圓錐配合在軌道客車轉(zhuǎn)向架中的應(yīng)用及加工工藝研究

姚偉 王成菲 張克木 姜帆

摘要：本文從圓錐配合的確定形式與特點(diǎn)入手，簡(jiǎn)要介紹了圓錐配合在軌道客車轉(zhuǎn)向架中的主要應(yīng)用部位，并分別對(duì)轉(zhuǎn)向架車輪、車軸及抗側(cè)滾扭桿裝置安裝孔的加工工藝進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：圓錐配合；軌道客車；轉(zhuǎn)向架；車輪車軸；抗側(cè)滾扭桿裝置安裝孔；加工工藝

轉(zhuǎn)向架是軌道客車上的一個(gè)關(guān)鍵零部件。其工作條件差、受載復(fù)雜，不僅傳遞來(lái)自電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，還要承受來(lái)自客車車廂以及軌道的垂向、橫向載荷。因此轉(zhuǎn)向架的加工精度及裝配質(zhì)量，對(duì)軌道客車特別是高速動(dòng)車組、城鐵車輛的運(yùn)行安全及壽命影響很大。

1 圓錐配合形式及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 錐度計(jì)算公式

其中D為大端直徑，d為小端直徑，L、l分別對(duì)應(yīng)錐度長(zhǎng)，α為錐角。

1.2 圓錐配合確定形式

圓錐配合確定形式主要有結(jié)構(gòu)型與位移型兩種。

結(jié)構(gòu)型圓錐配合分為由軸肩接觸確定最終位置與結(jié)構(gòu)尺寸基準(zhǔn)平面確定最終位置兩種，可形成間隙配合、過(guò)盈配合、過(guò)渡配合，其配合性質(zhì)完全取決于相互結(jié)合的內(nèi)、外圓錐直徑公差帶的相對(duì)位置。

位移型圓錐配合分為作一定軸向位移確定軸向位置與施加一定裝配力確定軸向位置兩種，可形成間隙配合、過(guò)盈配合，通常不用于形成過(guò)渡配合，其配合性質(zhì)是由內(nèi)、外圓錐的軸向位移量或裝配力決定。配合性質(zhì)與相互結(jié)合的內(nèi)、外圓錐直徑公差帶無(wú)關(guān)，直徑公差僅影響接觸的初始位置和終止位置及接觸精度。

1.3 圓錐配合特點(diǎn)

（1）圓錐配合對(duì)中心性能好，即容易保證配合的同軸度要求。圓錐配合只要軸向壓緊，就可以消除間隙，能使錐孔與錐軸的中心線重合，即使多次裝拆也不會(huì)使同軸度降低。

（2）圓錐配合方式可以調(diào)整。通過(guò)內(nèi)、外圓錐面的軸向位移，可以調(diào)整間隙或過(guò)盈來(lái)滿足不同的工作要求，從而延長(zhǎng)使用壽命。

（3）圓錐配合在軸向力的作用下，具有較好的自鎖性和密封性，當(dāng)錐角C<3°時(shí)，能夠傳遞很大扭矩，且傳動(dòng)副簡(jiǎn)單可靠，裝拆方便。

2 圓錐配合在軌道客車轉(zhuǎn)向架應(yīng)用部位

2.1 聯(lián)軸節(jié)與牽引電機(jī)、齒輪減速箱圓錐配合

聯(lián)軸節(jié)與牽引電機(jī)、齒輪減速箱圓錐配合在所有軌道客車轉(zhuǎn)向架上均有應(yīng)用，錐度均為1：50。配合方式均為過(guò)盈配合，大多數(shù)屬于基準(zhǔn)平面確定最終位置的結(jié)構(gòu)型圓錐配合。

2.2 車輪車軸圓錐配合

車輪車軸的圓錐配合在大多數(shù)的上海市地鐵轉(zhuǎn)向架中應(yīng)用，車輪車軸錐度均為1：300。

配合方式為過(guò)盈配合，靠圓錐面間摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，屬于位移型圓錐配合。

2.3抗側(cè)滾扭桿裝置圓錐配合

抗側(cè)滾扭桿裝置圓錐配合目前主要應(yīng)用在100%低地板車型、CRH380、混合動(dòng)力動(dòng)車組及俄羅斯高鐵等項(xiàng)目的轉(zhuǎn)向架上，錐度均為1：10。屬于位移型圓錐配合，通過(guò)螺栓螺母擰緊結(jié)構(gòu)施加一定裝配力來(lái)確定軸向位置。

3 錐孔錐軸加工工藝

因軌道客車轉(zhuǎn)向架聯(lián)軸節(jié)、牽引電機(jī)、齒輪減速箱、側(cè)滾扭桿裝置扭桿與連桿均為供成品件，下面主要對(duì)在本公司內(nèi)部加工的圓錐車輪、車軸及抗側(cè)滾扭桿安裝孔的加工工藝進(jìn)行介紹。

3.1 圓錐車輪、車軸配合及加工工藝

因車輪、車軸均屬于回轉(zhuǎn)類零件，比較適合車削加工。對(duì)于精度要求較高的回轉(zhuǎn)類零件，粗車-半精車-精車工藝是生產(chǎn)中最常用的加工工藝方案。粗車目的是去除大部分的毛坯余量，提高生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)中采用大的切削深度及進(jìn)給量，相對(duì)低的切削速度，粗車一般留加工余量0.2～0.5mm，加工精度一般為IT10～I(xiàn)T14，表面粗糙度為Ra6.3～12.5μm。半精車目的是消除粗車后的表面加工誤差，保證精車有穩(wěn)定的加工余量，半精車一般留加工余量0.05～0.15mm，加工精度一般為IT8～I(xiàn)T10，表面粗糙度為Ra3.2～6.3μm。精車目的是保證零部件尺寸精度和表面粗糙度。在生產(chǎn)中采用小的切削深度及進(jìn)給量，相對(duì)高的切削速度，精車加工精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8，粗糙度可達(dá)Ra0.8～3.2μm。

3.1.1 車輪錐孔加工工藝

車輪錐孔通過(guò)數(shù)控立式車床進(jìn)行加工，根據(jù)以往轉(zhuǎn)向架車輪加工經(jīng)驗(yàn)，車輪輪轂孔小孔端在上，大孔端在下，在輪轂及輪輞位置處支承，使用三角卡盤(pán)在車輪踏面及輪輞上方進(jìn)行夾緊。

首先車刀對(duì)刀后，按照錐度1：300粗車輪輪轂孔一刀，然后在距離輪轂孔的小孔端面20～40mm處，使用千分表測(cè)量并記錄輪轂孔內(nèi)表面位置A點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)數(shù)值，然后將主軸直線下移90mm，測(cè)量并記錄輪轂孔內(nèi)表面B點(diǎn)位置的機(jī)床坐標(biāo)數(shù)值，兩者之差C=B-A，通過(guò)錐度公式及GB/T1804-2000-f精密級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，C值若在0.29mm～0.31mm范圍內(nèi)，則認(rèn)為錐度合格。在首次使用新刀片粗加工時(shí)，使用此方法檢測(cè)，若無(wú)問(wèn)題，則認(rèn)為精加工的錐度也無(wú)問(wèn)題，每次換刀片或者刀片磨損，則再使用該方法進(jìn)行錐度驗(yàn)證，然后經(jīng)過(guò)粗車-半精車-精車來(lái)保證大孔端尺寸。

3.1.2 車軸圓錐輪座加工工藝

車軸圓錐輪座同樣使用設(shè)備精度高的數(shù)控臥式車床進(jìn)行加工，左側(cè)軸端使用專用撥盤(pán)連接，并使用三角卡盤(pán)夾緊，右側(cè)軸端中心孔使用尾座頂尖頂緊，加工時(shí)同樣需要經(jīng)過(guò)粗車-半精車-精車來(lái)保證車軸輪座最大端尺寸。

3.2 抗側(cè)滾扭桿裝置錐孔加工

100%低地板轉(zhuǎn)向架、CRH380B、混合動(dòng)力動(dòng)車組及俄羅斯高鐵轉(zhuǎn)向架的抗側(cè)滾扭桿裝置安裝相對(duì)位置要求高，大部分單件加工無(wú)法保證相對(duì)位置尺寸，必須在車體底架或轉(zhuǎn)向架構(gòu)架組焊完成后整體機(jī)加。其中CRH380、混合動(dòng)力動(dòng)車組抗側(cè)滾扭桿裝置安裝孔在扭臂上，可以單件加工。

3.2.1 數(shù)控機(jī)床錐孔加工工藝

對(duì)于精度要求較高的孔，鉆孔-擴(kuò)孔-鉸孔工藝是生產(chǎn)中最常用的加工工藝方案。鉸孔尺寸精度一般為IT7～I(xiàn)T9級(jí)，表面粗糙度為Ra0.8～3.2μm。

首先預(yù)鉆選擇比錐孔小孔直徑小0.4～0.6mm的鉆頭預(yù)鉆通孔。其次使用鉆頭將通孔擴(kuò)鉆至錐孔小孔直徑尺寸，然后使用錐度粗鉸刀粗鉸孔，最后由錐度精鉸刀完成錐孔最終尺寸的加工，保證錐孔的表面粗糙度及形位公差。鉸孔余量對(duì)鉸孔質(zhì)量影響很大，一般粗鉸后為精鉸留加工余量0.05～0.15mm。為避免產(chǎn)生積屑瘤，鉸孔通常采用較低的切削速度進(jìn)行加工，一般高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時(shí)，切削線速度小于8m/min，硬質(zhì)合金鉸刀切削線速度一般為高速鋼鉸刀的2倍以上。因進(jìn)給量的取值與被加工孔徑有關(guān)，孔徑越大，進(jìn)給量取值越大。一般情況下若排屑順利，螺旋鉸刀切削要好于直刃鉸刀。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著設(shè)計(jì)及制造工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，圓錐配合的零部件會(huì)更多的出現(xiàn)在軌道客車轉(zhuǎn)向架部件上。雖然錐孔、錐軸的加工工藝較復(fù)雜，加工投入成本較圓柱孔、軸的配合高，但是從軌道客車長(zhǎng)期的日常檢修及運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面考慮，圓錐配合易安裝易拆卸的優(yōu)點(diǎn)會(huì)日益凸顯。

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（作者單位：中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司）