圆锥配合在轨道客车转向架中的应用及加工工艺研究

姚伟 王成菲 张克木 姜帆

摘要：本文从圆锥配合的确定形式与特点入手，简要介绍了圆锥配合在轨道客车转向架中的主要应用部位，并分别对转向架车轮、车轴及抗侧滚扭杆装置安装孔的加工工艺进行了介绍。

关键词：圆锥配合；轨道客车；转向架；车轮车轴；抗侧滚扭杆装置安装孔；加工工艺

转向架是轨道客车上的一个关键零部件。其工作条件差、受载复杂，不仅传递来自电机的驱动力，还要承受来自客车车厢以及轨道的垂向、横向载荷。因此转向架的加工精度及装配质量，对轨道客车特别是高速动车组、城铁车辆的运行安全及寿命影响很大。

1 圆锥配合形式及优缺点

1.1 锥度计算公式

其中D为大端直径，d为小端直径，L、l分别对应锥度长，α为锥角。

1.2 圆锥配合确定形式

圆锥配合确定形式主要有结构型与位移型两种。

结构型圆锥配合分为由轴肩接触确定最终位置与结构尺寸基准平面确定最终位置两种，可形成间隙配合、过盈配合、过渡配合，其配合性质完全取决于相互结合的内、外圆锥直径公差带的相对位置。

位移型圆锥配合分为作一定轴向位移确定轴向位置与施加一定装配力确定轴向位置两种，可形成间隙配合、过盈配合，通常不用于形成过渡配合，其配合性质是由内、外圆锥的轴向位移量或装配力决定。配合性质与相互结合的内、外圆锥直径公差带无关，直径公差仅影响接触的初始位置和终止位置及接触精度。

1.3 圆锥配合特点

（1）圆锥配合对中心性能好，即容易保证配合的同轴度要求。圆锥配合只要轴向压紧，就可以消除间隙，能使锥孔与锥轴的中心线重合，即使多次装拆也不会使同轴度降低。

（2）圆锥配合方式可以调整。通过内、外圆锥面的轴向位移，可以调整间隙或过盈来满足不同的工作要求，从而延长使用寿命。

（3）圆锥配合在轴向力的作用下，具有较好的自锁性和密封性，当锥角C<3°时，能够传递很大扭矩，且传动副简单可靠，装拆方便。

2 圆锥配合在轨道客车转向架应用部位

2.1 联轴节与牵引电机、齿轮减速箱圆锥配合

联轴节与牵引电机、齿轮减速箱圆锥配合在所有轨道客车转向架上均有应用，锥度均为1：50。配合方式均为过盈配合，大多数属于基准平面确定最终位置的结构型圆锥配合。

2.2 车轮车轴圆锥配合

车轮车轴的圆锥配合在大多数的上海市地铁转向架中应用，车轮车轴锥度均为1：300。

配合方式为过盈配合，靠圆锥面间摩擦力传递转矩，属于位移型圆锥配合。

2.3抗侧滚扭杆装置圆锥配合

抗侧滚扭杆装置圆锥配合目前主要应用在100%低地板车型、CRH380、混合动力动车组及俄罗斯高铁等项目的转向架上，锥度均为1：10。属于位移型圆锥配合，通过螺栓螺母拧紧结构施加一定装配力来确定轴向位置。

3 锥孔锥轴加工工艺

因轨道客车转向架联轴节、牵引电机、齿轮减速箱、侧滚扭杆装置扭杆与连杆均为供成品件，下面主要对在本公司内部加工的圆锥车轮、车轴及抗侧滚扭杆安装孔的加工工艺进行介绍。

3.1 圆锥车轮、车轴配合及加工工艺

因车轮、车轴均属于回转类零件，比较适合车削加工。对于精度要求较高的回转类零件，粗车-半精车-精车工艺是生产中最常用的加工工艺方案。粗车目的是去除大部分的毛坯余量，提高生产效率，在生产中采用大的切削深度及进给量，相对低的切削速度，粗车一般留加工余量0.2～0.5mm，加工精度一般为IT10～IT14，表面粗糙度为Ra6.3～12.5μm。半精车目的是消除粗车后的表面加工误差，保证精车有稳定的加工余量，半精车一般留加工余量0.05～0.15mm，加工精度一般为IT8～IT10，表面粗糙度为Ra3.2～6.3μm。精车目的是保证零部件尺寸精度和表面粗糙度。在生产中采用小的切削深度及进给量，相对高的切削速度，精车加工精度可达IT7～IT8，粗糙度可达Ra0.8～3.2μm。

3.1.1 车轮锥孔加工工艺

车轮锥孔通过数控立式车床进行加工，根据以往转向架车轮加工经验，车轮轮毂孔小孔端在上，大孔端在下，在轮毂及轮辋位置处支承，使用三角卡盘在车轮踏面及轮辋上方进行夹紧。

首先车刀对刀后，按照锥度1：300粗车轮轮毂孔一刀，然后在距离轮毂孔的小孔端面20～40mm处，使用千分表测量并记录轮毂孔内表面位置A点的机床坐标数值，然后将主轴直线下移90mm，测量并记录轮毂孔内表面B点位置的机床坐标数值，两者之差C=B-A，通过锥度公式及GB/T1804-2000-f精密级标准，C值若在0.29mm～0.31mm范围内，则认为锥度合格。在首次使用新刀片粗加工时，使用此方法检测，若无问题，则认为精加工的锥度也无问题，每次换刀片或者刀片磨损，则再使用该方法进行锥度验证，然后经过粗车-半精车-精车来保证大孔端尺寸。

3.1.2 车轴圆锥轮座加工工艺

车轴圆锥轮座同样使用设备精度高的数控卧式车床进行加工，左侧轴端使用专用拨盘连接，并使用三角卡盘夹紧，右侧轴端中心孔使用尾座顶尖顶紧，加工时同样需要经过粗车-半精车-精车来保证车轴轮座最大端尺寸。

3.2 抗侧滚扭杆装置锥孔加工

100%低地板转向架、CRH380B、混合动力动车组及俄罗斯高铁转向架的抗侧滚扭杆装置安装相对位置要求高，大部分单件加工无法保证相对位置尺寸，必须在车体底架或轉向架构架组焊完成后整体机加。其中CRH380、混合动力动车组抗侧滚扭杆装置安装孔在扭臂上，可以单件加工。

3.2.1 数控机床锥孔加工工艺

对于精度要求较高的孔，钻孔-扩孔-铰孔工艺是生产中最常用的加工工艺方案。铰孔尺寸精度一般为IT7～IT9级，表面粗糙度为Ra0.8～3.2μm。

首先预钻选择比锥孔小孔直径小0.4～0.6mm的钻头预钻通孔。其次使用钻头将通孔扩钻至锥孔小孔直径尺寸，然后使用锥度粗铰刀粗铰孔，最后由锥度精铰刀完成锥孔最终尺寸的加工，保证锥孔的表面粗糙度及形位公差。铰孔余量对铰孔质量影响很大，一般粗铰后为精铰留加工余量0.05～0.15mm。为避免产生积屑瘤，铰孔通常采用较低的切削速度进行加工，一般高速钢铰刀加工钢和铸铁时，切削线速度小于8m/min，硬质合金铰刀切削线速度一般为高速钢铰刀的2倍以上。因进给量的取值与被加工孔径有关，孔径越大，进给量取值越大。一般情况下若排屑顺利，螺旋铰刀切削要好于直刃铰刀。

4 结语

随着设计及制造工艺技术的不断进步，圆锥配合的零部件会更多的出现在轨道客车转向架部件上。虽然锥孔、锥轴的加工工艺较复杂，加工投入成本较圆柱孔、轴的配合高，但是从轨道客车长期的日常检修及运营维护方面考虑，圆锥配合易安装易拆卸的优点会日益凸显。

参考文献

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（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）