桿組成；此種一體式扭桿在折彎處以一定的彎曲半徑過渡。主要由扭桿軸1、扭轉(zhuǎn)臂2、支撐座3組成、垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4、垂向連桿5、垂向連桿上關(guān)節(jié)軸6等組成，扭桿軸1套在支撐座3上，扭轉(zhuǎn)臂2的一端與扭桿軸1垂向連接，扭轉(zhuǎn)臂2的另一端通過垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4與垂向連桿5連接，并可繞垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4扭轉(zhuǎn)；垂向連桿5的一端也與垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4連接，并可繞垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4扭轉(zhuǎn)；垂向連桿5的另一端與垂向連桿上關(guān)節(jié)軸6連接，并可繞垂向連桿上關(guān)節(jié)軸6扭轉(zhuǎn)。其特征在于扭桿軸1與扭轉(zhuǎn)臂2的連接不是由扭桿軸1和扭轉(zhuǎn)臂2兩個獨立的零部件裝配而成，而是通過一根整體材料兩端折彎一定角度成形，由折彎部分代替原來的扭轉(zhuǎn)臂功能，以此一體式扭桿組成來代替原結(jié)構(gòu)，且支撐座3位于扭轉(zhuǎn)臂2的內(nèi)側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿彈簧，由扭桿軸1、扭轉(zhuǎn)臂2、支撐座3組成、垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4、垂向連桿5、垂向連桿上關(guān)節(jié)軸6等組成，扭桿軸1套在支撐座3上，扭轉(zhuǎn)臂2的一端與扭桿軸1垂向連接，扭轉(zhuǎn)臂2的另一端通過垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4與垂向連桿5連接，并可繞垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4扭轉(zhuǎn)；垂向連桿5的一端也與垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4連接，并可繞垂向連桿下關(guān)節(jié)軸4扭轉(zhuǎn)；垂向連桿5的另一端與垂向連桿上關(guān)節(jié)軸6連接，并可繞垂向連桿上關(guān)節(jié)軸6扭轉(zhuǎn)。其特征在于扭桿軸1與扭轉(zhuǎn)臂2的連接不是由扭桿軸1和扭轉(zhuǎn)臂2兩個獨立的零部件裝配而成，而是通過一根整體材料兩端折彎一定角度成形，由折彎部分代替原來的扭轉(zhuǎn)臂功能，以此一體式扭桿組成來代替原結(jié)構(gòu)，且支撐座3位于扭轉(zhuǎn)臂2的內(nèi)側(cè)。
2.一種權(quán)利要求1所述的軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿彈簧的制作方法，其特征在于所述抗側(cè)滾扭桿彈簧的扭桿軸1與扭轉(zhuǎn)臂2是通過一根整體材料兩端折彎一定角度來實施扭轉(zhuǎn)臂的功能，以此一體式扭桿組成來代替由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂配合而成的扭桿組成；此種一體式扭桿在折彎處以一定的彎曲半徑過渡。
全文摘要
一種軌道車輛用抗側(cè)滾扭桿彈簧制作方法及產(chǎn)品，通過一根整體材料兩端折彎一定角度來實施扭轉(zhuǎn)臂的功能，以此一體式扭桿組成來代替由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂配合而成的扭桿組成；此種一體式扭桿在折彎處以一定的彎曲半徑過渡。主要由扭桿軸、扭轉(zhuǎn)臂、支撐座組成、垂向連桿下關(guān)節(jié)軸、垂向連桿、垂向連桿上關(guān)節(jié)軸等組成，其特征在于扭桿軸與扭轉(zhuǎn)臂的連接不是由扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂兩個獨立的零部件裝配而成，而是通過一根整體材料兩端折彎一定角度成形，折彎部分代替原來的扭轉(zhuǎn)臂功能，以此一體式扭桿組成來代替原結(jié)構(gòu)，且支撐座位于扭轉(zhuǎn)臂的內(nèi)側(cè)。此種新結(jié)構(gòu)既能減輕扭桿組成的重量又能減小空間尺寸。
文檔編號B61F5/00GK1986311SQ20061013672
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者劉文松, 張亞新, 郭春杰, 江光輝, 劉興斌 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司