分瓣外套轴箱定位节点的刚度调节方法及轴箱定位节点与流程

本发明涉及一种轴箱定位节点的刚度调节方法及结构，具体涉及一种分瓣外套轴箱定位节点的刚度调节方法及轴箱定位节点，属于轨道车辆部件制造技术领域。

背景技术：

轴箱结构是轨道车辆上连接构架和轮对的活动关节，其除了传递各个方向的力和震动外，轴箱结构还须保证轮对能够适应线路状况而相对于构架上下跳动和左右横动。轴箱定位也就是轮对定位，即约束轮对轴箱与构架之间的相互位置，通过轴箱定位，使轴箱在转向架上的位置及活动余地限定在一定范围内,从而正确地把载荷传递并分布到轮对；使轮对转动灵活,转向架顺利通过曲线；利用车体的稳定惯性来牵制、减少轴箱的横向摆动。因此，轴箱定位对转向架的横向动力性能、曲线通过性能和抑制蛇行运动具有决定性的作用，轴箱定位装置的纵向和横向定位刚度选择合适，可以避免车辆在运行速度范围内蛇行运动失稳，保证曲线通过时具有良好的导向性能，减轻轮缘与钢轨间的磨耗和噪声，确保运行安全和平稳。

当轨道车辆在高速通过弯道时，轮对会对钢轨产生很大的横向载荷，如果轴箱定位节点径向刚度过大，则机车轮对会对钢轨产生更大的横向载荷，同时，钢轨也会对轮对产生同样大的横向反作用力而磨损轮缘，也会对轴承产生更大的磨损。但当轴箱定位节点纵向刚度和轴向刚度过小的话又容易造成车辆出现蛇行运动，影响车辆的安全运行。

轴箱的定位方式一般有拉板式、层叠式橡胶弹簧定位、导柱式、转臂式、拉杆式等。转臂式又称弹性铰定位，定位转臂的一端与圆筒形轴箱体固接，另一端以橡胶弹性节点与构架上的安装座相连接，其允许轴箱相对构架有较大的垂向位移，但节点中的橡胶可以提供给轴箱定位系统不同的横向和纵向定位刚度，以适应铁道车辆对于一系定位的纵、横两个方向的不同弹性定位刚度的要求。以何种方法和结构来实现轴箱定位节点在横向和纵向定位刚度上的不同需求，是需要解决的问题。

通过对国内专利进行检索，发现有相关专利，举例如下：

1.专利申请号cn201120377309.4，名称为“一种铁路轨道车轴箱定位弹性节点装置”的实用新型专利公开了一种铁路轨道车轴箱定位弹性节点装置，包括芯轴和轴套，所述芯轴两端均制有光孔，芯轴端头制有防松孔，头部带孔螺栓穿过光孔，所述防松孔和头部带孔螺栓之间设有防松装置，所述芯轴和轴套之间设有弹性装置，所述轴套通过键与转臂式轴箱连接，所述芯轴两端均设有缓冲装置并用端盖压紧。其中弹性装置为弹性橡胶套，缓冲装置为橡胶缓冲垫，通过改变弹性橡胶套的尺寸及硬度以获得不同的纵向刚度和垂向刚度，通过改变橡胶缓冲垫的尺寸和硬度以获得不同的横向刚度。

2.专利申请号cn201110440779.5，名称为“高速铁路货车转向架”的发明专利公开了一种高速铁路货车转向架，包括一构架，所述构架的横向两端分别通过两个一系悬挂系统各自连接一个轮对，所述构架上设有二系悬挂系统和基础制动装置，构架的前、后侧分别设有一个抗蛇形减振器。本发明可同时实现速度200km/h，轴重16.5t；速度160km/h，轴重18t两种等级要求，具有结构简单、通用性强、性能可靠的显著特点。其中提到通过调整转臂弹性橡胶节点的纵、横向刚度可以获得转向架在高速运行所需要的纵、横向刚度值。

3.专利申请号cn200820072552.3，名称为“转向架一系悬挂双拉杆定位装置”的实用新型专利公开了一种转向架一系悬挂双拉杆定位装置，包括轴箱、轴箱弹簧，其特征在于：构架侧梁端部和轴箱上部之间并联设有两个上拉杆组成，构架侧梁的定位座和轴箱下部之间设有y形下拉杆组成，上拉杆组成包括上拉杆和其两端装有的橡胶节点，下拉杆组成包括下拉杆、其y形开口端安装的锥形双层弹性节点、另一端安装的带心轴弹性节点和横向弹性垫及紧固件。本实用新型拉杆两端采用不同的橡胶节点，提供优化的纵向、横向刚度，以实现优良的牵引及曲线通过性能，使列车在直线上能够获得较高的临界速度，在曲线上具有良好的导向性能，并减轻轮缘及钢轨的磨耗。

上述专利1和专利2虽然都提到通过橡胶节点来改变纵向和横向的定位刚度，但都没有公开具体的改变方法和结构。专利1中仅提到通过改变弹性橡胶套的尺寸及硬度以获得不同的纵向刚度和垂向刚度，通过改变橡胶缓冲垫的尺寸和硬度以获得不同的横向刚度，但在弹性橡胶套和橡胶缓冲垫的结构不改变的情况下，尺寸的改变非常有限，而硬度的改变又受材料的限制。专利3通过在拉杆两端采用不同的橡胶节点来提供优化的纵向、横向刚度，使得结构复杂，安装和更换均不方便。因此，上述专利都无法彻底解决当前不同型号和速度的轨道车辆对轴箱定位节点不同刚度变化范围较大的需求，还是需要改进。

技术实现要素：

本发明针对当前的技术中无法彻底解决不同型号和速度的轨道车辆对轴箱定位节点在各向刚度需求范围较大的问题，提出了一种分瓣外套轴箱定位节点的刚度调节方法及分瓣外套轴箱定位节点，在保证轴箱定位节点载荷要求的同时以满足不同车辆对轴箱定位节点各向刚度的不同需求。其中轴箱定位节点的径向包括沿车辆方向的垂向和纵向，轴箱定位节点的轴向即沿车辆方向的横向。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种分瓣外套轴箱定位节点的刚度调节方法，将轴箱定位节点设成在芯轴外侧设置橡胶层、在橡胶层外侧设置分瓣外套、在分瓣外套外侧设置整体外套的结构，其中分瓣外套为分成多块、两两规格相同的圆形套状，包括位于外侧的主体一和位于内侧的主体二，主体一为内部中空的圆柱体，主体二为内部中空的、两端有内凹的斜面的圆形柱体，主体二的外侧和主体一的内侧连接成一个整体；通过调整分瓣外套各参数的值来调整轴箱定位节点各向的不同刚度值，以满足不同型号的车辆对轴箱定位节点在各向的不同刚度需求。

进一步地，调整分瓣外套各参数的值包括：调整分瓣外套主体一的长度l1、调整分瓣外套主体二内侧的长度l2，当l1和l2的值越大时，轴箱定位节点的径向刚度越大；当l1和l2的值越小时，轴箱定位节点的径向刚度越小；其中，l1≥l2。

进一步地，芯轴的结构为：工字型的圆形柱体两端有沿中心轴凸出的安装座，工字型外侧面的两端与中间凹陷部分的连接面为斜面；调整分瓣外套各参数的值还包括：调整分瓣外套主体二内侧面与芯轴最外侧面之间的高度h1，当h1越大时，轴箱定位节点的轴向刚度越大；当h1越小时，轴箱定位节点的轴向刚度越小。

进一步地，分瓣外套与整体外套之间过盈配合，调整分瓣外套各参数的值还包括：调整分瓣外套的外径r，以调整分瓣外套与整体外套之间的过盈量。

进一步地，芯轴、分瓣外套、整体外套均采用刚性材料制作。

一种轴箱定位节点，包括芯轴、橡胶层、分瓣外套、整体外套，橡胶层硫化粘接在芯轴的外侧，分瓣外套设在橡胶层的外侧，整体外套设在分瓣外套的外侧；其中分瓣外套为分成多块、两两规格相同的圆形套状，包括位于外侧的主体一和位于内侧的主体二，主体一为内部中空的圆柱体，主体二为内部中空的、两端为内凹的斜面的圆形柱体，主体二的外侧和主体一的内侧连接成一个整体。

进一步地，当分瓣外套的厚度h2、分瓣外套主体一的长度l1、分瓣外套主体二内侧的长度l2和分瓣外套主体二两端的斜面与内侧面之间的角度a1之间的关系满足h2≥[(l1-l2)/2]*tana1时，分瓣外套主体二外侧的长度等于分瓣外套主体一的长度。

进一步地，当分瓣外套的厚度h2、分瓣外套主体一的长度l1、分瓣外套主体二内侧的长度l2和分瓣外套主体二两端的斜面与内侧面之间的角度a1之间的关系满足h2<[(l1-l2)/2]*tana1时，分瓣外套主体二外侧的长度小于分瓣外套主体一的长度，此时，分瓣外套主体一的厚度h3不少于3mm。

进一步地，分瓣外套规格相同的一部分对称硫化粘接在橡胶层外侧，另外规格相同的一部分对称组装在橡胶层外侧、与硫化粘接的一部分相邻。

进一步地，分瓣外套主体一的长度l1与分瓣外套主体二内侧的长度l2之间的关系为：l1≥l2。

本发明的有益效果是：

1.本发明将轴箱定位节点设置成在芯轴的外侧设有橡胶层、在橡胶层外侧设置分瓣外套、在分瓣外套外侧设置整体外套的结构，通过调整分瓣外套的参数调整轴箱定位节点的刚度，使得轴箱定位节点的刚度匹配关系大范围可调，在轴向和纵向上的刚度可调范围非常大，可以通过调整多个值来实现不同的刚度需求，此种结构和方法既能保证轴箱定位节点的载荷需求，同时也能满足不同型号的车辆对轴箱定位节点在各向的不同刚度需求，扩大了本发明所述产品的使用范围。

2.本发明把分瓣外套设成由多块组合的形式，使分瓣外套柱体内侧面可以低于芯轴工字型的两端的外侧面，更加扩大了轴箱定位节点刚度的可调范围。

3.本发明分瓣外套与整体外套过盈配合，通过调整合适的过盈量，保证压装后分瓣外套与整体外套间的过盈力能够满足车辆运行要求，避免产品使用过程中分瓣外套窜出整体外套的风险。

附图说明

图1为本发明侧视示意图；

图2为本发明实施例一沿图1a-a方向剖视图，为方便查看，芯轴的剖面线未示出；

图3为本发明实施例一分瓣外套整体沿轴向剖视示意图；

图4为本发明实施例二沿图1a-a方向剖视图，为方便查看，芯轴的剖面线未示出；

图5为本发明实施例二分瓣外套整体沿轴向剖视示意图；

其中：1.芯轴，11.安装座，2.橡胶层，21.斜面一，22.斜面二，3.分瓣外套，31.主体一，32.主体二，4.整体外套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

本发明涉及一种分瓣外套轴箱定位节点的刚度调节方法，将轴箱定位节点设成在芯轴1外侧设置橡胶层2、在橡胶层2外侧设置分瓣外套3、在分瓣外套3外侧设置整体外套4的结构，其中分瓣外套3分成多块、两两规格相同的圆形套状，包括位于外侧的主体一31和位于内侧的主体二32，主体一31为内部中空的圆柱体，主体二32为内部中空的、两端有内凹的斜面的圆形柱体，主体二32的外侧和主体一31的内侧连接成一个整体；通过调整分瓣外套3各参数的值来调整轴箱定位节点各向的不同刚度值，以满足不同型号的车辆对轴箱定位节点在各向的不同刚度需求。

将轴箱定位节点设置成多部分组成的结构，能够在大范围内调整轴箱定位节点在纵向和轴向上的刚度，且能够通过多种方式调节各刚度值。

调整分瓣外套3各参数的值包括：调整分瓣外套3主体一31的长度l1、调整分瓣外套3主体二32内侧的长度l2，当l1和l2的值越大时，轴箱定位节点能够承受的径向载荷越大，其径向刚度也越大；反之，当l1和l2的值越小时，轴箱定位节点能够承受的径向载荷越小，其径向刚度也越小；其中，l1≥l2，以保证轴箱定位节点的各部分能正确匹配组装，并保证组装后的稳定性。

分瓣外套3主体二32内侧的长度l2的值在调整时需满足的条件为：当轴箱定位节点承受径向的载荷时，分瓣外套3与橡胶层2之间的接触面必须足够大以使载荷传递到橡胶层2和芯轴1时不会造成橡胶层2和芯轴1的某些部位过载。

由于分瓣外套3是位于整体外套4内部，因此，分瓣外套3主体一31的长度l1的值既要保证轴箱定位节点作为一个整体在车辆运行时的稳固性，又要保证当整体外套4受载时整体外套4两端不会弯曲变形。

芯轴1的结构为：工字型的圆形柱体两端有沿中心轴凸出的安装座11，工字型外侧面的两端与中间凹陷部分的连接面为斜面；调整分瓣外套3各参数的值还包括：调整分瓣外套3主体二32的内侧面与芯轴1的最外侧面之间的高度h1，当h1越大时，轴箱定位节点能够承受来自车辆横向的载荷越大，其轴向刚度也越大；反之，当h1越小时，轴箱定位节点能够承受来自车辆横向的载荷越小，其轴向刚度也越小。将刚性的分瓣外套3设成由多块组合的形式，使分瓣外套3主体二32的内侧面可以低于芯轴1工字型的两端最外侧，更加扩大了轴箱定位节点刚度的可调范围。

调整分瓣外套3各参数的值还包括：调整分瓣外套3的外径r，使分瓣外套3与整体外套4间过盈配合。通过调整合适的过盈量，保证压装后分瓣外套3与整体外套4间的过盈力能够满足车辆运行要求，避免产品使用过程中分瓣外套3窜出整体外套4的风险。分瓣外套3与整体外套4间的过盈量根据过盈力来确定，而过盈力需大于车辆在运行过程中轴箱定位节点受到的轴向力。而分瓣外套3为分成多块的结构，即在加工时先将分瓣外套3加工成整体，然后将分瓣外套3按径向分割为多块，因此在根据过盈量计算外径r时，还需要加上分割时造成损失。

芯轴1、分瓣外套3、整体外套4均采用刚性材料制作。

实施例一

如图1-图3所示，一种分瓣外套3轴箱定位节点，包括芯轴1、橡胶层2、分瓣外套3、整体外套4，橡胶层2硫化粘接在芯轴1的外侧，分瓣外套3设在橡胶层2的外侧，整体外套4设在分瓣外套3的外侧；其中分瓣外套3为分成多块、两两规格相同的圆形套状，包括位于外侧的主体一31和位于内侧的主体二32，主体一31为内部中空的圆柱体，主体二32为内部中空的、两端为内凹的斜面的圆形柱体，主体二32的外侧和主体一31的内侧连接成一个整体。

如图2和图3所示，分瓣外套3的厚度h2、分瓣外套3主体一31的长度l1、分瓣外套3主体二32内侧的长度l2和分瓣外套3主体二32两端的斜面与内侧面之间的角度a1之间的关系为：h2≥[(l1-l2)/2]*tana1，分瓣外套3主体二32外侧的长度等于分瓣外套3主体一31的长度。

分瓣外套3规格相同的一部分对称硫化粘接在橡胶层2外侧，另外规格相同的一部分对称组装在橡胶层2外侧、与硫化粘接的一部分相邻。通过将分瓣外套3部分硫化和部分组装，硫化的部分避免橡胶层2与分瓣外套3之间出现相对运动，保证轴箱定位节点的稳定和避免摩擦；组装部分为轴向和纵向的刚度提供更大的调节空间。

芯轴1的结构为：工字型的圆形柱体两端有沿中心轴凸出的安装座11，外侧面的两端与中间凹陷部分的连接面为斜面。

橡胶层2为中空的工字型结构，且工字型外侧面的两端与中间的内凹面以斜面一21连接，工字型的两端与中空的内侧面之间以斜面二22连接。

橡胶层2硫化粘接在芯轴1外侧，橡胶层2中空的内侧面与芯轴1凹陷部分的外侧面配合、橡胶层2两端内侧的斜面二22与芯轴1外侧的斜面配合。将橡胶层2硫化粘接在芯轴1外侧以保证橡胶层2与芯轴1之间连接的强度，避免轴箱定位节点安装到车辆上运行时橡胶层2和轴箱定位节点之间出现相对运动，硫化后的橡胶层2和芯轴1之间不会产生摩擦，保证轴箱定位节点的使用寿命。

分瓣外套3主体二32的内侧面与橡胶层2外侧中间的内凹面配合、分瓣外套3主体二32的斜面与橡胶层2外侧的斜面一21配合。将分瓣外套3设在橡胶层2的内凹部分，橡胶层2硫化粘接在芯轴1的凹陷部分，避免在车辆的运行过程中轴箱定位节点各部件之间产生轴向相对运动，保证轴箱定位节点在使用过程中的稳定性。

橡胶层2各连接面之间以及橡胶层2与芯轴1和分瓣外套3的匹配面之间均平滑过渡，避免橡胶层2受到挤压时在连接处产生褶皱或者开裂。

整体外套4为中空的圆柱体。分瓣外套3主体一31的外侧与整体外套4的内侧配合。通过整体外套4，将芯轴1、橡胶层2、分瓣外套3和整体外套4约束为一个整体，使轴箱定位节点既能满足载荷需求，又能起到减震作用，提高乘车时的舒适感。

分瓣外套3主体一31的长度l1与分瓣外套3主体二32内侧的长度l2之间的关系为：l1≥l2。

具体地，分瓣外套3主体一31的长度l1为105mm，分瓣外套3主体二32内侧的长度l2为91.5mm；分瓣外套3主体二32的内侧面与芯轴1最外侧面之间的高度h1为6.5mm，分瓣外套3的外径r为123mm。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，区别在于：如图4和5所示，分瓣外套3的厚度h2、分瓣外套3主体一31的长度l1、分瓣外套3主体二32内侧面的长度l2和分瓣外套3主体二32两端的斜面与内侧面之间的角度a1之间的关系为：h2≤[(l1-l2)/2]*tana1，分瓣外套3主体二32外侧面的长度小于分瓣外套3主体一31的长度，主体一31两端有相对于主体二32凸出的凸出端，此时，分瓣外套3主体一31的厚度h3不少于3mm，以保证轴箱定位节点受载时凸出端的强度，避免凸出端变形。

具体的，分瓣外套3主体二32内侧面的长度l2为61.5mm，分瓣外套3主体二32内侧与芯轴1最外侧面之间的高度h1为5mm，分瓣外套3主体一31的厚度h3为4.2mm。

由此可见，本发明具有以下有益效果：

1.本发明将轴箱定位节点设置成在芯轴的外侧设有橡胶层、在橡胶层外侧设置分瓣外套、在分瓣外套外侧设置整体外套的结构，通过调整分瓣外套的参数调整轴箱定位节点的刚度，使得轴箱定位节点的刚度匹配关系大范围可调，在轴向和纵向上的刚度可调范围非常大，可以通过调整多个值来实现不同的刚度需求，此种结构和方法既能保证轴箱定位节点的载荷需求，同时也能满足不同型号的车辆对轴箱定位节点在各向的不同刚度需求，扩大了本发明所述产品的使用范围。

2.本发明把分瓣外套设成由多块组合的形式，使分瓣外套柱体内侧面可以低于芯轴工字型的两端的外侧面，更加扩大了轴箱定位节点刚度的可调范围。

3.本发明分瓣外套与整体外套过盈配合，通过调整合适的过盈量，保证压装后分瓣外套与整体外套间的过盈力能够满足车辆运行要求，避免产品使用过程中分瓣外套窜出整体外套的风险。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。