[发明专利]一种轨道交通抗侧滚扭杆减重方法和结构

说明书

一种轨道交通抗侧滚扭杆减重方法，抗侧滚扭杆包括扭杆轴和扭转臂，扭转臂连接在扭杆轴的两端，扭杆轴采用空心结构，且扭杆轴的外径和内径是根据所处长度位置的抗扭刚度大小确定，并在扭杆轴的长度方向按照外径为梯形结构形状分段布置。通过合理的优化空心扭杆中的空心扭杆轴和空心扭转臂的内径和外径的值，使得空心扭杆能在不影响正常工作的前提下，大幅度的节约生产钮杆的耗材，从而大幅度降低钮杆生产的成本；以及大幅度减小扭杆的重量，使扭杆符合轨道车辆的节能减排、环保和轻量化的高要求。

技术领域

本发明涉及一种扭杆，具体涉及一种能在确保抗弯刚度、抗剪刚度、抗扭刚度和实际安装尺寸的前提下能大幅度节约耗材的扭杆。

背景技术

现有轨道车辆用抗侧滚扭杆主要有直扭杆和弯扭杆两种结构，这两种结构均采用实心扭杆轴。同样结构和刚度条件下，一般实心扭杆轴较空心扭杆轴的重量要高得多，对应的材料成本也会同样较高。

本发明提出了一种轨道车辆用空心抗侧滚扭杆，主要是将扭杆轴由原来的实心轴结构改为空心管式结构，大幅减少扭杆轴的重量，为轨道车辆用抗侧滚扭杆轻量化提供技术方向，同样大幅降低扭杆轴的材料成本。

近几年来，随着轨道交通运行速度和舒适性的要求越来越高，对轨道交通运行性能和行车安全至关重要的转向架的运行稳定性。在提倡节能减排，环境保护的大背景下，车辆的部件轻量化已经是轨道交通行业的一项重要技术，轻量化、低噪声、高可靠性、易维护等要求也越来越高。由于扭杆轴是抗侧滚扭杆系统中最为关键的部件，在轻量化设计过程中，一般不会对扭杆轴材料进行变更，只能对其结构进行优化。

目前常见的是采用变截面设计，即应力大的区域采用材料多的大截面，应力小的区域采用材料少的小截面，但这种方式对重量的减少非常小，因此目前抗侧滚扭杆系统的轻量化设计往往是考虑将支撑座、连杆等部件的材料变更为更为轻质的铝合金、钛合金等。扭杆轴是抗侧滚扭杆系统中最为关键的部件，往往也是重量最重的部件，因而扭杆轴的轻量化探究对抗侧滚扭杆系统轻量化设计尤为重要。实践证明将抗侧滚扭杆的扭杆轴制作成空心的结构是解决上述问题的一个较好的方案，但制造空心扭杆轴也会遇到一些难点。

制造空心扭杆轴的难点在于：如何确定空心扭杆轴的外径和内径，使得扭杆轴制作成空心结构后，能使其抗扭刚度大于或等于机车上正在使用的实心扭杆轴的抗扭刚度。而要确保空心扭杆轴有足够的抗扭刚度，又要制作成空心扭杆，是需要增大空心扭杆轴的外径的尺寸的。从理论上来说，在空心扭杆轴的抗扭刚度值为一个恒定的值的情况下，是将外径的尺寸做得越大，且空心扭杆轴内外径之比α越大（即空心扭杆轴的管壁越薄）就越节约耗材和制作成本。

但空心扭杆轴的外径增大后，会引起一些问题，例如，需要同时增大扭转臂的尺寸，会增加扭转臂的耗材。而其中最突出的是：空心扭杆轴的外径太大会使空心扭杆轴容易在工作状态下与周围的部件发生干涉。

事实上，空心扭杆轴的外径确定下来后，对于空心扭杆轴的内径的确定，仍有一些问题要解决。因为，在能满足抗扭刚度的前提下，也并不是将空心扭杆轴内外径之比α设置得越大越好。因为，虽然此时内外径之比α的取值越大，也就是内径的尺寸越大，就会使空心扭杆轴的横截面积越小，也就越节约耗材；但是内外径之比α的取值太大会导致空心扭杆轴的横截面积过小，使空心扭杆轴的抗剪刚度达不到实际工作所要求强度。因为空心扭杆轴的横截面积越小，其抗剪刚度也会越小。因此，空心扭杆轴内外径之比α需要综合考虑以上因素，取一个适当取值范围。

通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：