[发明专利]一种带锥度抗侧滚弯扭杆及其设计制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆安全技术领域。

背景技术

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（如图1所示）。目前的轨道交通车辆转向架均为两级悬挂，抗侧滚扭杆装置起调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用。

抗侧滚扭杆装置安装在轨道车辆车体和转向架间，当车辆在做侧滚运动时，与车辆二系悬挂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。抗侧滚扭杆装置的机构运动图如图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为橡胶球铰或金属轴承，可在三个方向转动。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。

扭杆装置按照弯扭杆类型可分为:直扭杆和整体式弯扭杆两种。直扭杆是扭杆装置中主要承受弯扭应力的圆截面弹簧钢直杆体，需要配合扭转臂使用，轴臂之间有多种配合方式（过盈、花键、多边形等），有可拆卸和不可拆卸之分，应用较为广泛。但该型扭杆装配后较为笨重，对转向架的空间及限界要求高。

整体式弯扭杆是扭杆装置中主要承受弯扭转应力的圆截面弹簧钢U形杆体，无需装配扭转臂，传统整体式弯扭杆，一般采用等直径圆钢经过锻造、弯曲、热处理、机械加工后成型。该结构扭杆对转向架的空间要求低，结构灵活、紧凑，重量轻，在国内外得到越来越广泛的应用。目前相关的现有技术有如下不足之处：

（1）在与转向架及车体接口尺寸不可改变情况下，为满足刚度要求，只能整体调整轴径大小；

（2）现有弯扭杆直径相等，而弯扭杆中间位置只承受扭矩作用，所受应力较小，远小于其材料强度，属一种过度设计；

（3）弯扭杆材料一般采用弹簧钢金属材料，重量大，在相等的连杆跨距如1989及支撑座跨距1714情况下，等径设计与锥度设计重量分别为63.4kG与51.65kG，相差11.75kG，不能满足产品及转向架轻量化的设计要求；

（4）对于结构设计紧凑的转向架而言，目前等径弯扭杆，中间直径过大可能会导致与其他零部件发生干涉。由于等径弯扭杆重量大，间接为组装、油漆、转运等工序带来不便。

现有技术中，申请号为200910227115.3的中国发明公开了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。申请号为201320409010.1的中国实用新型公开了一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆组成，包括扭杆组件和连杆，扭杆组件包括扭杆轴和左右两个扭转臂，扭杆轴为弯扭杆轴，其两端折弯，每端折弯部分的长度为扭杆轴全长的十分之一；扭转臂为叉式或销套式扭转臂，扭转臂采用锻造成型；扭杆轴的末端与扭转臂的联接方式是过盈联接、螺纹联接、花键联接、焊接或销轴联接。扭杆轴为U型扭杆轴，由直扭杆轴折弯为U型而成。申请号为201520248986.4轨道车辆用整体式弯扭杆装置，包括用于固定在转向架上支撑座和弯扭杆，弯扭杆由一体形成的扭杆中间段和弯扭臂组成，支撑座由左支撑座和右支撑座组成，左支撑座和右支撑座对称的安装在扭杆中间段上，在所述的左支撑座到右支撑座之间的扭杆中间段上具有限位件，所述的限位件的左端与左支撑座抵靠以限制所述的扭杆中间段与左支撑座之间的横向相对运动，所述的限位件的右端与右支撑座抵靠以限制所述的扭杆中间段与右支撑座之间的横向相对运动。以上现有技术，均难以解决由于重量大而使组装及油漆工序不便等一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可同时满足产品刚度、强度及轻量化要求的带锥度抗侧滚弯扭杆及其设计制造方法，解决传统弯扭杆由于重量大而使组装及油漆工序不便的问题。