专利名称：机车轮对及其车轴结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机车车辆，尤其是指一种机车车辆行业转向架设计制造领域
和微动磨损及疲劳领域的抗微动疲劳的机车轮对及其车轴结构。
背景技术：
机车轮对主要是由车轴、车轮、齿轮等组成，车轮、齿轮是通过过盈装配实现与车轴联结成一体并传递力和扭矩的。轮对在运行过程中是旋转的。现有采用整体轮对(轮对结构请参见图2)的SS3B、SS4电力机车运行到50万公里以后，机务段在运用中发现不同厂家生产的车轴(结构如图l)都在轮座内侧产生微动疲劳，比例较高，如昆明段17根车轴中发现有15根车轴有聚粉或裂纹裂纹，引起了用户和制造厂的重视。 参照图1A所示，其为现有SS3B、SS4整体轮对对应图1中A处的局部放大图，其中，车轮111与车轴100过盈配合与非过盈配合交界A1附近存在剪切效应，存在应力集中，产生拉应力，降低了该部位的疲劳强度。具体地，车轴IOO承载时产生向上的弓形弯曲，车轴的轮座103上又过盈装配有车轮，轮座103内侧配合表面的应力状态为径向和周向为压应力，轴向为拉应力。车轮lll踏面内侧有轮缘，轮缘起导向作用，承受来自钢轨的从外向里的导向力，特别是在转弯处，轮座103内侧处的弯矩和弯曲应力最大。车轴100不断旋转，车轴IOO表面应力不断地由最大拉应力变化为最大压应力，使得车轴100表面不断地由最大伸长量变为最大縮短量，反复周期性变化，造成在运用过程中，由于车轮111与车轴100保持过盈配合，车轮与车轴不断发生微小的周期性的相对运动，造成车轴100与车轮111过盈配合部位(车轴100轮座103内侧约10mm宽的圆柱面部分)不断地产生周期性的微动磨损，形成微动疲劳产生疲劳裂纹。 铁路运输中，运输安全是第一位的，机车车轴是关系到安全的最重要的部件之一。现在国内有数千台SS3B、 SS4机车使用整体轮对的机车在运行中，虽然现在仅仅是疲劳的初始阶段，扩展比较慢，但是经过一定萌生期后，疲劳扩展就有可能引起车轴失效造成较大的经济损失甚至造成事故。因此迫切需要一个既能改善车轴轮座内侧抗微动疲劳性能，具备互换性，又不增加经济成本的设计方案。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是提供一种机车轮对的车轴结构，以提高车轴轮座内侧抗微动疲劳性能。 本实用新型解决的另一技术问题是提供一种抗微动疲劳的机车轮对，其不仅能够提高车轴轮座内侧抗微动疲劳性能，而且具备较强的互换性。 本实用新型的技术解决方案是一种机车轮对的车轴结构，所述车轴靠近二轴端设有用于安装车轮的轮座及与其紧邻用于安装齿轮的齿轮座，所述轮座与车轮间、所述齿轮座与齿轮间采用过盈配合结构，其中，该车轴两端的轮座与齿轮座之间过盈配合与非过盈配合交界处均开设有卸荷槽。[0008] 如上所述的机车轮对的车轴结构，其中，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。 如上所述的机车轮对的车轴结构，其中，所述车轴为SS3B、 SS4机车整体轮对车
轴，所述车轴的轮座直径小n为243mm，所述齿轮座直径小12为245mm。 如上所述的机车轮对的车轴结构，其中，所述卸荷槽底径小3为237mm、半径R为
20mm、深度为3mm。 如上所述的机车轮对的车轴结构，其中，所述卸荷槽的粗糙度达到RaO. 8。 本实用新型还提出一种机车轮对，其中，所述轮对包括车轴及其两端装设的车轮、
齿轮，所述车轴靠近两端对称设有安装车轮的轮座及与其紧邻用于安装齿轮的齿轮座，其
中，该车轴两端的轮座与齿轮座之间轮座内侧过盈配合与非过盈配合交界处均开设有卸荷
槽，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。 如上所述的机车轮对，其中，所述轮对为SS3B、 SS4机车整体轮对，所述车轴结构 的轮座直径4n为243mm，相应地，车轮轮毂孔直径小2为243mm。 如上所述的机车轮对，其中，所述车轮与所述车轴间的过盈量为0. 27 0. 31mm， 按0. 27 0. 31mm过盈量装配车轴和车轮。 如上所述的机车轮对，其中，所述卸荷槽底径小3为237mm、半径为R20mm、深度为 3mm。 如上所述的机车轮对，其中，所述卸荷槽的粗糙度达到RaO. 8。 如上所述的机车轮对，其中，所述车轮具有突出悬置在所述卸荷槽上的突悬量，且 该突悬量为2mm 7mm。 本实用新型的特点和优点是本实用新型提出了一种抗微动疲劳的机车轮对及其 车轴结构，其能够在无需修改轮对齿轮、不改变车轴材质的前提下保持轮对互换性，只需对 车轴结构和相应的轮毂孔进行小量改动，就能够有效抑制微动疲劳，提高车轴寿命，是最经 济、有效的改进方案。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1为现有SS3B、 SS4电力机车整体轮对的车轴结构示意图。 图1A为现有SS3B、 SS4电力机车整体轮对对应图1中A处的局部结构示意图。 图2为本实用新型的SS3B、 SS4电力机车整体轮对的结构示意图。 图3为对应图2中的B处的局部放大示意图。 图4为图2中采用的车轴结构示意图。 附图标号说明 1、车轴 2、车轮 3、齿轮 10、轴端 12、轮座 13、齿轮座 15、卸荷槽 21、轮缘 100、车轴 1Q1、轮座 102、齿轮座 111、车轮[0030] 112、齿轮具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 参照图2 图4所示，其为本实用新型的车轴结构及轮对的结构示意图。本实用 新型的机车轮对包括车轴1及其两端同时装设的两个车轮2、两个齿轮3，所述车轴1靠近 两端对称设有安装车轮2的轮座12及与其内侧紧邻的用于安装齿轮3的齿轮座13，且该轮 座12与车轮2间、该齿轮座13与齿轮3间为过盈配合，即车轮2、齿轮3通过过盈装配实现 与车轴1联结成一体并传递力和扭矩；该车轴1两端的轮座12与齿轮座13之间过盈配合 与非过盈配合交界处均开设有卸荷槽15，在保证车轴整体强度的前提下，该卸荷槽15的深 度较佳大于或等于3mm(如4mm， 3. 5mm等)，当然，该卸荷槽的深度也可稍小于3mm，如可为 2. 5 3mm。 下面以SS3B、 SS4机车整体轮对为例来说明本实用新型的具体组成及结构。 SS3B、 SS4机车现有整体轮对中，车轴1的轮座直径为238mm，齿轮座13直径为 254mm，由于现有车轮与车轴过盈配合与非过盈配合交界附近存在剪切效应，存在应力集 中，产生拉应力，容易降低该部位的疲劳强度，因此，本实用新型在轮座12与齿轮座13之间 过盈配合与非过盈配合交界处均开设有卸荷槽15，以提高车轴1轮座12内侧抗微动疲劳性 能。 如图2所示，其为整体轮对的结构及主要受力示意图，其中，F1为轮对承受的垂直 向下的载荷，F2为钢轨给轮对的作用力，F3为轮对承受的横向力，F4为钢轨给轮对的横向 力。由于承载时轮对承受的垂直向下的载荷F1作用于车轴1的两轴端IO处，将使车轴产 生向上的弓形弯曲，车轴1的轮座12上过盈装配有车轮2，轮座12内侧配合表面的应力状 态为径向和周向为压应力，轴向为拉应力。车轮2踏面内侧有轮缘21，轮缘21起导向作 用，承受来自钢轨的从外向里的导向力，特别是在转弯处，轮座2内侧处的弯矩和弯曲应力 最大。 本专利的解决方案是在该车轴两端的轮座与齿轮座之间轮座内侧过盈配合与非 过盈配合交界处均开设有卸荷槽，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。本实用新型的车轴结构 及整体轮对可应用于SS3B、SS4机车，参照图3所示，卸荷槽15的宽度约21. 8mm，车轮2与 齿轮3间的间隙可选择为lmm。 为了车轴安全性和可靠性，本实用新型的一具体实施例中，对车轴轮座直径进行 了略微改变将轮座直径由原小238mm增加到小243mm，相应地，应将车轮轮毂孔直径增加 为小243mm，并使过盈量保持0. 27 0. 31mm不变，即按照0. 27 0. 31mm过盈量配合加工 车轴和车轮，具体可参照图4，其中的C处与图2中的B处相对应。 另外，在本实用新型的一较佳实施例中，车轴1轮座与12齿轮座13之间开设的卸 荷槽15的底径为小237mm、半径为R20mm、深度为3mm。 最后，还可对卸荷槽15进行滚压处理，使其粗糙度达到RaO. 8。即将卸荷槽、轮座和齿轮座表面加工粗糙度达到Ra3. 2后，进行滚压处理，使卸荷槽15的粗糙度达到RaO. 8。 利用上述结构，在车轮2装配到车轴1的轮座12上时，将使得该车轮2相对该卸 荷槽15具有一定的突悬量。由于该突悬量L的存在，使得在车轮2过盈配合装配在轮座 12上时，对应的卸荷槽15的边缘也处于与车轮2的过盈配合状态，而车轴1上非过盈配合 的位置因为存在有深度大于或等于3mm的卸荷槽15，使得表面拉应力难以传递到卸荷槽21 内，因此，进一步降低了轮座12内侧的拉应力。在运行过程中，轮座12内侧的最大压应力 和最大拉应力大大减弱，进一步提高了车轴1的抗微动疲劳能力。在一个具体的例子中，该 突悬量可选择为2mm 7mm。在实际设计过程中，该突悬量可选用2mm 7mm的任一数值， 该其具体数值可以根据情况选择，例如可以采用4mm、6mm等，在此不一一列举。 本实用新型在每根车轴的每个轮座与齿轮座之间开设有卸荷槽，利用上述结构， 本实用新型可以改变轮座12内侧配合表面的应力状态，过盈装配产生的径向和周向的压 应力不变，但大幅降低了轴向拉应力，同时降低了轮座应力集中；另外，通过滚压处理改善 了表面质量，特别是增加了表面残余压应力。经过计算证明轮座和卸荷槽底部是安全的，能 够提高车轴安全性和可靠性，从而提高车轴疲劳寿命。 综上所述，本实用新型提出了一种在不改变齿轮、不改变车轴材质的前提下保持 轮对互换性，只需对车轴结构和相应的轮毂孔进行小量改动，就能够有效抑制微动疲劳，提 高车轴寿命的技术方案，既经济又实用，解决了技术难题，意义重大。 上述实施方式仅用以说明本实用新型所述技术方案而非限制，尽管参照较佳实施 例对实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技 术方案进行修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求一种机车轮对的车轴结构，所述车轴靠近二轴端设有用于安装车轮的轮座及与其紧邻用于安装齿轮的齿轮座，所述轮座与车轮间、所述齿轮座与齿轮间采用过盈配合结构，其特征在于，该车轴两端的轮座与齿轮座之间过盈配合与非过盈配合交界处均开设有卸荷槽。
2. 如权利要求1所述的机车轮对的车轴结构，其特征在于，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。
3. 如权利要求1所述的机车轮对的车轴结构，其特征在于，所述车轴为SS3B、SS4机车整体轮对车轴，所述车轴的轮座直径4n为243mm，所述齿轮座直径小12为245mm。
4. 如权利要求l所述的机车轮对的车轴结构，其特征在于，所述卸荷槽底径小3为237mm、半径R为20mm、深度为3mm。
5. 如权利要求1所述的机车轮对的车轴结构，其特征在于，所述卸荷槽的粗糙度达到RaO.8。
6. —种机车轮对，其特征在于，所述轮对包括车轴及其两端装设的车轮、齿轮，所述车轴靠近两端对称设有安装车轮的轮座及与其紧邻用于安装齿轮的齿轮座，其特征在于，该车轴两端的轮座与齿轮座之间轮座内侧过盈配合与非过盈配合交界处均开设有卸荷槽，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。
7. 如权利要求6所述的机车轮对，其特征在于，所述轮对为SS3B、 SS4机车整体轮对，所述车轴结构的轮座直径小n为243mm，相应地，车轮轮毂孔直径小2为243mm。
8. 如权利要求6所述的机车轮对，其特征在于，所述车轮与所述车轴间的过盈量为0. 27 0. 31mm。
9. 如权利要求6所述的机车轮对，其特征在于，所述卸荷槽底径小3为237咖、半径为R20mm、深度为3mm，粗糙度达到RaO. 8。
10. 如权利要求6所述的机车轮对，其特征在于，所述车轮具有突出悬置在所述卸荷槽上的突悬量，且该突悬量为2mm 7mm。
专利摘要本实用新型公开了一种机车轮对及其车轴结构，所述车轴靠近二轴端设有用于安装车轮的轮座及与其紧邻用于安装齿轮的齿轮座，所述轮座与车轮间、所述齿轮座与齿轮间采用过盈配合结构，其中，该车轴两端的轮座与齿轮座之间过盈配合与非过盈配合交界处均开设有卸荷槽，该卸荷槽的深度大于或等于3mm。本实用新型能够在无需修改轮对齿轮、不改变车轴材质的前提下保持轮对互换性，只需对车轴结构和相应的轮毂孔进行小量改动，就能够有效抑制微动疲劳，提高车轴寿命。
文档编号B60B37/00GK201530272SQ20092017986
公开日2010年7月21日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者吕士勇, 张委袖, 张德忠, 马呈祥 申请人:中国北车集团大同电力机车有限责任公司