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城市轨道交通车辆构造连苏宁主编第三章转向架第三章转向架【问题导入】车辆走行部分在车辆运行中起着非常重要的作用，其不仅承受了车体的载荷，而且传递纵向力、垂向力和横向力。转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道走行的支承走行装置。为了便于通过曲线，在车体和转向架之间设有心盘或回转轴，转向架可以绕心盘或回转轴相对车体转动。由于车辆在线路上运行时通过道岔、弯道及车辆加速、减速等原因会产生各种冲击和振动，为了改善车辆的运行品质和满足运行要求，在转向架上设有弹簧减振装置和制动装置。对于动车，转向架上还装有牵引电动机和减速机构，将牵引电动机的转矩通过齿轮转动传递给轮对，转化为列车前进的牵引力，以驱动车辆运行。我们这一章就是要学习这些知识。第三章转向架【学习目标】1.能掌握三向力(纵向力、垂向力、横向力)的传递路径。2.能掌握转向架的结构、组成及分类。3.能画出轮箍的外形图并进行相关的标注；能理解轮对的装配、分解步骤。4.能熟练使用测量轮对的专用工具对轮对进行测量，并根据测量数据判断处理。5.能掌握滚动轴承的结构，能对轴箱温度过高的原因进行分析。6.能熟练掌握各种弹簧的结构。7.能掌握油压减振器的工作原理、结构以及调整方法。第三章转向架【教学建议】1.教学场地：在教室、互联网多媒体教室及转向架模型实训室中进行，课后可实地参观。2.设备要求：至少具有能连接互联网的多媒体教室一个，动车、拖车转向架的仿真模型各一套，或能放视频投影的设备。3.课时要求：课堂讲授16课时；模拟操作4课时；实际练习4课时。第一节概述一、转向架的作用与要求1)车辆采用转向架是为了增加车辆的载重质量、长度和容积，提高列车运行速度。2)保证在正常运行条件下，车体都能可靠地座落在转向架上。3)转向架能支承车体，承受并传递从车体至轮对之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。4)保证车辆安全运行，并顺利地通过曲线。5)采用转向架的结构便于弹簧减振装置的安装。6)转向架能充分利用轮轨之间的粘着力，传递牵引力和制动力。7)转向架是车辆的一个独立部件。8)对地铁车辆的转向架来说还要便于安装牵引电动机及传动装置，以驱动车辆沿着钢轨运行。二、转向架的组成1.轮对、轴箱装置2.弹性悬挂装置3.构架4.(基础)制动装置第一节概述5.转向架架承车体的装置三、转向架结构的种类1.按轴箱定位方式分类(1)拉板式轴箱定位转向架用特种弹簧钢材制成的薄片形定位拉板，其一端与轴箱连接，另一端通过橡胶节点与构架相连。(2)拉杆式轴箱定位转向架拉杆的两端分别与构架轴箱销接，拉杆两端的橡胶垫、套分别限制轴箱与构架之间的横向与纵向的相对位移，实现弹性定位。第一节概述图3-1拉板式和拉杆式轴箱定位a)拉板式轴箱定位b)拉杆式轴箱定位(3)转臂式轴箱定位转向架又称弹性铰定位，定位转臂的一端与圆筒形轴箱体固接，第一节概述另一端以橡胶弹性节点与构架上的安装座相连接。(4)层叠式橡胶弹簧定位转向架在构架与轴箱之间装设压剪型层叠式橡胶，其垂向刚度较小，使轴箱相对构架有较大的上下方向位移，而它的纵、横向有适宜的刚度，以实现良好的弹性定位。第一节概述图3-2转臂式轴箱定位和层叠式橡胶弹簧定位a)转臂式轴箱定位b)层叠式橡胶弹簧定位第一节概述(1)一系弹簧悬挂在车体与轮对之间，只设有一系弹簧减振装置，如图3-3a所示。图3-3弹簧悬挂装置a)一系弹簧悬挂b)二系弹簧悬挂(2)二系弹簧悬挂在车体与轮对之间设有二系弹簧减振装置，即在车体与构架间设弹簧减振装置，在构架与轮对间设轴箱弹簧减振装置，两者相互串联，使车体的振动经历两次弹簧减振的衰减，如图3-3b所示。2.按弹簧系统分类第一节概述3.按车体与转向架之间载荷传递方式分类(1)心盘集中承载车体的全部质量通过前后两个上心盘分别传递给前后转向架的两个下心盘，如图3-4a所示。(2)非心盘承载(3)心盘部分承载车体上部质量按一定比例分配，分别传递给心盘和旁承，使它们共同承载，如图3-4c所示。图3-4车体载荷承载方式a)心盘集中承载b)非心盘承载c)心盘部分承载第一节概述第二节构架一、构架的作用与要求1)部分尺寸精度要求较高，使一些部件安装具有较高的定位精度，如轮对定位，使转向架具有较好的运行性能。2)便于各部件及附加装置的安装，包括轮对安装、传动齿轮装置的悬挂、牵引电动机的安装、制动系统的安装。3)结构经过设计，具有足够高的强度，承受并传递牵引力、制动力、车体质量以及各种冲击、振动，保证列车运行安全。图3-5广州地铁1号线车辆转向架的构架的组成1—侧梁2—空气簧座3—横梁4—轴箱吊框5—电动机安装座6—齿轮箱吊座二、构架的分类三、构架的组成第二节构架第三节轮对轴箱装置一、轮对图3-6轮对和整体辗钢轮1—轮辋2—踏面3—辐板4—轮毂5—轮缘6—工艺孔7—轮毂孔8—车轴-—轮位差1.车轴图3-7动轴承车轴结构1—轴颈2—防尘板座3—轮座4—轴身5—轴端螺栓孔6—制动盘安装座—车轴长度—两轴颈中点间距离—防尘座外侧距—防尘座宽度—轮座宽度第三节轮对轴箱装置1)轴颈1是安装滚动轴承和承载的部位。2)防尘板座2为车轴与防尘板配合部位，其直径比轴颈直径大，比轮座直径小。3)轮座3是车轴和车轮配合的部位，是车轴受力最大的部位。4)轴身4是两轮座的连接部分，为增加其强度和减少应力集中，车轴轴身呈圆柱形。5)轴端螺栓孔5是滚动轴承车轴安装轴端压板的地方，轴端压板的作用是防止滚动轴承内圈从轴颈两端窜出。6)制动盘安装座6供压装制动盘用。第三节轮对轴箱装置2.车轮(1)便于通过曲线车辆在曲线上运行时，由于离心力的作用，轮对偏向外轨，于是在外轨上滚动的车轮与钢轨接触的部分直径较大，而沿内轨滚动的车轮与钢轨接触部分直径较小。(2)可自动调中车轮踏面一般做成一定的斜度，称为锥形踏面，如图3-8a所示。第三节轮对轴箱装置图3-8车轮踏面a)锥形踏面b)磨耗形踏面(3)能顺利通过道岔线路上的道岔对车辆运行的平稳性和安全性影响极大，第三节轮对轴箱装置因此踏面的几何形状也应适应通过道岔的需要。(4)使踏面磨耗比较均匀由于车轮踏面具有一定斜度，当车轮在轨道上运行时，回转圆直径也在不停地变化，致使车轮在钢轨上的接触点也不停地变换位置，结果使踏面磨耗比较均匀。(5)防止车轮脱轨当车轮通过曲线时，常使轮缘紧靠外侧钢轨，如图3-9所示。第三节轮对轴箱装置图3-9轮对通过曲线1—尖轨2—基本轨二、轮对的组装1.轮对组装的一般要求2.轮对组装第三节轮对轴箱装置图3-10车轴轮座被压入轮毂孔时的受力情况第三节轮对轴箱装置图3-11轮心尺寸第三节轮对轴箱装置图3-13合格曲线(≤10t)图3-12良好曲线3.轮对检验第三节轮对轴箱装置图3-15合格曲线(/≤15%)图3-14合格曲线第三节轮对轴箱装置图3-17合格曲线［末段平直线与降吨(+)/≤15%/≤5%］图3-16合格曲线第三节轮对轴箱装置图3-19合格曲线(≥)图3-18合格曲线第三节轮对轴箱装置图3-21轴箱轴承a)圆锥滚动形轴承b)圆柱滚动轴承1、12—外圈2—滚子3、14—内圈4—保持架5—中隔圈6—密封圈7、10—密封8—车轴9—防尘挡圈11—滚柱13—轴箱15—内圈压板16—轴箱盖三、滚动轴承轴箱装置第三节轮对轴箱装置图3-22橡胶油封密封式轴箱装置1—车轴2—防尘挡圈3—油封4一后盖5—42726T(NP3226X1)轴承6—152726T(NJP3226X1)轴承7—压板8—防松片9—螺栓10—前盖11—轴箱体第三节轮对轴箱装置1.圆柱滚动轴承轴箱装置(1)橡胶油封密封式轴箱装置橡胶油封密封式轴箱装置由轴箱体、轴箱后盖、防尘挡圈、橡胶油封、轴箱前盖、压板等组成，如图3-22所示。1)轴箱体。2)轴箱后盖。3)防尘挡圈。4)橡胶油封。第三节轮对轴箱装置图3-23轴箱体1—轴箱筒2—轴箱耳3—弹簧托盘第三节轮对轴箱装置图3-25防尘挡圈第三节轮对轴箱装置图3-24轴箱后盖第三章转向架5)轴箱前盖。6)压板。图3-27轴箱前盖1—螺栓孔2—密封圈槽3—凸起缘图3-28压板(2)金属迷宫密封式轴箱装置金属迷宫密封式轴箱不带轴箱后盖，在轴箱体后端设有迷宫槽，迷宫槽的底部设有排水孔。第三节轮对轴箱装置图3-29R(R)型车轴传动带轮1—轴端V带轮2—轴箱前盖3—推卸套4—顶套5—轴端压盖6—毡封7—防松片8—螺栓9、10—O形密封圈第三节轮对轴箱装置图3-30金属迷宫密封式轴箱装置1)轴箱体。图3-31轴箱体1—迷宫2—台阶3—轴温报警器安装孔第三节轮对轴箱装置图3-32转臂式轴箱2)防尘挡圈。3)安装发电机传动带轮车轴轴箱前盖装置。第三节轮对轴箱装置图3-33防尘挡圈图3-34第三节轮对轴箱装置图3-35前盖1—密封圈槽2—螺栓孔3—迷宫槽①前盖。与一般前盖基本相同，中间为一透孔，设有迷宫槽，与顶套迷宫槽配合起密封作用，如图3-35所示。第三节轮对轴箱装置②顶套。顶套外圆设有迷宫槽，与前盖迷宫槽配合。内圆端面支承外侧轴承内圈。外端面上设有密封圈槽，以安装密封圈，与传动带轮配合起密封作用，如图3-36所示。第三节轮对轴箱装置图3-36顶套2.无轴箱圆锥滚子轴承装置(1)外圈轴承的外圈是一个内筒面带有2个圆锥滚道的套筒，两端设有牙口和油沟，用以嵌入密封罩凸台，保持密封罩不至于发生脱落并防止润滑油脂外泄。(2)滚子滚子为GCr15轴承钢制造的圆锥体结构，经过完全淬火热处理，硬度为60~64HRC。(3)保持架保持架由10号低碳钢冲压而成，它将滚子和内圈组合在一起，其表面也进行了磷化处理。第三节轮对轴箱装置图3-37无轴箱圆锥滚子轴承装置1—防松片2—密封座3—油封4—密封罩5—外圈6—内圈7—滚子8—保持架9—中隔圈10—承载鞍11—后挡12—通气螺栓13—螺栓14—前盖第三节轮对轴箱装置(4)中隔圈中隔圈由45号钢制造，其表面经磷化处理，放置在两内圈之间，除起隔离作用以外，还可通过选择不同宽度的中隔圈，来调整轴承的轴向游隙。第三节轮对轴箱装置图3-38橡胶油封1—骨架2—弹簧3—主唇口4—副唇口第三节轮对轴箱装置(5)密封装置圆锥轴承的密封装置由密封罩、油封、密封座组成，轴承前后端各装一套。(6)后挡后挡如图3-39所示。(7)前盖前盖如图3-40所示，是用30号或Q235钢经模锻加工而成，表面经磷化处理。第三节轮对轴箱装置图3-39后挡1—凸起缘2—防尘板座槽3—密封座槽第三节轮对轴箱装置(8)防松片防松片由厚1.5m单钢板压制而成，如图3-41所示。(9)承载鞍承载鞍由铸钢制成，如图3-42所示。第三节轮对轴箱装置图3-42第三节轮对轴箱装置图3-41防松片1—螺栓孔2—止耳第四节弹簧减振装置一、弹簧结构及特性1.弹簧特性及串、并联图3-43弹簧的挠力图a)线性关系b)曲线关系2.弹簧的分类(1)扭杆弹簧和环弹簧1)扭杆弹簧。2)环弹簧。图3-44扭杆弹簧和环弹簧a)扭杆弹簧b)环弹簧第四节弹簧减振装置(2)橡胶弹性元件橡胶元件的力学性能不同于一般的金属元件，橡胶的弹性模量比金属小得多，可以获得较大的弹性变形，容易实现预想的非线性特性。(3)空气簧1)空气簧优缺点。①空气簧的刚度可选择较低的值，从而降低车辆的自振频率。第四节弹簧减振装置②空气簧具有非线性特性，可以根据车辆动力学性能的需要设计成具有比较理想的弹性特性曲线。在平衡位置振动幅度较小时(正常运行时的振幅)，刚度较低，若位移过大，刚度显著增加，以限制车体的振幅。③空气簧的刚度随载荷而改变，从而保持空、重车不同载荷时车体的自振频率几乎相等。使空、重车不同状态的运行平稳性几乎相同。第四节弹簧减振装置④空气簧用高度调整阀控制时，可使车体在不同静载荷下，保持车辆地板面距轨平面的高度不变。这一性能应用在地铁和轻轨上则可保持车辆的地板面与站台面的高差始终不变。⑤同一空气簧可以同时承受三维方向的载荷。这可简化转向架结构及减轻自重。第四节弹簧减振装置图3-45双曲囊式空气簧的结构1—上盖板2—气嘴3—紧定螺钉4—钢丝圈5—法兰盘6—橡胶囊7—中腰环钢丝圈8—下盖板第四节弹簧减振装置⑥若在空气簧本体与附加空气