高速轮对轴箱悬挂系统设计

1、兰州交通大学本科毕业设计（论文）摘 要车辆检修随着我国动车组在全路的广泛运用而成为各路局和动车组检修基地的重要任务。作为转向架关键部件，轮对轴箱悬挂系统的检修是动车组各级检修中的重要组成部分，为了保证车辆检修的顺利开展，充分保证动车组的安全运行，需要研究动车组轮对轴箱悬挂系统的加工与检修工艺。本文把CRH2型动车组为研究对象，对其轮对轴箱悬挂系统各部件进行加工工艺分析，并且利用Solidworks软件对其进行三维建模，从而加深对加工工艺的理解。在装配其零部件时，参考现场的安装顺序与配合进行模拟装配，从而可以更好的理解装配工艺。最后，通过查阅资料了解到转向架的检修工艺，并且根据本文的主要设计内容

2、将相关内容整理集合，从而形成以轮对轴箱悬挂系统为一个整体的检修工艺。由于动车组制造业的保密性，几乎所有的轴箱悬挂零部件都没有具体的尺寸，所以全部的三维建模工作都得按照工艺进行，从而可以尽可能的贴近实体零件。但是，这同时也使得三维建模的工作较为困难，其中的不足之处希望可以在以后的工作中得到学习。关键词：高速动车组，轮对轴箱，悬挂系统，检修工艺IABSTRCATAlong with the EMU of our country has been widely used in Railway System, vehicle maintenance has become an important ta

3、sk of the Railway Bureau and the EMU overhaul base. As the key parts of the bogie, the maintenance of the wheelset and axle box suspension system is an important part of EMU at all levels of maintenance. In order to ensure the smooth development of the vehicle maintenance, and fully guarantee the sa

4、fe operation of EMU, we need to study the processing and maintenance technology of EMU wheelset and axlebox suspension system.In this paper, we will use the CRH2 EMU as the research object, make some process analysis on the components of the wheelset and axlebox suspension system, and carry on the t

5、hree dimensional modelling by Solidworks software, so as to deepen the understanding on the process. When assembling the parts, the installation sequence and the fitting of the site are simulated in the assembling, so that we can take better understand of the assembly process. Finally, I understand

6、the process of the bogie overhaul by consulting the data, then I organize related content according to the main design content of this paper, so that I can form a whole overhaul process of the wheelset and axlebox suspension system.Due to the confidentiality of EMU manufacturing industry, there are

7、no specific dimensions for almost all of the axle box suspension parts, so all the work of 3D modeling have to be in accordance with the process, so it can be as much as possible close to the solid parts. However, it also makes the work of 3D modeling more difficult, and I hope that I could learn th

8、e deficiencies in the future.Keywords:High speed EMU; wheelset and axlebox; suspension system; maintenance technologyI目 录摘 要IABSTRCATII目 录III1 绪论11.1 轮对轴箱悬挂系统的发展现状11.2研究轮对轴箱悬挂系统的意义31.3论文研究的主要内容42轮对轴箱悬挂系统选型及造型42.1轮对轴箱悬挂系统的选型42.2 SKTB型转向架轮对轴箱悬挂系统52.2.1 SKTB型转向架轮对的结构52.2.2SKTB型转向架轴箱的结构62.2.3SKTB型转向架一系悬

9、挂装置73轮对轴箱悬挂系统造型93.1轮对轴箱悬挂系统的造型方法93.1.1SolidWorks软件概述93.1.2SolidWorks基本操作103.2轮对的造型113.2.1车轴的组成及其工艺分析113.2.2车轴的造型123.2.3车轮的组成及其工艺分析143.2.4车轮的造型153.3轴箱的造型173.3.1轴箱的组成及其工艺分析173.3.2轴箱体的造型173.3.3轴箱其他组成零件的造型183.4弹簧组的造型193.4.1弹簧组的组成及其工艺分析193.4.2内、外圈簧的造型193.4.3弹簧组其他零部件的造型223.5其他零部件的造型223.5.1垂向减振器的造型223.5.2

10、轴承组的造型243.5.3制动盘的造型243.6本章小结244轮对轴箱悬挂系统装配254.1轮对装配254.1.1轮对组装的技术要求254.1.2过盈量的选取264.1.3压装工艺过程264.1.4Solidworks模拟装配274.2轮对轴箱悬挂装置的装配284.2.1轴箱悬挂装置组装过程284.2.2Solidworks模拟装配284.3轮对轴箱装配图295轮对轴箱悬挂系统的检修305.1检修设备305.2检修工艺分析305.2.1轴箱检修工艺分析305.2.2轴箱弹簧检修工艺分析315.2.3垂向减振器检修工艺分析325.2.4轴承组检修工艺分析325.2.5轮对检修工艺分析325.3本

11、章小结33结论33致谢33参考文献34III41 绪论1.1 轮对轴箱悬挂系统的发展现状我国铁路客车发展大致分为4个阶段:第1阶段为蒸汽机车；第2阶段为内燃机车，； 第3阶段为电力机车；第4阶段为动车组，主要是CRH1、CRH2、CRH3、CRH5及CRH6型动车组1。我国从在1950年前后开始大力发展铁路客车，先后研发出21型客车和25型客车，其最高运行速度也从100km/h渐渐发展到200km/h，客车最高试验速度从 160 km/h逐步提升到321. 5 km/h。客车运行速度能不断提高，试验速度不断被突破的原因，是我国开发出了拥有先进技术和优良性能，并且可以安全可靠地运行的客车转向架。

12、客车采用的主要转向架类型如图1.1所列。与此同时，我国的轮对轴箱悬挂系统即一系悬挂系统也从圆柱钢弹簧悬挂发展到了钢弹簧加转臂式定位轴箱悬挂和垂向液压减振器。见表1.1图1.1 主要类型的铁路客车转向架表1.1 我国一系悬挂发展趋势转向架类型一系悬挂类型202、206、209T、209P干摩擦导柱式轴箱定位209PK无导框支柱式圆弹簧悬挂、油压减振器CW-1、CW-2转臂式轴箱定位、垂向液压减振器206KP轴箱顶簧家转臂定位、垂向液压减振器CRH1双螺旋钢弹簧、转臂式定位、垂向液压减振器、横向减振器CRH2双螺旋钢弹簧、转臂式定位、垂向液压减振器CRH3螺旋钢弹簧、转臂式定位、垂向液压减振器CR

13、H5双组钢弹簧双转臂定位、液压减振器日本上世纪40年代初开始对高速列车转向架进行系统性研究和试验工作，且发展速度十分迅猛。其发展趋势见表1.2。表1.2 日本一系悬挂发展趋势转向架类型一系悬挂类型DT200双圆弹簧及双侧板簧式定位DT203双圆簧加橡胶导柱定位WDT转臂式定位、双圆簧加橡胶定位以及双圆簧单拉板定位德国1890年研制出了第一台标准型客车转向架，该转向架的一系悬挂为轴箱导框加板簧。之后，通过不断地努力和研究，开发出了其他各种各样的转向架，其一系悬挂也从板簧发展到了圆弹簧和液压减振器。1991年开通的第一代ICE1高速列车，其使用的MD530转向架采用了双圆簧的一系悬挂；在1996年

14、研制出了ICE2高速列车，其使用的SGP400型转向架在一系悬挂中采用了垂向液压减振器。具体发展概况见表1.3。表1.3 德国一系悬挂发展趋势转向架类型一系悬挂类型Minden-Deutz双圆簧和双拉板式定位MD530双圆簧和单向双层拉板式定位SGP400螺旋钢弹簧与垂向液压减振器、垂向液压导柱式定位SF500螺旋钢弹簧与垂向液压减振器、转臂式橡胶弹簧节点定位 法国早期转向架使用轴箱导框加均衡梁的结构作为一系悬挂。后来，法国研制出了Y16型、Y20 型等多型转向架。其一系悬挂始终运用橡胶作为主要减振元件。其发展趋势见表1.4。转向架类型一系悬挂类型Y30人字形橡胶堆定位Y32橡胶节点转臂定位Y

15、237橡胶节点转臂定位表1.4 法国一系悬挂发展趋势通过比较，不难发现我国在转向架一系悬挂的发展上早期是落后于其他国家的，但是通过近年来的不断研制，我国的一系悬挂技术已经得到了长足的发展。我国在发展高速列车转向架时，可以借鉴国外先进转向架技术，同时也要结合我国铁路实际情况，对悬挂系统设计参数不断优化，研究新颖的减振器和控制规律，以完全的自主产权为目标开发高速列车，使开发出的高速列车转向架具有中国特点，从而完成转向架悬挂系统技术与国际的全面接轨，成为高铁技术强国，引领世界高铁技术的发展1。1.2研究轮对轴箱悬挂系统的意义铁路客车在整个客运系统中有着不可替代的重要作用，因此在其运行过程中，需要考虑

16、如何让旅客安全的抵达其目的地，在此同时，还得保障旅客的乘坐舒适性。在铁路客运中，铁路客车转向架作为整个系统中最为关键的部件之一，为旅客的乘坐安全性、舒适性承担着主要的责任2,该部件直接承担着客车车体以及相关乘客的所有重量，保证客车可以顺利的运行。在我国铁路客车的研发过程中，转向架不停地在更新换代，向着更稳定、更安全、更舒适的方向发展。作为转向架的重要部件，轮对轴箱悬挂系统的优化是目前国内外的主要研究方向之一。可以说轮对轴箱悬挂系统的参数是影响乘坐舒适度的主要因素，因此在转向架更新换代的同时，对轮对轴箱悬挂系统的优化是必不可少的。1.3论文研究的主要内容本论文主要对整个轮对轴箱悬挂系统进行三维实

17、体模拟造型，并在充分了解其装配工艺后完成模拟装配，对主要零部件进行修造工艺分析并编制其工艺卡片。由于轴箱体的结构比较复杂，运用Solidworks建模有一定的难度，在三维建模中不断熟悉Solidworks软件，并且将工艺体现出来是一个难点。以及经验的不足也使得工艺分析比较有难度。2轮对轴箱悬挂系统选型及造型2.1轮对轴箱悬挂系统的选型轴箱是连接转向架与轮对并传递作用力的关键部件，它起着承上启下的重要作用。具体来说，它必须具有以下作用：（1） 活动关节。连接轮对和构架并且可以使两者之间产生相对移动；（2） 传力。传递牵引力（或制动力）、横向力和垂向力；（3） 活动。使轮对和构架之间可以产生相对的

18、垂向运动和横向运动。 （一）轴箱按轴承类型分为滑动型和滚动型两种，现代机车车辆均使用滚动轴承轴箱，由于滚动轴承拥有下列长处：能明显地降低车辆走行部分的工作条件；减少发生燃轴事故的可能性；减少维修工作；降低运营成本。滚动轴承类型有：圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子轴承（调心轴承）等。高速动车组车辆的轴箱轴承既有采用圆锥滚子轴承的，也有采用圆柱滚子轴承的。由于圆锥滚子轴承具有在承受径向载荷的同时能够传递较大的轴向（即横向）载荷的能力。因此，一般认为当车速超过250km/h时，圆锥滚子轴承更具有优势。 （二）按定位方式分为：1 拉板式定位（日本新干线0系车和100系车）；2 拉杆式定位（CRH5

19、动车组车辆和东风4型内燃机车用）；3 转臂式定位（CRH1和CRH2动车组车辆用）；4 人字形橡胶定位（上海地铁车辆SMC用）；5 叠层圆锥橡胶定位（北京地铁车辆用）；6 导柱式定位；7 导框式定位（老东风型内燃机车用，现代机车车辆上很少使用）。其中，转臂式定位轴箱具有下列长处：a.该型轴箱跟构架间没有自由的间隙和相对的滑动部件，不会产生磨损。b.构成改型轴箱的零件较少，容易拆装，方便维修，定位参数容易精确计算。c.轴箱的上、下、左、右分别可独立设置前后位置刚度和前、后位置刚度，这样容易满足轮对轴箱悬挂系统的最佳设计要求，即可以保证良好乘坐舒适度，又可以保证高速行驶性能，以及良好的曲线通过能力

20、4。为了减轻质量并保证车轴的强度，车轴采用空心车轴。这样可以使超声波探头直接穿过该车轴的中心孔，使探伤容易。考虑到本次设计主要是对悬挂系统的设计，所以选择动车组拖车转向架。因此，在本次设计中，将对CRH2型动车组转向架，即SKTB型转向架进行轮对轴箱悬挂系统的设计。2.2 SKTB型转向架轮对轴箱悬挂系统2.2.1 SKTB型转向架轮对的结构SKTB型动车组拖车转向架轮对组成主要由车轮、车轴、制动盘（轮盘和轴盘）及轴承等组成。因为采用的轴承组自带密封，所以轴承可预先压装在轴颈上。轮对压装完成后，需对其进行动平衡试验。为确保安全可靠，车轮、轴盘等被冷压到车轴上。图2.1 CRH2车轮踏面形状其组

21、成零件如下：1） 车轮SKTB型转向架车轮按JIS E 5402 铁道车辆碳素钢整体碾压车轮设计和生产，车轮采用整体轧制车轮，轮辋厚度为135，踏面外形采用LMA型。新造车轮滚动圆直径为860mm，最大磨耗直径为790mm。在靠轮辋轮侧面790mm圆周上，设置有磨耗到限标识。CRH2车轮踏面外形如图2.1所示。因该转向架采用轮盘、轴盘双制动，车轮辐板两侧需要安装制动盘，所以设计为直辐板车轮。车轮与车轴的装配采用注油压装和拆卸。为保证轮对在装配完成后具有符合规定的压装力，装配后应进行反向压力检验。2）车轴SKTB型转向架车轴按照JIS E 4501铁道车辆车轴强度设计进行设计，按JIS E 45

22、02标准进行生产。为了提高疲劳安全性，采用了高频淬火热处理和滚压工艺。为了在保证强度的同时减轻质量，采用了空心的车轴，这使得探伤更加容易，T车轴如图2.2所示。图2.2 CRH2空心车轴（T车轴）3） 制动盘SKTB型转向架的T轮对在车轮辐板两侧安装整体式锻钢制动轮盘，内外侧轮盘通过均布的12个连接螺栓安装在车轮辐板上。拖车轮对除了设置轮盘外，还设两套制动轴盘。轴盘分为两部分，一个是安装在盘座上的盘毂，另一个是通过螺栓连成一体然后安装在盘毂的制动盘形成，轴盘采用锻钢材料，为上下分体式，不退轮就能完成更换4。2.2.2SKTB型转向架轴箱的结构CRH2动车组采用轴箱和转臂一体式结构，这是为了简化

23、其结构，降低自重和便于维修，并且有利于提高车辆的运行稳定性及便于组装。轴箱装置包括了以下主要部件：轴箱体、轴箱压盖、轴箱前盖、轴箱后盖、轴承组、橡胶弹性定位节点及橡胶盖。轴箱组成如图2.3所示。图2.3 轴箱装置的组成1轴箱体；2轴承；3前盖；4后盖；5支撑橡胶节点；6橡胶盖。1） 轴箱体轴箱体采用铸钢材料，轴承安装在其箱体内，轴箱弹簧安装在其顶部，轴箱转臂的另一端通过压盖与橡胶弹性定位节点连接，构成轮对的定位装置。轴箱内的轴承外圈利用轴箱前后端盖来定位。2） 轴箱前后盖前盖材料为高纯度铝合金铸件，可以降低转向架簧下质量。轴箱后盖采用上下分半结构，材料为锻钢，在与轴箱通过螺栓连接之前先用螺栓将

24、上下连接成完整的挡圈后。3） 轴承组SKTB型转向架使用双列圆锥滚子轴承组，润滑方式为油脂润滑，采用轻接触的双唇自密封结构。轴承组为预加润滑脂的全密封型单元轴承4。2.2.3SKTB型转向架一系悬挂装置SKTB型转向架一系悬挂装置采用转臂式结构，主要包括轴箱弹簧及防雪罩、垂向液压减振器、弹性定位节点弹簧夹板和轮对提吊等零部件，如图2.4所示。图2.4 一系悬挂结构1轴箱体；2弹性定位节点；3后盖（上）；4后盖（下）；5轴箱弹簧；6防雪罩；7夹板（上）；8夹板（下）；9垂向减振器；10橡胶垫；11调整垫；12轮对提吊1. 轴箱弹簧装置及防雪罩轴箱弹簧装置安装在轴箱和转向架构架之间。圆弹簧组传递垂

25、直方向的力，通过调整垫片调整弹簧组使每个车轮的载荷均匀。轴箱弹簧装置包括一个圆弹簧组（由内、外圈弹簧组成）、弹簧j夹板（上、下）、橡胶垫、调整垫。内、外弹簧的旋向相反，轴箱弹簧组结构如图2.5所示。轴箱弹簧为双圈钢螺旋弹簧，弹簧的材质为符合JIS G 4801标准的SUP9A或SUP11A型弹簧钢。为了便于转向架的组装，设置上下弹簧夹板，使圆弹簧组保持在规定的预压缩高度，并保证转向架和轴箱之间的正位。图2.5 轴箱弹簧组组成及参数1外圈弹簧；2内圈弹簧；3防雪罩2. 轴箱垂向减振器垂向减振器安装在每个轴箱和构架之间，与轴箱弹簧形成并联元件，从而构成了轴箱悬挂的阻尼元件。它可以有效的阻止转向架的

26、以高频进行的点头振动。减振器型号为OD42090-1，具体结构如图2.6所示4。安装时大端在上，小端在下。图2.6 轴箱垂向减振器3. 橡胶弹性定位节点图2.7 橡胶弹性定位节点SKTB型转向架的橡胶弹性定位节点为金属橡胶硫化的弹性元件，如图2.7所示。轮对与构架间的横向及纵向相对位移依靠节点橡胶套的变形实现，是直接影响车辆运行稳定性能和曲线通过性能最主要的悬挂件4。3轮对轴箱悬挂系统造型3.1轮对轴箱悬挂系统的造型方法本次设计中，轮对轴箱悬挂系统的造型通过SolidWorks软件来完成。3.1.1SolidWorks软件概述SolidWorks软件从1995开始，现在已经发展到最新的版本So

27、lidWorks2016。自1996年以来，SolidWorks对中国制造企业的产品开发提供了完整的信息和成千上万的解决方案与服务，并且在CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP等多个领域为各个企业部门提供了完备且实用的解决方案3。SolidWorks软件包含了零件建模、装配、工程图等模块，SolidWorks首创了自上而下的全相关设计，并凭借高效运行的装配设计使之成为使用技术。3.1.2SolidWorks基本操作SolidWorks采用了Windows图形用户界面，易于学习。其界面由以下五个部分组成：1） 菜单栏。菜单大概包括全部的命令。默认情况下，菜单是隐藏的。想使菜单显示，只要

28、将鼠标移到SolidWorks图标上或单击即可。2） CommandManager命令管理器。CommandManager用来管理常用工具栏，单击位于命令管理器下面的选项卡时，它将显示出命令管理器的工作栏。例如，如若单击“特征”选项卡，特征工具栏就会显示。3） FeatureManager设计树。在设计树中可以显示特征创建的顺序、草图、参考平面等相关信息。我们可以在软件的设计树中选定和编辑特征、草图、工程视图和构造几何线等。4） 前导视图工具。提供前视、轴测图等操纵视图查看方式所需的所有工具。5） 任务窗格。SolidWorks的“任务窗格”类似Windows菜单，包含3个面板：“SolidW

29、orks资源”“设计库”和“文件夹资源管理器”。通过面板访问现有几何体，可以在界面中打开/关闭及从默认点拖动。SolidWorks的主要术语如下。（1） 实体建模实体建模就是在计算机中用一些基本元素来构造机械零件完整几何模型的方法。实体模型包含了完整描述模型的边和表面所必需的几何信息。除去几何信息以外，它还包括了关联这些几何体的拓扑关系。（2） 基于特征特征为单个三维几何体，有些特征由草图生成，如凸台和切除特征：有些特征则为修改特征而成的几何体，如抽壳和圆角特征。基于特征造型就是依次生成各种特征并将其组合成所需零件的方法。（3） 尺寸驱动通过改变尺寸数值就可以使几何形状发生改变，尺寸标注不再只

30、是“注释”，而是用来驱动的“参数”，因此不但可使模型充分展现设计人员的设计意图，而且还能够迅速而方便地修改模型。（4） 全约束全约束是指将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束和几何关系约束来实现对几何形状的完全控制。SolidWorks支持平行、垂直、水平、竖直、同轴心和重合等几何约束关系，通过使用约束关系，设计者可以在设计过程中实现和维持诸如“拉伸到下一面”或“对称”之类的设计意图。（5） 全相关SolidWorks零件模型对工程图和装配体的修改会自动回馈到模型中。3.2轮对的造型SKTB型转向架T轮对由车轴、车轮、制动盘盘毂、制动轴盘、制动轮盘、轴承组等组成。下文会对其中的主要零部件三维建

31、模过程进行展示。3.2.1车轴的组成及其工艺分析1.车轮的组成车轴作为转向架轮对中重要的组成部分之一，直接影响列车运行的安全性，又是转向架簧下质量的主要组成部分，尤其是对于高速列车，降低簧下部分的质量对改善列车运行平稳型和减小轮轨之间作用有重要影响。因此，高速列车车轴可采用空心车轴，和实心车轴相比，空心车轴会减轻20% 40%的质量，一般可以减轻重量60 100kg。车轴由外向里各部分的名称如下（见图3.1）：1） 轴颈，滚动轴承的安装位置，承担着车辆重量，并传递各方向的静、动载荷。2） 防尘板座，是车轴与防尘挡圈配合的部位，该部分的直径比轴颈直径大，比轮座直径小，是轴颈与轮座的中间过渡部分，

32、起着减小应力集中的作用。3） 轮座，是车轴与车轮配合的部分。4） 轴身，是车轴中央部分，该部分所受的应力较小。其上通常设有安装制动盘的制动盘座。图3. 车轴各部分名称1轴颈；2防尘板座；3轮座；4轴身；5制动盘座图3.1 车轴各部分名称1轴颈；2防尘板座；3轮座；4轴身；5制动盘座2.车轴的材质为棒料LZ40，其加工工艺过程如下：（1） 加工车轴两端面和中心孔；（2） 车轴粗加工；（3） 车轴颈、防尘板座、轮座、轴身、制动盘座及端面倒角，并对各轴肩进行加工；（4） 修整两端顶尖部位，精车轴颈控制其长度；（5） 粗磨车轴；（6） 滚压车轴抱轴瓦部分和相邻轴肩部分。3.2.2车轴的造型（1） 拉伸

33、轴胚在前视基准面上建立草图，以坐标原点为圆心画出204mm的圆，退出草图，拉伸轴胚，两侧对称拉伸2382mm。得到外形为204mm2382mm的圆柱体，即轴胚。（2） 中心通孔选择轴胚端面，建立草图，以其端面圆心为基准画出54mm的圆，退出草图，拉伸切除，拉伸深度选择到下一个面。（3） 切轴颈再次选择轴胚端面，建立草图，以其端面圆心为基准画出130mm的圆，退出草图，拉伸切除，反侧切除，拉伸深度选择给定深度，并且将深度设定为271mm。（4） 切防尘板座选择切轴颈后形成的轴肩端面，建立草图，以其端面圆心为基准画出167mm的圆，退出草图，拉伸切除，反侧切除，拉伸深度选择给定深度，并且将深度设定

34、为90mm。（5） 切轮座选择切防尘板座后形成的轴肩端面，建立草图，以其端面圆心为基准画出202的圆，退出草图，拉伸切除，反侧切除，拉伸深度选择给定深度，并且将深度设定为193mm。（6） 切轴身选择切轴身后形成的轴肩端面，建立草图，以其端面圆心为基准画出182mm的圆，退出草图，拉伸切除，反侧切除，拉伸深度选择给定深度，并且将深度设定为254.5mm。（7）切轴身2在前视基准面上建立草图，以坐标原点为圆心画出184mm的圆，退出草图，拉伸切除，反侧切除，拉伸深度选择给两侧对称，并且将深度设定为485mm。（8） 镜像以前视基准面为镜像基准面镜像切轴颈、切防尘板座、切轮座、切轴身特征。（9）

35、圆角及倒角和轴端螺纹孔图3.2 车轴造型过程对各轴肩部分和中心通孔进行圆、倒角，在轴端建立草图并在96mm的圆上等距阵列3个点，退出草图后使用异型孔向导打出三个螺纹孔，镜像后在另一端钻出相应的三个螺纹孔。其造型过程如图3.2所示。3.2.3车轮的组成及其工艺分析1.车轮的组成车轮作为车辆的最终受力零件。它承受车辆的载荷且将其传递给钢轨，并在钢轨上转动，从而完成车辆的运行。其性能的好坏，直接影响行车安全。SKTB型转向架车轮采用整体辗钢车轮，它的组成包括以下几个部分：（1） 轮缘：车轮内侧面的径向圆周突起部分，称为轮缘。（2） 踏面：车轮与钢轨面相接触的外圆周面，具有一定的斜度。（3） 轮辋：车

36、轮具有完整踏面的径向厚度部分，以保证踏面内具有足够的强度，同时也便于加修踏面。（4） 轮辐板：连接轮辋与轮毂的部分，呈板状。SKTB型转向架车轮为直辐板，从而可以比较容易安装制动轮盘。（5） 辐板孔：在SKTB型转向架车轮上，辐板孔的作用是用来紧固安装在辐板上的制动轮盘。（6） 轮毂：车轮中心圆周部分，固定在车轴轮座上，为车轮整个结构的主干与支承。（7） 轮毂孔：用于安装车轴。该转向架车轮采用了LMA磨耗型踏面，磨耗型踏面是在研究和改进锥形踏面的基础上发展起来的。各个国家列车运行的实践证明，锥形踏面车轮的初始轮廓在运行中将很快磨耗，但当磨耗呈一定形状后，车轮与钢轨的磨耗都变得慢下来，之后的形状

37、将保持相对稳定。假如车轮踏面从起初就做成类似于磨耗形成的稳定形状，即磨耗型踏面。磨耗型踏面可明显减小轮轨的磨损，既能保证列车横向稳定的直线运行，也有利于曲线的通过。2. 车轮的加工工艺过程车轮的材质为CL50，一直由两道工序加工完成, 即：（1） 先加工内壳面、内辐板、轮缘、内辋面；（2） 然后翻过来找正，加工外壳面、外辐板、外辋面、踏面及孔。 3.2.4车轮的造型（1） 拉伸轮胚选择前视基准面，建立草图，以坐标原点为圆心绘制950mm的圆，退出草图，拉伸实体，拉伸深度选择两侧对称，并将距离设置为152mm。（2） 切左辐板选择右视基准面，建立草图，绘制如图3.3所示的草图，退出草图，旋转切除

38、，旋转基准选择草图中的轮胚中心线，旋转360度。（3） 切右辐板再次选择右视基准面，建立草图，绘制如图3.4所示的草图，退出草图，拉伸切除，旋转基准选择草图中的轮胚中心线，旋转360度。镟踏面选择右视基准面，建立草图，按照LMA踏面外形绘制如图3.5所示的草图，退出草图，旋转切除，旋转基准选择草图中的轮胚中心线，旋转360度。（4） 打轮毂孔选择轮胚中心轮毂左侧端面，建立草图，以其圆心为基准绘制200mm的圆，退出草图，拉伸切除，拉伸深度选择拉伸到下一个面。（5） 切油槽选择前视基准面，建立草图，以坐标原点为圆心绘制204mm的圆，退出草图，拉伸切除，拉伸深度选择两侧对称并将距离设置为10mm

39、。（6） 钻轮盘安装孔选择左侧辐板面，建立草图，绘制如图3.6所示草图，退出草图，拉伸切除，拉伸深度选择拉伸到下一个面。圆周阵列，等距阵列，共6个，360度。图3.4 右辐板旋转切除草图图3.3 左辐板旋转切除草图图3.5 踏面旋转切除草图图3.6 轮盘安装孔草图其造型过程如图3.7所示。图3.7 车轮造型过程3.3轴箱的造型3.3.1轴箱的组成及其工艺分析1.轴箱的组成轴箱装置由轴箱体、轴箱前盖、轴箱后盖、橡胶弹性定位节点、轴箱体节点压盖等部件组成。2. 轴箱的加工工艺过程由于轴箱体为轴箱的主要组成部件，下文将主要对轴箱体进行加工工艺过程的分析。需要两次装夹来实现轴箱体的加工，即通过两个工位

40、来完成其加工过程。其材质为ZG25MnNi，是铸造件，因此该轴箱体的拉伸和延展性等力学性能较高，但是同时又存在着夹砂等铸造缺陷，而此类缺陷又容易使刀具发生损坏，最终影响工件的加工精度。（1） 一工位平装。将轴箱体延径向旋转90度平放，利用胚料粗加工之后的内孔，使用一面两销定位加紧方式，见图3.8。在此工位中，将完成弹簧定位圆柱、轴箱体底面和减振器定位座各部分的尺寸的加工，同时钻此工位的各部分螺纹孔。图3.8 平装夹具示意图图3.9 立装夹具示意图（2） 二工位立装。将轴箱体延径向旋转180度倒立立放，并利用弹簧定位圆柱、轴箱底面和节点的活动定位来装夹工件，见图3.9。在此工位中，将完成轴承孔的

41、孔径、轴箱两端面、节点半圆孔及其两端面的各部分尺寸、内侧倒角的加工，同时还要钻出此工位的各部分螺纹孔。3.3.2轴箱体的造型由于轴箱体的加工工艺主要是对经过预加工的铸钢胚料进行机械加工，所以先按照图纸绘制出其铸钢胚件，见图3.10。之后的建模工作基本按照工艺进行。（1） 平装工位车弹簧定位圆柱的外圆面并钻出其中心的孔，铣减振器定位座的上下两个端面，并攻出其螺纹孔，钻出节点孔与节点压盖连接部分的螺柱安装孔。（2） 立装工位铣轴箱两侧的各个端面，镗轴承孔、油槽等，镗节点孔，攻出轴箱端面的螺纹孔。图3.10 轴箱体造型过程3.3.3轴箱其他组成零件的造型轴箱其他的零件主要有轴箱前盖、轴箱后盖、橡胶弹

42、性定位节点和节点压盖。其工艺分析及实体造型过程如下。（1） 轴箱前盖图3.11 轴箱前盖轴箱前盖的材质为高纯度的铝合金铸件，材料编号AC4CH-T6（JIS H 5702），由于该材料为日本标准铝合金材料，通过查中日材料对照表，查得其对应的国标材质为铝合金6061T-4（GB）。铸造时采用金属模具，成型后对端面进行机械加工，最后在钻出相应的螺栓定位孔即可。其三维造型见图3.11。（2） 轴箱后盖图3.13 轴箱后盖（下）图3.12 轴箱后盖（上）轴箱后盖的材质为锻钢，材料编号S45C，由于该材料属于日本标准钢号，通过查中日钢号对照表，查得其力学性能相近的对应国标材质为45钢。此轴箱后盖为上下分

43、体式结构，安装时，先找准定位基准然后用螺栓连接起来使用。在锻造出有基本外形的胚件后，对其端面、内圆面和外圆面进行机加工，并钻出相应的螺栓定位孔。其三维造型见图3.12和图3.13。（3） 橡胶弹性定位节点此橡胶弹性定位节点为金属-橡胶硫化形成的具有弹性的元件。根据图纸绘制后，其三维造型见图3.14。（4） 节点压盖节点压盖与轴箱体采用同样的材料（ZG25MnNi）和加工过程，即铸造出胚体之后对其进行机械加工，铣端面，钻螺柱定位孔。其三维造型见图3.15。图3.15 节点压盖图3.14 橡胶弹性定位节点3.4弹簧组的造型3.4.1弹簧组的组成及其工艺分析弹簧组由一个圆弹簧组（内圈簧和外圈簧）、弹

44、簧上夹板、弹簧下夹板、橡胶垫、调整垫组成。其中内圈和外圈弹簧的旋向是相反的，弹簧的材质采用符合JIS G 4801标准的的SUP9A或SUP11A型弹簧钢，通过查中日钢号对照表，查得其对应的国标材质为50Cr。螺旋弹簧的制造工艺过程为：加热卷圈热处理强化处理磨支撑圈。3.4.2内、外圈簧的造型由于本次设计按照工艺仿真进行三维造型，所以在螺旋弹簧的建模时采用“三段直线扫描”的方法，该方法参照弹簧卷制工艺过程，弹簧是由簧条圆绕三条首尾相连的直线扭转而成的，基本思路是“先滚子后卷簧再磨圈”，其造型过程为：先在3个草图中绘制三条首尾相连的直线（滚子中心线），再绘制簧条圆，然后利用扫描特征中的沿路径扭转

45、命令依次创建弹簧基体（下支撑圈工作圈上支撑圈），最后利用反侧拉伸切除特征磨平支撑圈。下面以内圈簧的造型展示螺旋弹簧的造型过程：1.绘制滚子中心线（1）下支撑圈滚子中心线：选择前视基准面，建立草图。以草图原点为基准绘制竖直直线。单击智能尺寸，标注直线高为13mm（簧条半径），随后退出草图。（2）上支撑圈滚子中心线：再次选择前视基准面，在前一条直线上方绘制竖直直线。为两条直线添加“共线”和“相等关系”。单击智能尺寸，标注两直线端点距离为弹簧自由高240mm，然后退出草图。（3）工作圈滚子中心线：在前视基准面上绘制与将上面的两条直线首尾相连的直线，退出草图。2.卷下支撑圈（1）绘制簧条圆：选择前视基

46、准面，在绘图区滚子中心线右侧绘制簧条圆。以草图原点为基准，向下绘制竖直直线，并设为构造线。按键，单击草图原点和簧条圆圆心，添加“水平”关系；单击智能尺寸，单击簧条圆和构造线，并将鼠标移动到构造线左侧单击标注对称尺寸为弹簧中径143mm，完成簧条圆定位。再单击簧条圆，标注其直径为26mm，退出草图。（2）扫描下支撑圈：选择扫描特征工具，单击簧条圆草图作为扫描轮廓，单击下支撑圈滚子中心线草图作为扫描路径，在选项卡中设“方向/扭转控制”为“沿路径扭转”；“定义方式”为“旋转 0.5”（即旋转0.5圈），确定后即完成了下支撑圆的扫描。3.卷工作圈（1）绘制簧条圆：选下支撑圈上端的平面作为草图平面，建立

47、草图，单击转换实体引用，将边线投影成簧条圆，退出草图。（2）扫描工作圈：选用扫描特征工具，单击簧条圆草图作为扫描轮廓，单击工作圈滚子中心线草图作为扫描路径，在选项卡中设“方向/扭转控制”为“沿路径扭转”；“定义方式”为“旋转 4.4”（即旋转4.4圈），用扭转方向按钮调整扭转方向后确定，即完成了卷工作圈的绘制过程。4.卷上支撑圈（1）绘制簧条圆：选工作圈上端的平面作为草图平面，建立草图，单击转换实体引用，将边线投影成簧条圆，退出草图。（2）扫描工作圈：选用扫描特征工具，单击簧条圆草图作为扫描轮廓，单击上支撑圈滚子中心线草图作为扫描路径，在选项卡中设“方向/扭转控制”为“沿路径扭转”；“定义方式

48、”为“旋转 0.5”（即旋转0.5圈），用扭转方向按钮调整扭转方向后确定，即完成了卷上支撑圈的绘制过程。5.磨支撑圈（1）绘制磨簧矩形：选下支撑圈端面作为草图平面，建立草图。绘制矩形。按键，单击草图原点和矩形下边线，添加“中点”关系；单击矩形右边线和下支撑圈圆线，添加“相切”关系；单击打开特征树中扫描3，右单击上支撑圈滚子中心线草图，选择显示按钮使草图显示，单击矩形上边线和支撑圈滚子中心线的上端点，添加“中点”关系，退出草图。（2）反侧切除磨圈：选择拉伸切除工具，设“方向1”为“完全贯穿”，并选中“反侧切除”复选框，“方向2”也为“完全贯穿”，确定后完成磨圈。图3.16 螺旋弹簧造型过程其造型

49、过程见图3.16。6.配置螺旋弹簧工作状态图3.17 弹簧配置结果在特征树中，鼠标右键单击选定“注解”，然后选择“显示特征尺寸”。在绘图区中右单击“自由高”尺寸，选择“配置尺寸”，参照图2. 配置弹簧的自由高和工作高。弹簧配置结果如图3. 所示。3.4.3弹簧组其他零部件的造型上下夹板和弹簧立柱以及调整垫由于其加工工艺较为简单，都是机械加工锻造好的胚件，所以在这里不做赘述，其三维造型和橡胶垫的三维造型见图3.18。32154图3.18 弹簧组其他零部件造型1弹簧上夹板；2弹簧下夹板；3弹簧立柱；4橡胶垫；5调整垫3.5其他零部件的造型其他零部件有垂向减振器、制动轮盘、制动轴盘、制动轴盘盘毂和轴

50、承组。这些零件的造型有的较为简单，有的则为不需要加工的零部件，因此下文将只展现其三维造型结果。3.5.1垂向减振器的造型垂向减振器由减振器内筒、减振器外筒、缓冲橡胶套、定位拉杆处的缓冲橡胶和定位拉杆组成。其零件三维造型结果见图3.19。32165图3.19 垂向减振器零部件造型1减振器外筒；2减振器内筒；3减振器缓冲橡胶；4拉杆缓冲橡胶；5缓冲器定位拉杆上述零件装配成一体后形成完整的垂向减振器。见图3.20。图3.20 垂向减振器3.5.2 轴承组的造型轴承组由轴承，轴承压盖防尘挡圈组成。其三维造型见图3.21。321图3.21 轴承组零部件造型1轴承；2防尘挡圈；3轴承压盖3.5.3制动盘的

51、造型制动盘包括制动轮盘、制动轴盘和制动轴盘盘毂，其中制动轴盘为分体式结构，通过螺栓螺母紧固形成一体安装在提前压装好的盘毂上。制动盘的三维造型见图3.22。312图3.22 制动盘造型1制动轮盘；2制动轴盘；3制动轴盘盘毂3.6本章小结本章主要对此次设计中主要零部件的制造工艺进行了简单的分析，并将在Solidworks软件中实现三维建模的过程展现出来。由于本人对此软件的运用理解还有一定的缺陷，所以建模中也遇到很多问题，比如在三维实体上进行圆角操作时，有交集的部分会出现计算错误；绘制草图时画出多余的构造线等问题。此外，在对零部件的制造工艺进行分析时，由于自身相关经验的缺乏，使得分析过程较为简单。4

52、轮对轴箱悬挂系统装配4.1轮对装配轮对的装配，也就是轮对的压装过程，是在压力机上将车轴（制动盘座部、轮座部）压入制动盘盘毂孔及车轮轮毂孔内，从而成为一个整体的工序。在压装过程中，可借助于压力表所指示的压力和自动记录器画出的压力曲线来判断过盈配合的连接质量。4.1.1轮对组装的技术要求轮对的压装质量，与行车安全息息相关，因此在装配过程中应严格按下列要求进行检查。（1） 车轮、车轴、制动盘组成应符合按规定程序审批的图纸及技术条件的要求。车轴轮座及制动盘座部的表面粗糙度应达到Ra1.6m，而相应的轮毂孔、制动盘毂孔的表面粗糙度应达到Ra6.3m。轮座与制动盘座的圆柱度不得超过0.05mm。圆度不得超

53、过0.02mm，直线度不得超过0.015mm。轮座与盘座间轴身粗糙度为Ra3.2m，而其余轴身部分粗糙度为Ra6.3m。轮毂孔直线度0.02mm，圆柱度0.05mm，相对滚动圆基准面径跳0.1mm5。（2） 轮对组装应按TB/T 17181991中有关规定执行，并应采用突悬方式。其轮轴压装的最后压力为665.421045.66kN（67.9106.7t）且由合格的压装曲线。制动盘的压装应该参照车轮的要求，并且应当使用突悬方式，其压力的最终压力为196392kN（2040t），其压力曲线仅供参考，没有相应的标准5。（3） 组装后轮对组成的技术要求（图4.1）1 同一轮对的两车轮直径差0.5mm；

54、2 轮位差| l1-l2 |1mm；3 盘位差| l3-l4 |2mm;4 轮对内侧距L为（13532）mm，压装后测量轮缘内侧的三点距离之差不大于1mm；5 两车轮残余静不平衡位置相位差为180；6 两制动盘残余静不平衡位置相位差为1807 两车轮滚动圆相对轴中心线径向跳动应0.3mm；8 两车轮轮辋内侧面相对轴中心线端面跳动应0.8mm；9 制动盘安装螺栓的拧紧力矩应符合图纸规定的要求。图4.1 轮对的内侧距轮对差及盘位差 （4）轮对的动平衡轮对组装完成后应进行动平衡实验。轮对残余不平衡量值75gm时，应当使用去重法进行动平衡校正，即拆除部分配重块的方法来实现轮对的动平衡。4.1.2过盈量的选取要使轮轴压装之后能够结合的足够紧密，车轴轮座部分的直径需要大于车轮轮毂孔的内径，而这个差值就是轮轴过盈量，选取了合适的过盈量后，可以使轮轴作为一个整体进行装配，这时，两者之间不会产生相对位移，保证了行车的安全；但是，如果过盈量过大，就会在轮轴之间产生过于大的应力，并且会使车轮轮毂孔部分发生塑性变形，因此