第3章-动车组转向架-3.7轴箱装置及其定位装置

第3章动车组转向架授课内容第3章动车组转向架3.1转向架概述3.2几种典型的动车组转向架简介3.3转向架构架3.4一系悬挂装置3.5二系悬挂装置3.6轮对装置3.7轴箱装置及其定位装置3.8驱动装置3.9基础制动装置3.10转向架强度分析3.7轴箱装置及其定位装置第3章动车组转向架3.7.1轴箱装置的结构组成及其作用3.7.2轴箱装置的分类3.7.3几种典型轴箱定位装置3.7.4几种典型动车组的轴箱装置1.能解释轴箱装置的结构组成及其作用2.熟悉各类轴箱装置及其定位装置的功能特点3.理解并掌握几种典型动车组的轴箱装置及其定位装置的结构及特点学习知识点学习目标3.7.1轴箱装置的结构组成及其作用第3章动车组转向架(一)轴箱装置轴箱体后盖

轴承前盖轴承环密封板端部垫圈凸缘密封CRH1型动车组轴箱装配示意图1.结构组成轴箱装置是轴承与轴箱的组合体，包括轴箱体、轴箱压盖、轴箱前盖、轴箱后盖、轴承组、橡胶弹性定位节点、轴温检测器及橡胶盖等部件。3.7.1轴箱装置的结构组成及其作用第3章动车组转向架2.作用承受车辆的重量，传递各方向的作用力；轴箱装设在车轴的轴颈上，用来安设轴承，将轮对和侧架或构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；良好的密封性，防止尘土、雨水等物侵入及甩油，从而避免破坏油脂的润滑。保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力。承载、传力、转平、降阻CR400BF型动车组轴箱装置CRH5型动车组轴箱装置3.7.1轴箱装置的结构组成及其作用第3章动车组转向架(二)轴箱定位装置动车组转向架中轴箱定位装置是联系构架和轮对的活动“关节”，安装于构架和轮对之间，负责传递纵向力和横向力，限制构架和轮对之间相对过大的横向位移。动车组转向架轴箱定位装置主要采用转臂式轴箱定位装置，如CRH1型、CRH2型、CRH380A型、CRH380B型、CR400AF型和CR400BF型动车组转向架。转臂式轴箱装置装配示意图车轮车轴制动盘转臂箍轴箱端盖轴箱室节点定位座定位节点装置转臂双圈弹簧组吊钩垂向减震器3.7.2轴箱装置的分类第3章动车组转向架(1)按轴承类型分类1)滑动轴承轴箱2)滚动轴承轴箱：圆柱滚子轴承轴箱（目前客车常用）圆锥滚子轴承轴箱（目前货车、高铁常用）滚动轴承轴箱滑动轴承轴箱3.7.2轴箱装置的分类第3章动车组转向架(2)按定位方式分类1)拉杆式定位 (4)橡胶弹簧定位 (7)干磨擦导柱式2)转臂式定位

(5)固定式 (8)油导筒式3)拉板式定位 (6)导框式固定式导框式干摩擦导柱式油导筒式拉板式转臂式橡胶弹簧定位式拉杆式3.7.2轴箱装置的分类第3章动车组转向架(3)按动车组类型分类1)客车滚动轴承轴箱2)动车组滚动轴承轴箱动车组轴箱轴承主要分为：1)日系轴承：NTN、NSK2)欧系轴承：FAG、SKFNTN轮毂轴承NSK轮毂轴承轴箱SKF轮毂轴承轴箱FAG轮毂轴承轴箱3.7.2轴箱装置的分类第3章动车组转向架3.轴承(1)定义：轴箱轴承是机械装置中的一个重要部件，在铁路车辆、汽车、重型机械等领域应用广泛。它位于轴箱与车轮或传动部件之间，起到支撑、转动和减少摩擦的作用。(2)类型：1)深沟球轴承，可承受径向和轴向载荷，适用于高速运行。2)角接触球轴承，专门满足组合载荷，通常成对出现。3)圆柱滚子轴承，滚动元件为气缸。4)圆锥滚子轴承，能同时处理径向和轴向载荷，常见于汽车轮毂中。(5)调心滚子轴承，适用于不对中或轴偏转的应用。(3)轴承的结构组成动车组轴箱轴承采用的是双列圆锥滚子轴承，它包括内圈、外圈、滚动体和保持架这四个部分。圆锥滚子轴承都是成对使用的，从而相互调节，在动车组轴箱轴承上使用的双列圆锥滚子轴承能够更进一步提升轴承的承载能力且无需调整间隙。外圈保持架滚动体内圈双列圆锥滚子轴承示意图补充知识3.7.2轴箱装置的分类第3章动车组转向架(5)轴承等级SKF工业公司轴承一般分为普通极、P6、P5、P4、SP和UP级。我国生产的轴承分为G、E、D、C四个等级。一般车辆用G级（普通级）与SKF轴承普通级相当。考虑列车的高速运行条件，高速铁路客车的轴承精度等级为P6级，相当于我国的E级轴承。(6)轴承压装与退卸(4)轴承的精度轴承的精度是指基本尺寸精度和旋转精度，轴承的基本尺寸是指内径、外径、套圈宽度、倒角尺寸及尺寸公差等；轴承的旋转精度是指内外圈径向跳动、轴向跳动、内圈端面对内径的垂直度、外径面对端面的垂直度。轴承压装是指将轴承安装到轴或座孔中时，通过加压的方式使轴承牢固地固定在其位置上。压装时，轴承的内圈或外圈通常需要使用专用的工具进行压入，保证安装过程的精确性和轴承的正常工作。轴承退卸是指将轴承从轴或座孔中拆卸出来的过程。退卸时通常采用与压装相反的方法，可以通过加热、冷却或使用专用工具逐步将轴承从轴或座孔中拉出。补充知识3.7.3几种典型轴箱定位装置第3章动车组转向架1.拉杆式定位(1)工作原理通过拉杆中的橡胶垫、套分别限制轴箱与构架之间的横向与纵向位移，从而实现弹性定位。拉杆可以容许轴箱与构架在上下方向有较大相对位移。(2)结构特点1)无摩擦面，不需润滑，且无磨损；2)轴箱与构架间无间隙，纵向和横向均为弹性连接，可防止蛇行运动，并起缓冲作用；3)改善动力曲线通过(轮缘磨耗比导框定位的小)。上拉杆下拉杆双拉杆式定位结构原理图3.7.3几种典型轴箱定位装置第3章动车组转向架(3)结构组成拉杆式轴箱定位装置分为单拉杆式定位装置和双拉杆式定位装置，通过轴箱拉杆分别与轴箱体和构架连接，实现轴箱定位。轴箱拉杆主要由拉杆体、球形橡胶关节等组成。拉杆双拉杆式定位装置单拉杆式定位装置拉杆3.7.3几种典型轴箱定位装置第3章动车组转向架2.转臂式定位(1)工作原理通过橡胶弹性节点容许轴箱相对构架在上下方向有较大位移，而在横向与纵向的位移具有不同的定位刚度，以满足纵、横两个方向不同弹性定位刚度的要求(2)结构特点1)轴箱与构架间无自由间隙和滑动部件，无摩擦损；2)构成的零件很少，分解、组装容易，且维修方便；3)轴箱的上下、左右及前后定位刚度可以各自独立设定，比较容易满足转向架悬挂系统的最佳设计要求，即在确保良好乘坐舒适度的情况下，能够同时确保稳定的高速行驶性能和良好的曲线通过性能。4)转臂式轴箱定位装置目前应用最为广泛，CRH1、CRH2、CRH3、CRH308BL和CR400BF动车组均采用转臂式定位。25T型铁路客车用CW-200K、SW-220K、AM96和CL242-K转向架均采用转臂式轴箱定位装置。转臂式定位结构原理图转臂轴箱车轮制动盘3.7.3几种典型轴箱定位装置第3章动车组转向架转臂式轴箱定位的结构如图所示。图中，L为转臂长度；θ为平衡状态时转臂相对于轨面的倾角。轴箱弹簧置于轴箱顶端，轮轨垂向力主要通过弹簧传递到构架；橡胶弹性节点在轴箱的上方，允许轴箱相对构架有较大的垂向位移，内部的橡胶关节依靠径向、轴向及偏转变形可提供纵向、横向不同的定位刚度，可满足轮对弹性定位的刚度需求，当车辆以欠超高状态通过曲线时，构架外侧增载而内侧减载，构架发生侧滚，通过轴箱转臂将转向架前后轮对撑开，外侧撑开的角度大于内侧，形成外“八”字形。转臂式轴箱定位结构示意图3.7.3几种典型轴箱定位装置第3章动车组转向架转臂式轴箱定位装置由定位转臂和橡胶弹性节点组成，能够实现转向架构架与轮对的垂向相对运动，满足横向、纵向不同程度的定位刚度需求，保证了机车车辆弯道行驶以及加速、刹车时具有较高的稳定性。目前，转臂式轴箱定位装置已经广泛应用于我国高速客车、准高速客车以及高铁动车组，其中包括有我国的25系列铁路客车以及CRH2、CRH3高铁动车组转臂式定位装置转臂橡胶弹性定位节点3.7.3几种典型轴箱定位装置第3章动车组转向架3.拉板式定位(1)工作原理通过薄形定位拉板在纵向和横向上展现出的不同刚度特性，以此来约束构架与轴箱之间的相对运动，从而实现两者之间的弹性定位。(2)结构特点1)拉板式定位采用弹性元件连接轴箱和构架，避免传统定位方式中的金属摩擦和磨损问题；2)通过调整定位拉板的刚度和橡胶节点的性能参数，可以优化轴箱的定位性能，提高动车组的运行稳定性和乘坐舒适度；3)拉板式定位结构相对简单，便于制造和维护。定位拉板拉板式定位结构原理图3.7.3几种典型轴箱定位装置第3章动车组转向架拉板式轴箱定位装置通过调节装置、压板、定位销等组成部分的配合，能够确保精确、稳定地固定轴箱，避免其在工作过程中的位移，适用于多种尺寸和形状的轴箱。日本0系、100系转向架等应用拉板式轴箱定位装置。拉板式定位装置拉板3.7.4几种典型动车组的轴箱装置第3章动车组转向架双层弹性节点弹性节点(内部)横向弹性垫下拉杆组成上拉杆组成弹性节点CRH5型动车组轴箱装置采用双拉杆式轴箱；双拉杆式定位装置的拉杆分上拉杆与下拉杆组件；上拉杆组件由两根拉杆组成，拉杆两端装有弹性节点，组成平行四杆机构，主要承担轴箱纵向弹性定位；下拉杆组件为叉形，三弹性节点，主要承担轴箱横向定位和辅助上拉杆承担纵向定位；拉杆中的橡胶节点刚度决定了一系悬挂的定位刚度。一系悬挂纵、横定位刚度匹配，对转向架的临界速度、直线和曲线的动力学性能均有显著的影响。1.CRH5型动车组的轴箱装置3.7.4几种典型动车组的轴箱装置第3章动车组转向架轴箱纵向外侧设有上拉杆安装座，轴箱纵向内侧设有下拉杆定位座和一系垂向减振器座；轴箱中间前盖和前盖采用了铝合金铸件材料，表面进行了阳极氧化处理，避免了与轴箱体之间的电化学腐蚀；轴箱中间前盖设有垂向挡安装座以及集成传感器安装座；轴箱后盖材料为铸铁件，通过螺栓固定到轴箱体；轴承压盖有轴端装置安装螺纹孔；防尘板过盈装配在车轴轴肩处；轴箱上内、外侧弹簧到车轴中心的距离为分别为234mm和275mmCRH5轴箱前端示意图CRH5轴箱后端示意图3.7.4几种典型动车组的轴箱装置第3章动车组转向架2.CRH380BL型动车组的轴箱装置CRH380BL型动车组的轴箱采用转臂式定位轴箱；轴箱上设有弹簧安装座和垂向减振器座；轴箱采用分体式结构，使用螺栓进行连接，便于轮对的拆卸；轴箱与安装防尘板过盈装配在车轴轴肩处，与轴箱结构形成迷宫式密封，起防尘作用；轴承压板通过高强度螺栓连接在轴端，并有轴端装置安装螺纹孔；前盖轴承轴箱上体密封垫圈分体式轴箱轴箱下体转臂节点一系弹簧座前盖螺栓CRH380BL轴箱示意图3.7.4几种典型动车组的轴箱装置第3章动车组转向架轴箱由球墨铸铁制成，使用自密封式双列圆锥滚子轴承；双列圆锥滚子轴承在动车组高速运行中承受交变的径向和轴向负荷能力较强，同时满足动车组高速运行时对轴承的温度、润滑、密封等条件的要求，有较强的轴承尺寸稳定性。内圈滚子保持架外圈中隔圈双列圆锥滚子轴承结构示意图3.7.4几种典型动车组的轴箱装置第3章动车组转向架双列圆锥滚子轴承具有如下显著的特点：(1)外圈一体，内圈分体。双内圈设计，大大减小了内圈的宽度，可有效降低内外圈不对中时的不利影响。两个内圈之间配有中隔圈，改变中隔圈的宽度可方便调整轴承游隙。(2)滚动体“背对背”配置。滚动体双排布置使得轴承的结构更加紧凑：采用“背对背”配置时，轴承的载荷作用线交点位于轴承的中心线以外，这样交点的跨距较大，与内圈配合的轴所需要的悬臂长度就相应减小，可增大悬臂端的刚性。其次，轴承运行时内部温度增大，采用“背对背”配置时可避免轴受热伸长引起的轴承卡死等故障。(3)可同时承受较大的径向载荷和轴向载荷。内滚道、外滚道、滚子以及内圈挡边均存在一定的锥角，使得轴承承受径向载荷的同时可以抵御一定的轴向载荷，再结合双排滚子布置，使得轴承可承受两个方向的轴向载荷作用。(4)滚子与套圈之间既有“线接触”又有“点接触”，内部接触更复杂。圆锥轴承滚子与内、外滚道间为“线接触”，滚子大端与内挡边间为“点接触。3.7.4几种典型动车组的轴箱装置第3章动车组转向架3.CR400BF型动车组的轴箱装置CR400BF型动车组轴箱采用转臂式定位轴箱轴箱上设有弹簧安装座和垂向减振器座轴箱采用分体式统型结构，转臂与转臂箍配合，共同构成轴箱的定位结构轴箱前盖位于轴箱的两端，与轴箱盖共同封闭轴箱内部空间轴箱上体前盖密封垫圈轴承环分体式轴箱轴箱下体连接长螺栓转臂节点一系弹簧座CR400BF轴箱示意图3.7.4几种典型动车组的轴箱装置第3章动车组转向架CRH380BL与CR400BF均采用转