空心车轴
空心轴探伤
动车组空心车轴超声波探伤规程1 适用范围本规程适用于与谐系列(以下简称ＣＲＨ系列)动车组空心车轴检修时以中心孔内壁为探测面的超声波探伤检查。
2 术语2、1 探伤螺距空心车轴超声波探伤时探头在螺旋扫查过程中同一角度相邻两次扫查轨迹之间的轴向距离。
2、2 探伤系统信噪比基准缺陷超声信号幅度与超声波探伤设备显示的最大背景噪声幅度之比。
2、3 对比试样轴带有已知缺陷用于校验空心车轴探伤设备灵敏度与验证扫查区域系统可靠性的测试用空心车轴。
2、4 落轮探伤落轮探伤就是指轮对(轮轴)从转向架卸下后,对空心车轴进行的超声波探伤检查。
2、5 在线探伤在线探伤就是指对处于装车状态的空心车轴进行的超声波探伤检查。
3 探测规定3、1 在线探伤周期在线探伤周期见表1:- 3 -3、2 空心车轴超声波探伤对C RH2A/B/E、CRH2C 一阶段动车组空心车轴超声波检测时,须采用横波斜探头对横向表面缺陷进行探测;其她车型须采用横波斜探头对横向表面缺陷进行探测, 采用双晶片聚焦纵波探头或直探头对车轴内部缺陷进行探测。
3、3 动车组颠覆或脱轨时,须对全列轮对的空心车轴按3、2 条规定进行超声波探伤检查。
4 质量保证4、1 动车组空心车轴超声波探伤的质量保证期: 在正常运用的情况下,动车组空心车轴超声波探伤检查的质量保证期为表1中规定的运行里程上限(本次探伤作业完成后,上一次质量保证期终止计算)。
4、2 在超声波探伤质量保证期内,发生因漏探导致的事故时,由动车组空心车轴探伤单位负责。
4、3 超出超声波探伤质量保证期,发生因表面缺陷或内部缺陷导致的事故时,由动车组配属管理单位负责。
4、4 因内部缺陷导致的事故,同时由动车组制造单位负责。
5 人员要求5、1 探伤人员5、1、1 从事动车组空心车轴超声波探伤的人员须具有中专或以上学历;视力(包括矫正视力)达到5、0 及以上,非色盲。
5、1、2 动车组空心车轴超声波探伤人员须取得铁道部门无损检测人员鉴定考核委员会颁发的Ⅱ级或Ⅱ级以上级别的超声波探伤技术资格证书,并经过空心车轴超声波探伤岗位操作培训, 考试合格后方能上岗作业。
快捷铁路货车用空心车轴可行性研究
1 背景铁路货车用空心轴由前苏联于1965年试制成功[1-2]，其采用45钢作材料的厚壁热轧无缝钢管制造出轴重22 t 空心车轴，安装于4轴、6轴和8轴敞车，在固定交路运送煤炭和矿石，以便经常进行监督检查。
试验列车在12年多时间共运行150万km，大约相当于加荷4亿5 000万次，未出现强度降低问题。
在此期间，前苏联继续大量制造和使用空心车轴，每年节约钢材4万～5万t，合400万～450万卢布。
试验结果表明：装用空心轴的轮对，在强度和其他一些参数方面并不逊色于装用标准实心轴的轮对。
我国原齐齐哈尔车辆厂也于1970年进行过类似试验和试制[3]，材料为40ＭnV钢。
上述实践均在速度小于100 km/h的普通货车上尝试，受当时工业制造水平和能力的制约，空心车轴并未得到推广。
20世纪末至21世纪初，随着高速客运动车组的快速发展，高速动车组空心车轴得到广泛运用。
与此同时，快捷货车的运行速度也达到160 km/h及以上（2014年7月由济南轨道交通装备有限责任公司研制的高速货车转向架在西南交通大学牵引动力国家重点实验室滚动振动试验台上跑出350 km/h的最高试验速度）。
当运行速度达到160 km/h及以上时，减轻簧下质量可有效降低轮轨作用力，减少轮轨磨损，提高车辆动力学性能，延长车辆使用寿命，且方便车轴配合部位的超声波探伤。
随着高速动车组空心车轴国产化的发展，借鉴高速动车组空心车轴生产技术、相关制造工艺、设备及检测装备，使快捷铁路货车发展空心车轴已成为可能，也为快捷货车车轴的技术发展提供现实的支撑。
2 材料车轴材质的选择应保证车轴具有足够的强度及良好的韧性，保证车轴具有足够的疲劳强度，使车轴具有较高的可靠性和使用寿命。
目前，国内外车轴材质主要采用中碳钢和低碳合金钢。
随着含碳量的增加，车轴的强快捷铁路货车用空心车轴可行性研究摘 要：合理设计空心轴，可在保证车轴强度和刚度的前提下实现车轴轻量化，降低轮轨作用力。
CRH2动车组车轴的CAD-CAE分析
CRH2动车组车轴的CAD/CAE分析引言：我国的CRH2型动车组是对日本新干线动车组E2-1000引进-消化-吸收-再创新的产品。
本文以solidworks2010为工具，对CRH2型动车组拖车车轴进行CAD/CAE建模并进行仿真分析，然后按照相关标准，校核其刚度及强度。
一：CRH2拖车车轴CAD建模与 CAE分析1.1 CRH2动车组车轴基本参数CRH2 型动车组非动力车轴按JIS-E 4501和JIS-E 4502标准进行设计和制造，为了提高车轴的疲劳可靠性，采用高频淬火热处理和滚压强化工艺。
为了在保证强度的同时减轻质量，轮对的车轴采用空心车轴，孔径60mm，轴颈直径130mm。
其他参数为：m1=12400kg， h1=1055mmm，b=1000mm，s=747mm，R=430mmm，y1=393mm，y2=1093mm.1.2 CRH2拖车车轴CAD建模过程拉伸凸台（车轴毛坯）-拉伸切除（防尘板座、轮座、制动盘座、轴身）-镜像特征-拉伸切除（镗铣空心轴）—倒角圆角特征.1.3CRH2拖车车轴的计算载荷及工况依据JIS E 4501 铁道车辆车轴强度设计方法和JIS E 4501 铁道车辆车轴品质要求，对动车组非动力轴进行疲劳强度计算，计算中考虑了车体振动引起的垂向和横向加速度对弯曲应力的影响。
CRH2动车组拖车车轴受载情况如图1.3示：图1.3车轴设计载荷图轮座部位车轴的弯曲应力按照以下各式计算：对车轴进行以上受力分析，求得车轴轴颈两端所受载荷分别为：F1=73.6kN， F2=48kN.则CRH2动车组拖车车轴载荷计算结果如表1.3.1示。
1.4车轴CAE分析1.4.1CRH2動车组拖车车轴刚性约束下强度计算分析（1）前处理：定类型：在simulation中新建“车轴刚性约束强度分析静态算例”；画模型设属性：设置材料为“合金钢”；分网格：单元总数9591，节点数15971（2）求解：添约束：在车轴轮座下表面添加“固定几何体”约束；加载荷：在车轴轴颈一端添加垂直向下的载荷73.6kN，另一端添加垂直向下的载荷48kN；求结果：车轴应力，合位移变化探测出车轮上不同节点的应力与位移.（3）强度评价在我国，动车组实际运行线路既有改造线路又有高速线路，在速度选择时分别要考虑160km/h和200km/h.在该文档中，只取200km/h进行分析计算。
空心车轴加工工艺浅析
空心车轴加工工艺浅析1摘要本文主要针对空心车轴精车工序加工难点进行了工艺分析，并提出了车轴精车加工方案，对空心车轴在双主轴双刀塔双中心架设备上的精车加工工艺、工步的安排、刀具的选用、加工参数的设定以及数控程序的编制等问题进行了针对性论述。
2引言在实际生产中，数控车削中心车削空心车轴的质量受诸多因素的影响，如工艺过程，数控系统，数控编程和刀具调整等都直接影响零件的加工质量。
充分发挥工艺系统的潜能，获得高的加工精度及重复精度。
为满足图纸技术要求，在双主轴双刀塔双中心架设备上对其精车加工工艺进行了研究和开发，形成了批量加工能力，获得了较好的经济和社会效益。
3工件结构空心车轴结构，两端相对中心基本对称，由轮座、制动盘座、支撑座等配合座组成，各配合座尺寸精度要求高，加工过程复杂，且对于一般车轴，在精车过程中一般都以轴端中心孔60°锥面作为定位基准，而空心车轴内孔倒角为45°，与一般空心车轴不同。
在车轴轴端内孔处需要加工锥形过渡面，加工公差较小，难度较大。
且轴端螺纹孔结构也较为特殊，为阶梯型螺纹孔结构，使用加工设备的动力刀具直接进行钻孔攻丝加工，与普通车轴加工工艺有差异。
车轴内孔及螺纹孔的特殊性，以及更高的精度要求，对于现有加工设备及工艺提出了更高的要求，且在双主轴双刀塔双中心架设备上加工也给车轴精车装夹和定位带来了挑战。
4工艺流程基本工艺流程如下：车轴装夹定位→粗车卡爪夹紧驱动→车削中心架抱夹位置→中心架夹持外圆→车轴内孔纠偏→粗车纠偏端内孔定位锥面→尾座顶紧→粗车外圆→精车一端轴端孔及定位倒角→钻攻一端面螺纹孔→精车卡爪夹紧驱动→粗精车另一端轴端孔及定位倒角→钻攻另一端面螺纹孔→利用两端内孔45°倒角定位→精车外圆。
5工艺分析制定工艺方案是整个加工过程中重要的一个环节。
因而要与其他加工工序衔接好，全面考虑零件的整个加工工艺内容，在车削加工之间合理地安排加工工序和辅助工序，协调好各个工序的安排顺序，有利于提高零件的加工质量和生产效率，工序安排的合理与否直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。
空心车轴损伤和破环的主要形式
空心车轴断裂主要有内部缺陷和外表面疲劳裂纹，当空心车轴某些质量指标未达到规定要求或外部的条件超过了额定的允许值而引发裂纹，导致断裂。
这种断裂的基理是空心车轴薄弱区域在交变载荷的作用下，疲劳累积损伤达到一定程度后，诱发疲劳裂纹，进而裂纹扩散，最后导致断裂。
这种裂纹是极端危险的，主要特点：①发生在常温下；②断裂部分没有明显的塑胶变形；③载荷往往不带大；④断裂时比较突然。
所以防止空心车轴断裂的重点应该放在空心车轴本身质量的提高，空心车轴失效原因分析和失效的预防上。
空心车轴失效可能发生的部位主要在轮座嵌镶部、卸合槽和轴身中部。
导致裂纹的原因有：内部材质不良、表面加工不良、腐蚀、微动摩擦损伤和轴身表面外来损伤等。
常见的空心车轴损伤和裂纹位置如下图所示。
车轴内部缺陷主要包括材料成分偏差、组织异常、夹杂级别超标、疏松、残余缺口等等，它是由轴坯冶炼或空心车轴热处理不当造成的。
运用中，疲劳裂纹从空心车轴内部缺陷处萌生，然后逐渐扩展，最终导致疲劳断裂。
CRH2型动车组空心车轴探伤工艺
空心轴探,伤仪
对比试块轴对讲机手电筒
除油、除锈工具
2.探伤设备日常性能校验
1.每班作业前、作业结束后或者系统工作状态出现异常情况时，在探伤设备存放间，使用对比试样轴进行日常性能校验和探伤灵敏度标定。
动车组准备
实车探伤前准备工作
1.探伤工和探伤辅助人员到动车所调度室领取作业计划单，确认探伤作业车辆及轮对位数。
2.若拆卸带有LKJ2000速度传感器的轴端时，由调度员通知电务段安排人员配合。
3.将探伤设备及轴端零部件拆卸作业车移到被探伤轮对旁，检查升降机构安全位置，锁定作业车车轮。作业车移动时，探伤仪须使用防滑腰带捆扎牢固。
1.探伤辅助人员2人一组分别在车体的两侧平行进行拆卸、除油、除锈和恢复安装作业。
2.用克丝钳剪断轴箱前盖底部螺栓防松铁丝。
3.用套筒扳手松开轴箱前盖底部螺栓螺栓（M20；20）,取下螺栓和垫片。
4.虾轴箱下部排油口盖，在前盖排油口下放置探伤液收集容器。
5.将轴箱前盖上的橡胶盖取下，挂于轴箱前盖上。
6.用直孔弹簧钳取出空心车轴内的C型弹性挡圈。
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D9
D10
D
11
D12
D13
双晶片聚焦组合探头
A
B
斜探头(十)
A
B
斜探头(―)
A
B
备注
画的缺陷为规定必须被检出的缺陷且其反射波幅必须为满幅度的(50〜80)%。
17.校验完成后，填写《CRH2型动车组空心车轴超声波探伤设备日
动车组空心车轴缺陷分析及常见故障解决方案
动车组空心车轴缺陷分析及常见故障解决方案摘要：对空心车轴探伤作业中缺陷类型进行分析和定位，为提高工作效率总结设备常见故障解决方案。
关键词：动车组，车轴，缺陷分析，常见故障防止或减少车轴断裂，对于确保铁路运输安全和运输能力具有重要意义。
在检修中及时发现裂纹，防止有超限裂纹的车轴装车运用是检修部门的重要卡控项目。
因超声波检测穿透能力强，可检测工件表面及内部缺陷，对工件内部缺陷的定位较准确，对面积型缺陷的检出率较高，目前车轴在线检测均采用超声波探伤技术。
一、疲劳缺陷的形成及发展在疲劳寿命的初期就可能发生微观裂纹，车轴的疲劳裂纹来源于滑移带，周期性的滑移产生裂纹源，有些是不可逆的位错运动，使滑移转变为裂纹，接着微观裂纹的扩展，形成宏观裂纹的扩展，金属在疲劳损伤后就不能复原，车轴发生裂纹以后，如果仍继续使用，其裂纹会在各种因素的作用下不断发展，直至轴疲劳断裂。
二、空心车轴超声波检测缺陷的特征分析当车轴承受旋转弯曲载荷时，疲劳源一般只从一点开始，但由于在疲劳裂缝扩展过程中，轴还在旋转，并且载荷是向轴旋转方向移动，疲劳裂缝前沿顺载荷移动方向扩展快，逆载荷移动方向扩展慢，所以扩展速率不一致。
但当旋转轴的弯矩很大时，则可能在轴的周围上产生多处疲劳源。
裂纹的这种表面几何特征是造成声波在裂纹缝隙处大量散射和吸收的重要原因，因此超声波在裂纹表面上的声波反射率，必将大大低于光滑平整表面。
在入射声波与裂纹表面不垂直的情况下，众多的尖刺又可使超声能量大量被裂纹狭缝所吸收。
因此，缺陷波的幅度一般较低。
裂纹缺陷波的峰尖都呈分枝状，分枝的原因是裂纹面上的尖角并不完全处于一个波阵面上。
因此就构成了裂纹伤波波形的基本特征：第一个基本特征：伤波呈束状，底波宽大，波峰分枝，伤波幅度通常不高，但反射强烈，波峰尖锐清晰。
第二个基本特征是：伤波的出现，对底波和底波反射次数的影响比较显著。
探伤时尽管伤波的幅值较低，甚至很难看到伤波，但底波和底波的反射次数却显著地下降或减少。
新能源汽车用空心轴类零部件关键技术研发与应用
新能源汽车用空心轴类零部件关键技术研发与应用
新能源汽车用空心轴类零部件关键技术研发与应用主要涉及以下方面：
1. 轴材料的选用：空心轴的材料选择需要具备一定的强度、刚度、耐腐蚀性和轻量化等特性。
常见的轴材料包括铝合金、钛合金、碳纤维等，研发和应用这些材料是保证轴的性能和质量的关键。
2. 轴的制造工艺：空心轴的制造需要考虑到内外壁的加工以及内外壁之间的焊接或连接。
常见的制造工艺包括锻造、铣削、铸造和焊接等，研发和应用合适的制造工艺可以提高轴的制造效率和质量。
3. 轴的结构设计：空心轴的结构设计需要满足车辆的使用需求和力学性能要求，包括轴的尺寸、形状、孔径和壁厚等。
研发和应用合理的结构设计可以降低轴的重量，提高轴的强度和刚度。
4. 轴的表面处理：空心轴的表面处理可以提高其耐腐蚀性和耐磨性，包括表面镀铬、氮化、涂覆涂层等。
研发和应用合适的表面处理技术可以提高轴的使用寿命和可靠性。
以上是新能源汽车用空心轴类零部件关键技术研发与应用的几个方面，通过技术创新和应用推广，可以提高新能源汽车的整车性能和经济性。
高速动车组轴承的空心轴疲劳寿命分析与优化
高速动车组轴承的空心轴疲劳寿命分析与优化在现代铁路交通中，高速动车组扮演着重要角色。
而作为高速动车组的关键部件之一，轴承的功能和稳定性对列车的运行安全至关重要。
本文将重点探讨高速动车组轴承中的空心轴，分析其疲劳寿命，并提出相应的优化方案。
1. 空心轴的作用和特点空心轴是指轴承内部空空心的轴结构，具有以下特点：1) 重量轻：相比实心轴，空心轴具有更轻的重量，从而减轻了列车的整体重量，提高了运行效率。
2) 空心轴是提高轴承刚度的措施之一，以减小轴承在高速运行时的振动和应力。
3) 空心轴可以提高轴承内部的润滑效果，降低轴承的磨损。
2. 空心轴的疲劳寿命分析轴承在列车运行过程中，会承受重复的加载和卸载，这会导致轴承材料中的微小缺陷逐渐扩展，最终导致轴承失效。
因此，疲劳寿命分析是评估轴承性能和可靠性的重要手段。
空心轴的疲劳寿命可以通过应力分析和寿命预测来确定。
首先，使用有限元分析方法计算轴承在实际工作条件下的应力分布情况。
然后，根据材料疲劳性能参数，利用疲劳寿命预测模型来预测轴承的疲劳寿命。
通过对空心轴的应力分析和疲劳寿命预测，可以评估轴承的可靠性，并发现可能存在的问题和改进的空间。
3. 空心轴疲劳寿命的优化方案为了提高高速动车组轴承的疲劳寿命，以下是几个可能的优化方案：1) 材料优化：选择更高强度、更耐疲劳的材料来制造空心轴，以提高轴承的疲劳寿命。
2) 结构优化：通过优化轴承的结构，例如增加支撑结构或增加填充物来减少轴承的应力集中，从而延长疲劳寿命。
3) 润滑优化：优化轴承的润滑方式和润滑剂，使轴承能够在高速运行过程中始终保持良好的润滑状态，减少轴承的磨损和摩擦，延长疲劳寿命。
4) 加工优化：改进轴承的加工工艺和精度控制，以减少轴承表面的不均匀应力和缺陷，提高轴承的使用寿命。
4. 空心轴疲劳寿命优化的挑战和前景虽然空心轴疲劳寿命的优化可以提高高速动车组轴承的性能和可靠性，但也存在一些挑战。
例如，材料的选择和加工、结构的优化和润滑系统的改进等方面都需要全面考虑。
高速动车组空心车轴加工工艺研究
高速动车组空心车轴加工工艺研究摘要：本文主要介绍了高速动车组空心车轴加工的主要流程及加工过程中的主要难点。
通过工艺改进方法来保证空心轴的尺寸公差、形位公差，利用高频淬火工艺来提高车轴表面硬度，减轻轴承、车轮、制动盘压装过程中对车轴的磨损。
关键词：高速动车组空心车轴粗加工精加工淬火前言：随着国内外高速动车组的飞速发展，为了满足高速运输的需求，目前高速客车一般采用空心车轴，以此达到减轻转向架簧下重量，降低轮轨间相互作用力，提高运行速度的目的。
1. 空心车轴的加工工艺空心车轴加工的难点是保证车轴各部位外圆表面的尺寸精度和同轴度要求以及外圆表面和孔的同轴度要求。
1.1 空心车轴简图拖车空心轴简图如图1所示，图中给出了空心车轴主要的加工尺寸，是车轴与车轮、车轴与轴承、车轴与轴箱体配合的关键尺寸，在空心轴加工中必须通过工艺手段加以控制。
1.2 空心轴加工工序空心车轴加工过程是相当复杂的，对尺寸精度要求极高，通过对空心车轴分析可将加工工艺划分为：粗铣端面、粗打中心孔→粗车外圆→精铣端面、精打中心孔→半精车外圆→车轴径向超声波探伤→精车外圆→车轴表面淬火→钻削车轴内孔→珩磨内孔→内孔超声波探伤→加工端面键槽、螺纹、内孔→磨削外圆→磨削轮座等→磁粉探伤→交检车轴[2]。
2. 空心车轴加工难点分析2.1车轴通孔加工（1）空心车轴的通孔深2m多，需要的刀杆长，导致刚性差，钻孔过程中容易产生震动和钻偏，影响刀具使用寿命并且通孔的加工质量很难得到保证。
（2）随着钻孔的不断加深，润滑、冷却和排出切屑都变得越来越困难，同时产生大量热量难以散除，使得车轴内部温度升高，加工质量降低，刀具磨损加快。
2.2 车轴表面硬度和阶梯轴处应力集中车轴在制动盘座、齿轮座、轮座等部位采用普通的淬火工艺很难保证淬硬层厚度的均匀性，车轴在长期的运营过程中这些部位是疲劳破坏的危险区域。
同时在阶梯轴过渡地方存在应力集中，加剧了车轴的疲劳损坏。
2.3 车轴外圆同轴度制动盘座、齿轮座、轮座与车轴配合处，车轴的尺寸精度、表面质量、表面硬度直接影响压装质量。
空心车轴强度计算分析
—384—创新观察空心车轴强度计算分析李保鑫 初 艳 于 跃 （中车大连机车车辆股份有限公司，辽宁 大连 116021）摘 要：为保证列车行车安全，对空心车轴进行了计算分析。
根据标准EN13104，选取空心车轴20个截面，计算出各个截面的等效应力。
利用Hypermesh 和Ansys 软件对空心车轴进行有限元分析，并进行对比验证。
结果表明，两种方法计算的车轴最大应力的截面均位于车轴轮座缓和槽结合处，车轴任一截面的应力均小于其许用应力，计算结果满足车轴强度设计要求。
关键词：空心车轴；有限元；车轴强度前言车轴是转向架的主要承载部件，其强度大小决定了车辆的行车安全。
由于转向架轻量化的要求，空心车轴应用越来越广泛，因此对空心车轴进行强度校核是非常必要的。
目前，车轴强度计算方法主要有以下两种：一、是按照行业标准对车轴进行强度校核，常用的标准有日本JIS 标准、欧盟的标准以及中国的TB 标准；二、是在各个标准的基础上利用有限元软件进行仿真计算[1]。
本文利用欧盟的EN13104标准对空心车轴进行强度计算。
此外，利用Hypermesh 软件和ANSYS 软件对车轴进行静强度分析，从而利用两种方法对车轴强度分析进行对比验证。
1.车轴受力分析车辆运行过程中，车轴承担的载荷主要分为簧上和簧下的质量载荷，基础制动产生的载荷，以及驱动系统产生的载荷。
1.1簧上簧下质量载荷受力分析车辆在运行过程中簧上簧下质量振动下轮对受力主要包括分左右侧轴颈的垂向力，轨道对车轮的垂向力，轨道对车轮的横向力，大齿轮振动产生的惯性力。
1.2.制动载荷转向架采取轮盘制动方式。
根据EN13104标准，制动工况下产生的载荷主要分为三部分，在轴颈、轮座处产生相反的垂向力和纵向力。
1.3驱动载荷驱动载荷主要分为两部分，一是由驱动扭矩产生的作用于车轮的牵引力，二是由驱动齿轮作用于驱动大齿轮的啮合力产生的作用于轴颈的垂向力和纵向力。
2.截面应力分析车轴强度分析的危险截面出现在截面弯矩最大、截面尺寸较小、截面突变（或应力集中）和过盈配合等区域，因此在分析中确定20个危险计算截面，其位置如图1所示。
车轴的意思是什么
车轴的意思是什么车轴就是车轮中心的支承部件，它与两个车轮一起组成车子。
在汽车上，为了减轻轮重，转向灵便，并且容易控制行驶方向，除保留必要的传动系外，发动机、底盘及电气设备都尽可能小些，所以车轴直径大于轮毂直径；摩托车用的单速车则更小，如有的车仅有三根轴(二根半轴)。
车轴分为实心轴和空心轴两种，普通自行车均采用实心车轴。
空心车轴只用在某些特殊场合，例如在水泥厂内运送高温矿渣时使用。
车轴由车轴颈和车轴体构成。
车轴颈是主要受力部位，也是最易磨损的地方，因此车轴颈应当具有足够的强度和韧性。
但是车轴不允许过长或过短，否则会造成车辆的不稳定。
车轴的尺寸规格很多，其中对于弯曲疲劳强度的计算尤为重要。
由于各国车轴的结构不同，因此要求所选择的车轴材料应该满足下列要求：1.良好的综合机械性能2.优异的耐磨性3.低的摩擦系数4.抗热变形5.耐腐蚀6.适宜的加工硬化程度7.耐热处理8.价廉9.无磁性10.防止锈蚀11.加工简单12.制造精度高13.无公害14.加工工艺简单15.尺寸规格齐全16.表面光洁17.节约金属18.提高车轴寿命19.节省原材料20.减少废弃物21.便于维修22.装配质量好23.便于拆卸24.加工费用低25.易于装配26.降低噪声27.便于安装28.结构紧凑29.便于检查30.提高安全性31.有利于环境保护32.车轴的材料车轴常用的材料有铸铁、碳素钢、合金钢等，这几种材料各有其优缺点，在设计时应考虑充分。
铸铁车轴常用来制作汽车后桥壳，因为铸铁材料耐磨，而且价格便宜。
碳素钢车轴虽然强度高，但加工困难，且表面硬度太高，在汽车行驶时容易造成磨损，所以一般用于货车上。
现代汽车广泛采用合金钢车轴，因为合金钢车轴既有较高的强度又有较好的韧性，并且有良好的耐磨性。
但是随着汽车行业竞争日趋激烈，人们开始追求轻量化，所以近年来出现了许多新型材料，如镁合金、铝合金、钛合金、铜合金、塑料等。
总之，车轴材料的选择取决于汽车整车的需要。
空心轴原理
空心轴原理
空心轴原理的应用在生活中非常广泛，例如机械设计、航空航天、汽车工业等都有它的身影。
一、什么是空心轴原理？
空心轴原理指的是在轴上挖空一个圆棒，在保证轴的强度的情况下减少轴的重量和材料的使用量，从而达到节能的效果。
二、空心轴原理的优势
1. 减轻重量，降低成本。
通过挖空轴，减少了轴的重量，可以在保证强度的前提下达到减少材料成本的效果。
2. 提高转速，降低摩擦阻力。
轴的空心结构可以降低轴的惯性，使其转速更快，摩擦阻力也更小。
3. 节能减排，提高使用效率。
因为轴的重量减轻了，可以降低车辆或机械的整体重量，从而降低能源的消耗和排放，提高使用效率。
三、空心轴原理的应用
空心轴原理广泛应用于机车车轴、汽车曲轴、飞机主轴和电机轴等领域。
1. 机车车轴
机车车轴是空心轴应用的一个非常典型的例子，轴杆的空心结构不仅能够减轻重量，还能保证轮轴的强度。
2. 汽车曲轴
汽车曲轴也是一个广泛应用空心轴原理的例子，空心的曲轴可以减轻重量，使汽车更加灵活和高效。
3. 飞机主轴
在航空航天领域，空心轴原理同样也有着广泛的应用。
在飞机的主轴中，采用空心结构可以使飞机的重量更加轻盈、灵活，大幅提高飞行效率。
四、总结
空心轴原理是一种经济环保节能的技术，通过挖空轴纵向长度，可以减少材料的使用量和轴的重量，大幅提高机械的使用效率和性能。
应用范围非常广泛，是机械工业不可或缺的重要技术。
旋段空心轴
旋段空心轴在机械工程中，轴是一种常见的零件，它的主要功能是支撑旋转的机械部件，如风轮、齿轮等。
轴的形状和尺寸可以根据其应用的需求进行设计。
其中，空心轴是一种特殊类型的轴，它的内部是空的，没有实体材料。
这种设计使得轴的重量大大减轻，从而降低了机械系统的能耗。
此外，空心轴还具有良好的导热性能，可以将热量迅速传导出去，防止轴过热。
因此，空心轴在许多领域都有广泛的应用，如汽车、飞机、船舶等。
空心轴的制造工艺主要包括铸造、锻造、焊接等。
铸造是将熔融的金属倒入模具中，冷却固化后得到所需形状的零件。
这种方法适用于大批量生产，可以制造出形状复杂、尺寸精确的空心轴。
锻造是通过锤击或压力使金属材料发生塑性变形，从而得到所需形状的零件。
这种方法适用于小批量生产，可以制造出强度高、质量好的空心轴。
焊接是将两块或多块金属材料通过加热、加压或两者结合的方法连接在一起，形成一个完整的零件。
这种方法适用于单件或小批量生产，可以制造出各种类型和规格的空心轴。
在制造空心轴时，首先需要选择合适的材料。
常用的材料有碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金等。
这些材料具有不同的力学性能和热处理性能，可以根据空心轴的工作条件和应用需求进行选择。
例如，对于承受较大载荷和冲击的空心轴，可以选择高强度的合金钢；对于要求耐腐蚀的空心轴，可以选择不锈钢；对于要求轻质化的空心轴，可以选择铝合金。
接下来，需要对材料进行预处理。
预处理的目的是去除材料的表面的氧化皮、油污、水分等杂质，提高材料的成型性能和焊接性能。
预处理的方法有化学处理、机械处理、热处理等。
化学处理是通过浸泡、喷涂等方式将材料表面进行处理；机械处理是通过磨削、抛光等方式将材料表面进行处理；热处理是通过加热、冷却等方式改变材料的组织结构和性能。
然后，根据空心轴的尺寸和形状，选择合适的制造工艺。
如果采用铸造工艺，需要设计合适的模具，控制好铸造温度和速度，确保铸件的内部质量和外观质量。
如果采用锻造工艺，需要选择合适的锻造设备和工具，控制好锻造温度和速度，确保锻件的内部质量和外观质量。
空心车轴机加工工艺卡片1
间
工
段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
8
磨磨轮座、ຫໍສະໝຸດ 动盘座金工成形磨削磨床
9
压
滚压轮座、制动盘座、轴身及R52圆弧
金工
加工中心
10
磨
精磨防尘座、轴颈
金工
成形磨削磨床
11
交验
检
车轴外径尺寸自动检测机
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
2011-4-1
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
会签（日期）
2012-4-1
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
铁车一班
高伟东
20097779
空心车轴加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
空心车轴
零件名称
共
2
页
第
2
页
材料牌号
25CrMo
毛坯种类
车轴毛坯
毛坯外形尺寸
2146×Φ210
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注
工
序
号
工名
序称
工序内容
车轴仿形车床
液压自动定心卡爪
2
镗
以内孔定位，在卧式镗床上粗、精镗两Φ70+00.04堵头孔，刮两端面
金工
卧式镗床
液压自动定心卡爪
3
压
在压床上压入两端专用堵头
金工
普通压床
4
空心轴的原理和应用
空心轴的原理和应用一、空心轴的定义和特点空心轴是指在自转过程中，轴心内部是空心的一种轴结构。
与实心轴相比，空心轴具有以下特点： 1. 重量轻：由于轴心内部为空心，相同尺寸的空心轴和实心轴相比，空心轴重量更轻。
2. 节约材料：空心轴在制造过程中，材料利用率更高，对资源的消耗更少。
3. 强度高：空心轴通过合理的设计和加工工艺，具有较高的强度和刚性。
二、空心轴的原理空心轴的原理主要依靠材料的结构和力学性能。
1. 采用合适的材料：空心轴通常采用高强度、低密度的金属材料，如铝合金等。
这种材料具有较好的力学性能，可以满足轴的强度和刚性要求。
2. 合理的轴壁厚度：在设计空心轴时，需要根据实际载荷和使用环境确定轴壁的厚度。
过大或过小的轴壁厚度都会对轴的工作性能产生不利影响，需要通过合理的计算和试验确定最佳参数。
3. 优化的内部结构：空心轴的内部结构可以通过优化设计来提高轴的强度和刚性。
通过增加腹板、加强筋等方法，可以提高空心轴的承载能力和抗弯性能。
三、空心轴的应用空心轴由于其重量轻、材料节约、强度高等特点，在各个领域得到了广泛的应用。
1. 机械工程领域在机械工程领域，空心轴被广泛应用于各种机械装置和传动系统中。
例如： -汽车发动机：空心轴可以用作曲轴和凸轮轴等关键部件，在减轻整车重量的同时提高传动效率。
- 工业机械：空心轴可以用于传动装置、输送设备等，实现轻量化和高效率的要求。
2. 航空航天领域在航空航天领域，空心轴的应用尤为重要。
由于飞机和航天器对重量和空间的限制较高，使用空心轴可以显著提高载荷能力和燃油效率。
例如： - 飞机发动机：使用空心轴可以减轻发动机重量，提高飞机性能。
- 航天器：空心轴可以用于航天器的导轨、控制面等关键部件，提高航天器的灵活性和稳定性。
3. 体育器材领域在体育器材领域，空心轴也具有广泛的应用。
例如： - 高尔夫球杆：采用空心轴可以实现球杆的轻量化，提高球杆的控制性能。
- 自行车：在自行车的轴部件中，采用空心轴可以减轻整车重量，提高车辆的操控性和节能性。
空心传动轴——精选推荐
UF –一体式– AAR更优的前轮驱动车辆可选用该解决方案，此时，UF 万向节为小回转半径提供了高摆角，并且AAR 万向节在卓越的NVH 性能和耐久性下允许有较高的安装角度。
与MTS 结合使用，可调整传动轴以实现轻质、最佳刚度和最高的乘座舒适度。
MTS轴MTS轴（MTS - 底部）是由一块材料制成的空心轴。
它们具有在最低重量的情况下，自然弯曲频率和扭转刚度的最高潜在协调性。
空心轴空心轴，可使自然弯曲频率和扭转刚度调整至用户的需求。
对于大多数空心轴应用，不需要减振器。
焊接空心轴焊接空心轴 (WTS - 中间)是主空心轴焊接到实心花键上的轴。
它们结合了良好的NVH 性与高强度。
实轴实轴（顶部）为一个实心轴，很好地结合了性能与成本。
对于多数应用来说，减振器用于将实轴的NVH 性协调至要求的水平。
配置示例传动轴是将扭矩从差速器传送到从动轮，从而使车轮对转向或悬挂作出响应的系统。
这一系统由三个主要部分组成：∙差速器端等速万向节(CVJ)∙连接轴∙轮毂端等速万向节(CVJ)通常，差速器端等速万向节采用一个移动节，可以允许传动轴由于悬挂运行情况而改变有效长度。
在前轴或转向轴装置中，轮毂端等速万向节必须通过一个较大的角度（最大达到52 度）来有效地传送扭矩。
在后轴布置中，万向节的工作角度要小的多。
AC –实轴– GI这些万向节与实轴的组合代表前轮驱动汽车最常见的解决方案。
合理的安装条件下的性能为从A级到D级的大多数车辆提供了良好的NVH 性能和耐久性。
UF –一体式– AAR更优的前轮驱动车辆可选用该解决方案，此时，UF 万向节为小回转半径提供了高摆角，并且AAR 万向节在卓越的NVH 性能和耐久性下允许有较高的安装角度。
与MTS 结合使用，可调整传动轴以实现轻质、最佳刚度和最高的乘座舒适度。
VL –一体式– VL拥有此结构的传动轴是优越的后轮驱动汽车的首选解决方案。
具有低周向间隙和最优移动力的紧凑VL-万向节满足这些车辆要求的功能。
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空心车轴
高速动力车运行速度快,国家下达的设计任务规定:最高运行速度250 km／h,试验速度280 km／h,为减轻轮轨之间的动作用力,要尽量减轻车轴质量,尤其是簧下质量。
在充分考虑我国目前的制造水平及工艺措施的条件下,对所有零部件的细小结构都作了减小质量的考虑。
车轴属簧下质量,必须考虑减轻质量,为此,将车轴设计成空心车轴。
车轴与车轮的应力一样,每转一周,应力将循环一次,随着运行速度提高,循环频率加快,易发生疲劳,设计时应保证车轴有足够的安全裕度,即有足够的疲劳寿命。
这要通过精心设计并采取相应的工艺措施来保证。
1.空心轴结构设计
(1)空心车轴轴身内、外径的确定
在保证车轴所受的最大应力不变的条件下,空心车轴轴身外径越大,内孔直径越大,则减轻质量的效果越好。
但为了减小轮轨动作用力,高速动力车采用双空心轴驱动,在此情况下,为避免内外空心轴及车轴在运动过程中相互干涉,其间必须留有足够的间隙,因此,车轴轴身外径的选择受到空间的限制。
经综合考虑,轴身外径定为183mm,见图1。
确定车轴内孔直径,首先要保证有足够的强度,其次是减轻质量,两者需协调;同时,车轴内孔直径不仅影响车轴的强度和应力分布,还影响轮轴的过盈量及压装工艺。
图1 空心车轴局部结构图
1.轴身
2.轮座
3.过渡圆弧
4.轴颈
5.内孔
车轴主要承受弯、扭两种载荷,可从车轴的最大弯曲和扭应力来分析其强度。
车轴受弯和受扭的分析相同,得到的结论也一致,因此,仅分析车轴受弯的情况。
设截面模量为W （m 3）,车轴内、外径分别为d （m ）、
D （m ）,车轴的最大弯矩为M （N*m ）,则车轴的最大应力为σmax ＝M ／W,单位为 （Pa ）。
设实心车轴与空心车轴受到的弯矩M 相等,车轴外径也相等,则空心轴与实心轴的最大应力之比σK ／σs ＝1／〔1－（d ／D ）4〕
在结构允许的条件下,尽可能使空心轴与实心轴应力相等,则： D s /D k =34)/(1k k D d
式中:d K 、D K 、D s ——空心轴内、外径及实心轴外径 （mm ）。
d K ／D K ＝0．6，则D s ／D K ＝0．955。
说明要保证空心轴与实心轴
具有相等的应力,在空心轴内外径之比为0.6时,空心轴外径应比实心轴外径大4.5%。
结合我国机车工业的加工现状,且国家攻关课题资金紧张,空心轴采用内孔为直孔结构,它虽不如收口孔心轴减轻质量的效果好,但
两者相差不大,且直孔给加工带来很大方便。
从结构分析,轮座与轴肩过渡圆弧处受力状况良好。
收口孔心轴不足之处是轮座处壁厚较薄,而此处正是靠过盈量压装车轮来保证轮轴装配的,见图2。
(2)轮座直径与轴身直径比及过渡圆弧半径的确定
据统计,机车车辆86%左右的车轴在轮座靠内侧处发生裂损,车轴轮座中间部分承受着最大的弯曲应力,并存在擦伤、腐蚀,以及由于压装车轮所引起的应力集中,致使轮座部分疲劳强度明显下降。
根据疲劳试验的结果,得到了一条重要结论:车轴轮座部分比相邻轴身应有较大的直径,从轮座边缘应平滑地过渡到直径较小的轴身。
(a) 收口空心轴轮座（b）直孔空心轴轮座
图2
图3是日本对轴身直径d＝50 mm、轮座直径D＝75 mm的试样进行试验得到的直径比D／d与疲劳强度的关系曲线。
图中,R为轴身与轮座两段间的过渡圆弧半径,σw2为疲劳断裂破坏的极限;σw3为磁粉探测确定的发生裂纹的疲劳极限;σw1为显微镜观察确定的裂纹发生疲劳极限。
图3 D／d与疲劳强度的关系曲线图4过渡圆弧曲线半径由图3知,选取D／d为1.1左右较为合适,大于1.16时,疲劳极限反而下降(图中未表示)。
D／d为1．10～1．16时,轮座处与过渡圆弧处疲劳寿命接近。
法国铁道科学研究所建议TGV动力车空心轴轮座处直径与相邻轴身直径之比为1．15～1．16,略大于以前提出的1．10。
德国ICE动力车空心轴轮座处阶梯直径比为1．106,推荐采用阶梯直径比为1．10～1．16。
我国首台高速动力车空心轴阶梯直径比为208／183＝1．126,见图1,是根据图3的试验曲线,并结合车轴的实际结构要求,同时参照了德国ICE动力车、法国TGV动力车空心轴的结构而确定的,目前还不能完全由计算来确定,只能作定性分析。
当车轮与车轴转动时,轮毂内轴孔的前端10 mm左右部分因压装塑性变形而扩大成锥形。
在弯矩作用下车轴转动时,轮座内端与轮毂的轴孔相互摩擦,在车轴的轮座表面就很快形成擦伤腐蚀和凹痕擦伤,应力集中更趋严重,形成日后发生疲劳裂纹的核心。
如果轮座与轴身结构设计成阶梯状,使车轴在弯矩作用下的挠曲变形发生在过渡段内,轮座擦伤就大为减小,从而
提高疲劳寿命,但阶梯直径比过大,疲劳破坏会转移到过渡圆弧部分,因此,寿命反而降低。
阶梯直径比选定后,可设计过渡圆弧曲线半径R（见图4）。
R越大,则轮座部分的疲劳极限越低,过渡圆弧部分的疲劳极限越大;反之亦然。
当R最佳时,两者疲劳极限接近或相等。
轴肩过渡圆弧采用椭圆弧曲线为理想曲线,这样可以兼顾轮座处与轴肩圆弧处的疲劳极限,当轴径比D／d＝1．15时,过渡圆弧曲线由R15和R55两段圆弧组成。
德国ICE动力车、法国TGV动力车车轴都采用空心车轴,且都由R15和R75两段圆弧组成的近似椭圆的过渡圆弧。
（3）突悬量的选择
多次现场调研发现,使用过一段时间的车轴退轮以后,轮座表面可分为三个区:第一区为磨光区,靠近轮座内侧,该区钟口间隙大,接触压力小,滑动振幅大,微颗粒状的氧化物不易生成,同时也易排出,因此,两表面被磨光;第二区为腐蚀区,该区紧靠磨光表面,钟口间隙小,接触压力大,轮座表面与轮毂孔内表面间在循环载荷作用下,产生反复滑动,而且滑动振幅小,会产生大量的氧化磨损颗粒,两表面磨损严重,从放大的照片及实物看,该区磨蚀严重,是车轴疲劳破坏的危险区,疲劳裂纹多发生在该部位;第三区为配合良好区。
采用突悬结构(见图5),让出轮毂内轴孔前端表面因压装车轮而引起的塑性变形区,就可有效地提高轮座处的疲劳强度。
图5 突悬结构
1.轮座
2.轮毂
3.轴身
图6所示为突悬量δ与疲劳极限的关系曲线,由图可知,随着突悬量δ的增大,轮座处疲劳破坏的疲劳极限σw2显著增大。
试样有效突悬量为0 mm～4 mm（相当于实物0 mm～15 mm）时,σw2为最佳范围。
有效突悬量δ为名义突悬量δ′与轮毂轴孔倒角或圆角r之差。
高速动力车空心轴名义突悬量δ′为5 mm,圆角r为2.5 mm,实际突悬量2．5 mm。
为了保证车轮压装方便,在车轴轮座处设计了一个小锥度的引入端。
图6
2.工艺措施
（1）表面粗糙度
表面加工愈粗糙,疲劳极限愈低。
（2）表面滚压强化
表面滚压强化是将滚轮以一定压力与车轴表面相接触的工艺处理方法,能使车轴的疲劳极限大为提高,其原因是:滚压后表面产生较大的残余压应力,从而抵消一部分车轴受载后产生的拉应力,而过大的拉应力是产生裂纹的原因;同时,表面滚压后,改变了材料的物理性能,提高了硬度。
（3）车轴材料
高速动力车空心轴材料为30CrMoA，属于中、低碳钢一类,适宜滚压加工轴身和过渡圆弧。
材料选择除考虑材料的疲劳强度外,还要考虑车轴经常受到冲击载荷的作用,因此,要考虑材料有足够的韧性。