RD2型车轴工艺

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图 1-5
空心车轴
另外，若采用高强度材料，也可以缩小车轴断面尺寸，以减小车轴自重，但会使成 本提高，而且更重要的是随着材料强度的提高对缺陷的敏感性也随之增高。加之因断面 尺寸减小工作应力增大，发生断轴事故可能性随之增加并且维护困难，所以一般不采用 这种方法。 空心车轴生产工艺的选择至关重要，它对空心车轴的性能、减重效果、维修检查 方式、生产成本等密切相关。世界各国使用过的生产工艺有一、二十种之多。举例说明： 实心轴坯钻、镗孔成型；离心铸造一次成型；厚壁无缝钢管轴颈锻缩成型；多段摩擦焊 接成型等。 1.实心轴坯钻、镗孔成型方法工艺比较费工费时，浪费大量金属。假若轴颈小于 150mm 时，轴内孔内径均为 60mm 的通直型空心车轴，每根只能减轻 60kg 左右，减重效 果不够理想；若把轴身部分内径扩大到 100mm，还需特种工艺装备，生产效率也低。 2.铸造工艺是前苏联创造的一种生产车轴的新工艺。据介绍，在运用实验中效果还 不错，不过用于高速车辆是否可行值得商榷。 3.摩擦焊接空心车轴的结构形式一般可分为式和两段式。三段式的车轴是事先将轴 身和两轴端部分分段加工，然后在双头摩擦焊机上一次焊接成型。两段式的车轴是由两 节锻制和镗孔的半轴在中央部分相接，采用摩擦焊接法焊接成体整体轴。 使用空心车轴需要超探技术确保其运行安全。所以研制空心车轴技术的同时，必须 研制自动化超声波探伤装置。我国有关实验研究表明，因采用的空心车轴可以实现内壁 检测，使超探路径短，空心车轴轮座部横向裂纹探测精度比实心车轴高，裂纹定位正确， 漏探、误判机率可明显减少。所以空心车轴的使用安全性比实心车轴还要高。 值得指出的是，为能尽量减轻簧下质量，希望空心车轴的壁厚薄一点为好，但为提 高空心车轴的弯曲疲劳强度和摩擦腐蚀疲劳强度，为使车轴弯曲自振频率（壁厚减薄， 其频率降低）远离车轴的高速旋转频率，以避免发生车轴弯曲共振，其壁厚不可太薄。 国外实验研究表明，空心轴内外径之比最大为 6:10。
RD2 型车轴的加工工艺设计 （摘自百度文库）
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绪 一、引言
论
铁路是我国主要运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。铁路的客货运量 约占 50%，是国民经济的先导。近年来，我国国民经济发展十分迅速，要求铁路运输能 力与国民经济发展相适应。由于前一段时间忽视了铁路的提前投入，铁路运能的增加不 能适应国民经济的发展，在这段时间里铁路运输成为制约国民经济发展的瓶颈。随着国 民经济的快速发展和不断完善，人们的经济活动将越来越频繁，同时人们生活水平的提 高、消费观念的转变、节假日的增多，外出旅游、休闲度假、探亲访友的客流数量将不 断增加，其结果将使我国旅客需求数量迅速增长，并且对运输质量的需求更加突出，出 行消费将追求方便快捷、经济合理、环境舒适、服务良好、安全可靠的交通方式。铁路 特别是城际铁路能够提供快速、舒适、便捷、安全等全方位客运服务，满足小康社会旅 客对运输质量的多层次需求。由此可见，运输对车辆的要求越来越高。 为了适应形势的发展，必须下决心研制开发高速、重载的高科技铁路车辆。把铁路 推向一个新的发展时期。而车辆速度的提高，不仅仅是在原有基础上速度的提高，他同 时包括对车轴自身的改造和创新，以适应提速后对车辆自身各方面性能的要求。对现有 车轴自身的改造是现有车辆提速的一个重要环节，也是当前的一个重点。现有的车轴由 于其加工工艺的问题， 使得其经济成本较高， 且卸荷槽的采用， 也使的得应力过于集中， 易引起车轴过早的产生裂纹，及燃轴事故的发生，从而导致列车的行车安全性降低。因 此， 需要进行车轴加工工艺的研究， 对其进行优化。 随着车辆上的各种装备也越来越多， 因此车辆的自重和载重也越来越大，对车轴的要求也越来越高。因此在车辆设计和制造 时应采用新材料、新工艺、新结构来降低车重。本文设计的是一种货车滚动轴承的空心 车轴，为了降低成本，轴的结构应尽量简单，并有良好的加工和工艺装配性。增强轴的 工作能力，从而提高车辆的可靠性和安全性，从而满足车辆对铁路高速重载的要求，以 满足当前社会的运输需求。
车轴热处理后，其机械性能应符合表 1.4 的规定。在金相检查时，其晶粒度应为 5--8 级。
6来自百度文库
表 1-4
车轴钢机械性能
四、空心车轴
车轴是转向架轮对中重要的部件之一，直接影响车辆运行的安全性，又是转向架簧下 质量的主要组成部分，特别是对于高速车辆和重载车辆，降低车辆簧下部分质量对改善车 辆运行平稳性和减小轮轨间动力作用有重要影响。虽然，簧下结构的轻量化内容很多，如 车轮、轴箱、轴承、传动装置等轻量化，但相对来说车轴的轻量化潜力最大，空心车轴比 实心车轴可减轻 20%～40%的质量，一般可减轻 60～100kg，甚至更多。 空心车轴的结构形式，如图 1-5 所示。由于车轴主要承受横向弯矩作用，截面中心部 分应力很小，制成空心后，对车轴强度影响很大。这是因为车辆最大弯曲应力与其抗弯断 面模数成反比。而直径为 D 的实心车辆的断面模数与外径 D、内径 d 的空心车轴的断面模数 之比，为[1-(d/D) 4 ] －1 ,若 d/D=0.5 时，两者之比为 100:93.75，说明空心轴对强度影响虽 小，但减重效果明显。
表 1-1 标记圆直径
轴型 d(mm)
B 110
C 130
D 140
E 150
图 1-2 车轴中心孔（标准车轴）
滚动轴承车轴每端平分为三个扇形，两端六个扇形中的任一个扇形内刻打制造标 记， 其余刻打检修标记， 如图 1-3 (a)所示。 旧型滚动轴承车轴端部由防松板槽一分为二， 两端共四个半圆，在任一半圆中刻打制造标记，其余刻打检修标记，如图 1-3 (b)所示。
三、设计的主要内容
本文将主要根据我国的车轴概况，研究铁路车轴的当前加工工艺情况，设计滚动轴 承车轴的加工工艺，设计车轴的粗加工和精加工工艺，针对车轴出现裂纹并影响列车运 行安全性的重大问题，结合目前的加工修理现状，分析卸荷槽对货车RD2型车轴轴颈影 响，给出具体可行的解决之道来提高车轴的工作能力。在大量分析的基础上，对车轴的 强度和寿命进行计算， 从中选择最优的车轴类型， 以满足提速改造后对车轴性能的要求。
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第一章 滚动轴承车轴概述及加工工艺分析 第一节 货车滚动车轴概述 一、轴的分类与用途
轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转零件（例如齿轮、蜗轮） ，都必须安装 在轴上才能进行运动及动力的传递。 因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动和动 力。 按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承 受扭矩的轴称为转轴。 心轴又分转动心轴和固定心轴两种。 只承受扭矩而不承受弯矩 （或 弯矩很小）的轴称为传动轴。 轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运 动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶 梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上 的零件不易装配及定位； 阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。 直轴一般都制成实心的。在那些由于机器结构的要求而需要在轴中装设其它零件或 者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。空心轴内径与外径的比 值通常为 0.5～0.6,以保证轴的刚度及扭转稳定性。
二、货车车轴现状
国内车轴轴型已标准化和系列化，这是为了简化设计，便于制造、检修、运用，同 时为了减轻车轴自重，提高经济效益，以适应不同车种和不同车辆自重和载重的要求， 以及适应客货运输用途不同的需要。根据铁道部标准 TB450—38， 标准型滚动轴承车 轴有 RB 2 、RC 2 、RD 2 、RE 2 、RC 3 、RC 4 、RD 3 、RD 4 型。其中 RB 2 、RC 2 、RD 2 、
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二、车轴各部位名称及作用
（一） 轴颈：用以安装滑动轴承的闸瓦或滚动轴承负担着车辆重量，并传递各方向的
静、动载荷。 （二） 轮座：车轴与车轮之间的配合的部位。为了保证轮轴之间有足够的压紧力，轮
轴直径比车轮直径要大 0.10～0.15mm，同时便于轮轴压装，减少应力集中，轮座外侧（靠 防尘板座侧）直径向外逐渐减少，成为锥体，其小端直径要小 1mm，轮座是车轴受力最大 的部位。 （三） 防尘板座：为车轴与防尘板配合的部位，其直径比轴颈直径大，比轮座直径小， 介于两者之间，是轴颈和轮座的中间过度部分，以减少应力集中。 （四） 轴身：是车轴中央部分，该部位受力较小。
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第二节 滚动轴承车轴的加工工艺 一、综合要求及工作准备
（一） 综合要求 1. 滚动轴承车轴的加工修理应在清洁明亮的工作间进行。 2. 工作者必须经教育部门的理论学习和实际技能的培训，取得合格证者方可上 岗。 3. 作业时按规定穿戴好劳动防护用品。 （二）准备工作 1．按设备操作规程认真检查设备各部位，确认技术状态良好后按规定进行润滑， 试车机床性能良好。 2．检查所用吊具、卡具、作用须良好无破损裂纹。 3．检查所用工具，量具状态须良好，良好必须在规定的使用期限内。
图 1-4 滚动轴承车轴各部主要尺寸（TB 450—83）
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表 1.2 滚动轴承车轴各部分尺寸
三、车轴材质及要求
车轴采用优质碳素钢，如平炉钢或电炉钢锭或专门的车轴钢坯加热锻压成型，经过 热处理（正火或正火后在回火）和机械加工制成。 车轴钢的化学成分应符合表 1.3 的规定。
表 1.3 车轴钢的化学成分（%）
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RE 2 型用于货车，其余用于客车。 在铁道货车车辆中，RD2 型滚动轴承车轴适应的转向架比较多。例如转 8A、转 8AG、 转 8G、转 K1、转 K2、转 K3、转 K4 等转向架均采用 RD2 型滚动轴承车轴。车辆运行速 度不超过 120km/h，载重一般是 70t。 旧型滑动D型轮对轴身设计为锥形，本来是载重50t的货车上装用。后来一部分装在 载重60t的货车上， 曾发生多次冷切事故， 所以RD2型轮对作为载重60t的货车上装用的主 型轮对，轮座直径和轴中央直径分别比以前D增加了12mm、19mm。 货车车辆车轴为阶段式车轴，且车轴轴颈部分为承载的主要部分之一，车轴轴颈直 径尺寸直接影响着车轴抗弯的能力。限用载重50t车上的滑动货车标准型D型车轴，滑动 D轴的轴颈直径原型为145mm。规定检修中不低于129mm，载重50t及其以上的滑动货车 标准E型车轴。但是由于载重50t的货车占的比例较大，所以在60t的货车上装用的D型轮 对轴颈的直径基本上都是在135mm以上，货车车轴轮对滑改滚之后，用RD2型轮对，而 RD2型车轴的直径，原型仅为130mm（卸荷槽处直径为130） 。RD2型比D型轴颈直径原型 小15mm， 比E型轴颈直径原型尺寸小25mm， 显然RD2型车轴抗弯能力不如D或E型车轴， 虽然后期提出了40钢的材质改变，但是现役40钢RD2型车轴轮对的数量还是很大。
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（a）
(b)
图 1-3 滚动轴承车轴新制标记 （a）标准型； （b）旧型。
车轴轴型已标准化和系列化，这是为了简化设计，便于制造、检修、运用，同时为 了减轻车轴自重，提高经济效益，以适应不同车种和不同车辆自重和载重的要求，以及 适应客货运输用途不同的需要。 根据铁道部标准 TB450—38 , 标准型滚动轴承车轴有 RB 2 、RC 2 、RD 2 、RE 2 、 RC 3 、RC 4 、RD 3 、RD 4 型。其中 RB 2 、RC 2 、RD 2 、RE 2 型用于货车，其余用于客 车。RC 4 、RD 4 型车轴为发电机传动车轴，在车轴一端有发电机皮带轮安装轴，标准型 滚动轴承车轴各部尺寸示意如图 1-4 所示，各部尺寸列于表 1.2 中。
车轴各部位如图 1-1 所示。
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图 1-1 1—轴身
货车滚动轴承 RD2 型车轴 4—轴颈
2—轮座 3—防尘板座
应该指出，为了减小应力集中，各相邻截面直径变化时，交接处必须缓和过度（参 看 TB450-83)为了提高车轴的疲劳强度，对轴颈、防尘板座和轮座要进行滚压强化和精加工。 在车轴两端面有中心孔，以便于轮对在机床上进行卡装，其形状、尺寸如图 1-2 所示。以中 心孔轴线为基准刻画一个标准圆（基准圆） ，如图 1-3 所示。标记圆直径如表 1-1 所列。