轨道车辆用转臂节点及其设计方法技术

轨道车辆用转臂节点，包括芯轴、设置在芯轴外周的外套和橡胶层，芯轴的中间段通过橡胶层与外套硫化连接，其特征在于所述的中间段与橡胶层的硫化粘结面呈“W”字型，外套与橡胶层的硫化粘结面呈向外凸出的“V”字型，中间段与橡胶层的硫化粘结面和外套与橡胶层的硫化粘结面的中线均与中间段的径向中线重合，且中间段径向中线位置的径向高度大于中间段端部的径向高度，中间段径向中线位置的径向高度与中间段端部的径向高度的差值为h，h>0。本发明专利技术提高转臂节点的轴向刚度性能和径向刚度性能，调节转臂节点的径向与轴向刚度比值，提高车辆曲线工况下的平稳性，满足转臂节点的使用需求。本发明专利技术还提供一种轨道车辆用转臂节点的设计方法。

【技术实现步骤摘要】
轨道车辆用转臂节点及其设计方法
本专利技术涉及一种轨道车辆用转臂节点及其设计方法，用于转向架一系减振系统中，属轨道交通车辆关键部件制造

技术介绍
转臂节点也称轴箱定位节点，为列车A类关键部件，其性能直接影响车辆运动稳定性，转臂节点因纵向刚度和偏转刚度过大很容易导致轮对磨损。根据轴箱弹簧的位置，转臂式定位又可以分为轴顶弹簧式和跨坐弹簧式定位两种。标准动车组转向架采用的就是轴顶弹簧式定位，该轴箱弹簧座在轴箱体的顶部，其中心线与轮对中心线在一个平面中，起主要的垂向承载作用。转臂节点安装于一系转臂之中时，定位转臂一端与圆筒形的轴箱体固接，另一端通过橡胶弹性制作的转臂节点与焊在构架上的安装座相连接。通过对现有车轴轴承磨损的研究，发现之车辆在高速通过曲线时，轮对会对钢轨产生很大的横向载荷，由于转臂节点是连接一系转臂轴和转向架构架的连接件，所以对轴箱及轴箱内的轴承具有很大的限制性作用，目前的转臂节点的纵向（径向）刚度和偏转刚度过大，这将会使轮对会对钢轨横向载荷进一步加大；同时，钢轨也会对轮对产生同样大的横向反作用力，从而磨耗轮缘；同样，这种横向载荷也会增大轴箱内部的轴承的横向载荷，从而造成轴箱内部的轴承磨损加重。因此要减少轴箱内部的轴承磨损，适当降低转臂节点的纵向刚度是十分有益的，但是如果转臂节点的纵向刚度降低过多，将使得转臂节点连接轴箱与构架的连接限制作用受到影响；这样车辆将会出现车辆蛇形运动，降低平稳性，严重时将会出现脱轨。因此如何选择合适的转臂节点纵向（径向）刚度成为了有效防止轴箱内部的轴承磨损的关键。而转臂节点纵向（径向）刚度的选择很大程度上取决于转臂节点橡胶层的选择，一般对于转臂节点橡胶层的设计都主要是从橡胶层的纵向与轴向刚度比来考虑的，而且都是通过改变橡胶层的布局斜面结构和方式考虑比较多。检索到的相关转臂节点的现有专利文献如下：1、申请号：201510707088.5，一种调整橡胶层预压缩量改变转臂节点刚度的方法，为通过调整转臂节点橡胶层预压缩量防止轴箱轴承磨损的方法，采用两节锥形内孔转臂节点组合结构，通过增加转臂节点橡胶层预压缩量来改变转臂节点不同的轴向刚度性能，并通过增加转臂节点橡胶层预压缩量来提高转臂节点轴向刚度，使得轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，避免偏转刚度和扭转刚度下降，有效降低车轴轴承磨损。通过增加转臂节点轴向刚度，调整整体的转臂节点刚度，同时避免扭转刚度下降，有效降低车轴轴承磨损。2、申请号201711440492.6，一种提高转臂节点径向轴向刚度性能的方法，根据转臂节点所处位置，将转臂节点分成两个硫化体与芯轴压装组合式结构，其中两个硫化体的相互对装在芯轴上，且通过转臂节点外套与转臂节点内套的相对位置实现转臂节点硫化体橡胶体预压缩，转臂节点是通过对转臂节点硫化体同时实施径向压缩和轴向压缩来调整转臂节点径轴向刚度的。现有技术中对转臂节点径向和轴向刚度比的调节设计有限，其径向/轴向刚度比(简称径/轴刚度比)一般限于7∶1左右，无法再进一步进行调节，通过改变转臂节点的结构进一步提高转臂节点径向和轴向刚度性能，调节径向/轴向刚度比，满足转臂节点的使用需求，提高车辆通过曲线工况下的平稳性，是本专利技术的目的。
技术实现思路
本专利技术提供的轨道车辆用转臂节点及其设计方法，提高转臂节点的轴向刚度性能和径向刚度性能，调节转臂节点的径向与轴向刚度比值，提高车辆曲线工况下的平稳性，满足转臂节点的使用需求。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：轨道车辆用转臂节点，包括芯轴、设置在芯轴外周的外套和橡胶层，芯轴的中间段通过橡胶层与外套硫化连接，其特征在于所述的中间段与橡胶层的硫化粘结面呈“W”字型，外套与橡胶层的硫化粘结面呈向外凸出的“V”字型，中间段与橡胶层的硫化粘结面和外套与橡胶层的硫化粘结面的中线均与中间段的径向中线重合，且中间段径向中线位置的径向高度大于中间段端部的径向高度，中间段径向中线位置的径向高度与中间段端部的径向高度的差值为h，h>0。优选的，所述的中间段与橡胶层硫化粘结的面由两个向内凹进的内凹环面组成，两个内凹环面以中间段的径向中线镜像对称分布，两个内凹环面连成“W”字型形状。优选的，所述的内凹环面由端部轴向平面、斜面、轴向平面、内向凹进的凹弧面和内外凸出的凸弧面从中间段端部至中心依次连接组成，且相邻面之间均通过圆角平滑过渡，所述的凸弧面的径向最高点位于中间段径向中线上，凸弧面的径向最高点与端部轴向平面的径向高度差值为h。优选的，所述的外套与橡胶层硫化粘结的面由两个镜像对称的环形斜面连接组成，两个环形斜面之间通过圆角过渡，且从环形斜面最高点位于中间段径向中线上，橡胶层的厚度从环形斜面最高点至环形斜面端部逐渐增大。优选的，所述的外套的端部位于中间段段部的内侧，且外套与中间段间的橡胶外型面为沿轴向内凹进的凹型面，且向内凹进的位置靠近外套。优选的，所述的环形斜面外侧连接沿轴设置的外套轴向平面，所述的外套轴向平面与橡胶外型面间的径向距离d1小于芯轴径向中线处橡胶层的厚度D1。优选的，所述的外套为多瓣结构，且相邻瓣之间的间隙宽度不超过1毫米。以上所述的轨道车辆用转臂节点的设计方法，其特征在于根据转臂节点的轴向承载需求，设计中间段径向中线位置的径向高度与中间段端部的径向高度的差值，从而调节转臂节点的轴向刚度；根据转臂节点的径向承载需求，设计橡胶层的厚度，从而调节转臂节点的径向刚度；根据转臂节点的径向和轴向变形需求，设计中间段径向中线位置的径向高度与中间段端部的径向高度的差值以及橡胶层的厚度，从而调节转臂节点的径向与轴向刚度比值。优选的，所述的“设计橡胶层的厚度是指：设计中间段径向中线处橡胶层的厚度、内凹环面的轴向长度、深度、形状以及环形斜面的斜率，从而设计橡胶层沿轴向的厚度变化。优选的，设计所述的外套轴向平面与橡胶外型面间的径向距离d1，从而调节转臂节点的径向变刚度拐点、设计外套的瓣数以及相邻瓣之之间的间隙宽度，从而调节转臂节点的径向初始刚度。专利技术的有益效果是：1、本专利技术中芯轴的中间段与橡胶层的硫化粘结面呈”W”字型，且中间段径向中线位置的径向高度大于中间端部的径向高度，通过中间段径向中线位置的径向高度来实现转臂节点的轴向刚度，因此可以调节中间段径向中线位置的径向高度与中间段端部的径向高度的差值，从而调节转臂节点的轴向刚度，提高转臂节点的轴向刚度性能，而且外套与橡胶的硫化粘结面呈向外凸出的V字型，调节中间段径向中线处橡胶层的厚度和橡胶层从中间段径向中线至端部的厚度变化，即可调节转臂节点的径向刚度，从而提高转臂节点的径向刚度性能。2、对中间段径向中线位置的径向高度与中间段端部的径向高度的差值和橡胶层的厚度进行综合调节，即调节转臂节点的径向与轴向刚度比值，提高车辆曲线工况下的平稳性，满足转臂节点的使用需求。3、中间段与橡胶层硫化粘结的面由两个向内凹进的内凹环面组成，通过设计内凹环面的轴向长度、深度和形状来调节内凹环面的腔体容积，从而调节橡胶层的变形流动体积，保证承载时橡胶层在外套和中间段之间具有满足的变形流动空间，提高橡胶层的变形流动性能，从而提高橡胶层的疲劳性能，延长橡胶层的使用寿命。4、将外套的两端设计成外套轴向平面，通过外套轴向平面与橡胶外型面的接触，实现转臂节点的径向变刚度，调节外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轨道车辆用转臂节点，包括芯轴（1）、设置在芯轴（1）外周的外套（2）和橡胶层（3），芯轴（1）的中间段（11）通过橡胶层（3）与外套（2）硫化连接，其特征在于所述的中间段（11）与橡胶层（3）的硫化粘结面呈“W”字型，外套（2）与橡胶层（3）的硫化粘结面呈向外凸出的“V”字型，中间段（11）与橡胶层（3）的硫化粘结面和外套（2）与橡胶层（3）的硫化粘结面的中线均与中间段（11）的径向中线重合，且中间段（11）径向中线位置的径向高度大于中间段（11）端部的径向高度，中间段（11）径向中线位置的径向高度与中间段（11）端部的径向高度的差值为h，h>0。

【技术特征摘要】
1.轨道车辆用转臂节点，包括芯轴（1）、设置在芯轴（1）外周的外套（2）和橡胶层（3），芯轴（1）的中间段（11）通过橡胶层（3）与外套（2）硫化连接，其特征在于所述的中间段（11）与橡胶层（3）的硫化粘结面呈“W”字型，外套（2）与橡胶层（3）的硫化粘结面呈向外凸出的“V”字型，中间段（11）与橡胶层（3）的硫化粘结面和外套（2）与橡胶层（3）的硫化粘结面的中线均与中间段（11）的径向中线重合，且中间段（11）径向中线位置的径向高度大于中间段（11）端部的径向高度，中间段（11）径向中线位置的径向高度与中间段（11）端部的径向高度的差值为h，h>0。2.根据权利要求1所述的轨道车辆用转臂节点，其特征在于所述的中间段（11）与橡胶层（3）硫化粘结的面由两个向内凹进的内凹环面（11.1）组成，两个内凹环面（11.1）以中间段（11）的径向中线镜像对称分布，两个内凹环面（11.1）连成“W”字型形状。3.根据权利要求2所述的轨道车辆用转臂节点，其特征在于所述的内凹环面（11.1）由端部轴向平面（A）、斜面（B）、轴向平面（C）、内向凹进的凹弧面（D）和内外凸出的凸弧面（E）从中间段（11）端部至中心依次连接组成，且相邻面之间均通过圆角平滑过渡，所述的凸弧面（E）的径向最高点位于中间段（11）径向中线上，凸弧面（E）的径向最高点与端部轴向平面（A）的径向高度差值为h。4.根据权利要求1所述的轨道车辆用转臂节点，其特征在于所述的外套（2）与橡胶层（3）硫化粘结的面由两个镜像对称的环形斜面（21）连接组成，两个环形斜面（21）之间通过圆角过渡，且从环形斜面（21）最高点位于中间段（11）径向中线上，橡胶层（3）的厚度从环形斜面（21）最高点至环形斜面（21）端部逐渐增大...

【专利技术属性】
技术研发人员：董永，柳禄泱，冯万盛，林胜，黄友剑，刘文松，王睿，张国青，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43