CN111673201A - 提高扭杆轴花键精度的方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于向扭杆轴中间段传递转矩带动扭杆轴转动，并采用双头齿轮机床的滚齿刀对扭杆轴两端同步加工花键，在加工前通过精调扭杆轴两端的同轴度和圆跳动以及提高扭杆轴直线度和刚度，来提高扭杆轴两端花键的加工精度，减少扭杆轴两端花键的偏差，从而提高扭杆轴两端花键的精度级数。本发明克服细长扭杆轴花键加工过程中易因重力和转矩传递而变形的缺陷，提高花键加工过程中扭杆轴的稳定性，从而提高花键的加工精度，减少两端花键齿顶圆的高度偏差和对应齿牙的角度偏差，使与花键连接的扭转臂角度偏差不超过0.2°。本发明还提供一种采用以上所述的提高扭杆轴花键精度的方法加工出的扭杆轴。

Description

提高扭杆轴花键精度的方法及其产品
技术领域
本发明涉及提高扭杆轴花键精度的方法及其产品，用于扭杆轴端部花键的加工。
背景技术
根据转向架的设计和工艺装配要求，目前国内外扭杆轴和扭转臂的集合模式主要有三种：1）扭转臂和扭杆轴通过热套圆柱面过盈配合，此种结构装配后扭杆轴和扭转臂不能拆卸，并此种结构的扭转臂和扭杆轴如过盈量不够容易在周向打滑，并在大的极限垂向载荷条件下也容易打滑；2）扭转臂和扭杆轴通过花键间隙配合，然后用紧固配件将扭转臂和扭杆轴压紧防松，此种结构是可拆卸的，安装方便，但此种结构由于花键存在间隙，如间隙过大，在使用中存在冲击载荷，花键部分容易失效，只适用于小载荷；3）扭杆轴和扭转臂采用整体式结构,即二者不需装配，直接由一个零件代替，但也存在着制造困难、安装受到转向架结构较多限制，并只适用于小载荷等问题；
近几年来，随着轨道交通运行速度和舒适性的要求越来越高，抗侧滚扭杆的可靠性要求越来越高，并且在目前要求的高速动车高安全系数下，抗侧滚扭杆的可靠性尤其需要保证。而对整个抗侧滚扭杆***，扭转臂和扭杆轴的配合就是影响抗侧滚扭杆可靠性的关键项点。为保证扭杆***安装便利的要求，则需采用花键联接可拆卸的扭杆，为提高抗侧滚扭杆的可靠性，同时保证可拆卸的便利性，花键联接后配合更密合，连接部位受力更均匀，能满足大载荷、高可靠性的要求。同时因扭杆轴属于细长轴件，花键加工难度大，且精度要求进一步提高，增加加工难度，需研究一种新的轴花键加工方法满足设计要求。
发明内容
本发明提供的提高扭杆轴花键精度的方法及其产品，将现在技术中扭杆轴一端传递转矩另一端加工花键的加工方法，改进成了中间传递转矩而两端同步加工花键，在加工前精调扭杆轴两端的同轴度和圆跳动，以保证两端加工出的花键齿顶圆的同轴度和圆跳动相同，并通过提高加工前扭杆轴的直线度和刚度，克服细长扭杆轴花键加工过程中易因重力和转矩传递而变形的缺陷，提高花键加工过程中扭杆轴的稳定性，从而提高花键的加工精度，减少两端花键齿顶圆的高度偏差和对应齿牙的角度偏差，使与花键连接的扭转臂角度偏差不超过0.2°。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于向扭杆轴中间段传递转矩带动扭杆轴转动，并采用双头齿轮机床的滚齿刀对扭杆轴两端同步加工花键，在加工前通过精调扭杆轴两端的同轴度和圆跳动以及提高扭杆轴直线度和刚度，来提高扭杆轴两端花键的加工精度，减少扭杆轴两端花键的偏差，从而提高扭杆轴两端花键的精度级数。
优选的，扭杆轴两端同步加工花键包括以下步骤：
一、先将扭杆轴两端的直径公差控制在0-0.03mm以内，再将扭杆轴安装于双头齿轮机床上，用顶尖将扭杆轴夹持并将滚齿刀分别与扭杆轴端部配合；
二、校正扭杆轴两端的同轴度和扭杆轴端部的圆跳动，使扭杆轴两端的同轴度不超过0.01mm，扭杆轴端部的圆跳动不超过0.02mm；
三、对扭杆轴中间段进行支撑，以提高扭杆轴的直线度，并对扭杆轴中间段进行夹持，以提高扭杆轴的刚度，在夹持后向扭杆轴中间段传递转矩带动扭杆轴转动；
四、再启动滚齿刀，对扭杆轴两端同步加工花健。
优选的，步骤一中的“用顶尖将扭杆轴夹持”是指：先选择可与扭杆轴端部螺纹连接的接长杆，再在接长杆的自由端端面加工出与顶尖配合的夹持孔，之后将接长杆同轴连接在扭杆轴端部，最后将顶尖与接长杆的夹持孔配合，将扭杆轴夹持。
优选的，步骤二具体是指：用与顶尖配合的卡盘将接长杆夹持，通过卡盘微调接长杆的高度，使扭杆轴两端的接长杆的同轴度不超过0.01mm 、圆跳动不超过0.02mm，从而实现使扭杆轴两端的同轴度不超过0.01mm，扭杆轴端部的圆跳动不超过0.02mm ，微调完成后松开卡盘对接长杆的夹持。
优选的，步骤三具体是指用夹套将扭杆轴中间段夹持，并将夹套可转动的安装在支撑架上，驱动夹套转动，从而带动扭杆轴转动。
优选的，夹套对扭杆轴中间段的夹持长度为扭杆轴总长度的1/10~1/8，且将夹套夹持在扭轴中间段后，通过夹套调整扭杆轴中间段的直线度和圆跳动，使扭杆轴的直线度和扭村轴中间段的圆跳动均不超过0.04mm。
优选的，所述的夹套包括与扭杆轴间隙配合的套本体和装在套本体上的调节螺栓，调节螺栓沿径向螺纹配合装在套本体上，且内端与扭杆轴接触，调节螺栓的数量为最少两个，扭杆轴的中间段被多个调节螺栓夹持，通过调节螺栓精调扭杆轴中间段的直线度和夹持力，使扭杆轴中间段的直线度和圆跳动均不超过0.04mm。
优选的，所述的调节螺栓的数量为四个，两个设置在扭杆轴的上方，另外两个对称设置在扭杆轴的下方，且调节螺栓均靠近套本体端部，调节各调节螺栓对扭杆轴的压力，以精确调节扭杆轴中间段的直线度，使扭杆轴的中间段直线度不超过0.04mm，并调节扭杆轴中间段所受的夹持力，使扭杆轴中间段的圆跳动不起过0.04 mm。
优选的，调节好扭杆轴的直线度和扭杆轴中间段的圆跳动后用双头齿轮机床上的卡盘夹持套本体，并将卡盘与支撑架固定，通过卡盘带动套本体转动，套本体在使用前进行外壁磨削，使套本体的外壁圆度和直线度均达到0.02mm。
采用以上所述的提高扭杆轴花键精度的方法加工出的扭杆轴，其特征在于扭杆轴两端花键齿顶高度差不超过±0.2mm，扭杆轴两端花键对应齿牙的圆周角度差不超过0.2°。
发明的有益效果是：
1.本发明中向扭杆轴中间段传递转矩带动扭杆轴转动，并采用双头齿轮机床的滚齿刀对扭杆轴两端同步加工花键，即将现在技术中扭杆轴一端传递转矩另一端加工花键的加工方法，改进成了中间传递转矩而两端同步加工花键，在加工前精调扭杆轴两端的同轴度和圆跳动，以保证两端加工出的花键齿顶圆的同轴度和圆跳动相同，并通过提高加工前扭杆轴的直线度和刚度，克服细长扭杆轴花键加工过程中易因重力和转矩传递而变形的缺陷，提高花键加工过程中扭杆轴的稳定性，从而提高花键的加工精度，减少两端花键齿顶圆的高度偏差和对应齿牙的角度偏差，使扭杆轴两端的花键精度级数从7级提升至4级，使与花键连接的扭转臂角度偏差不超过0.2°。
2.在扭杆轴的两端连接接长杆，便于从扭杆轴端面起加工花键，并且在连接接长杆后通过与顶尖配合的卡盘来精调两端接长杆的同轴度和圆跳动，从而实现扭杆轴两端同轴度和圆跳动的精调，精调过程操作方便，且不影响扭杆轴端面花键加工位置的选择。
3.在扭村轴中间段被夹套夹持，并用支撑架支撑夹套，使扭杆轴中间段被有效撑起不因重力而变形，提高扭杆轴中间段与两端的同轴度，从而提高扭杆轴的直线度，通过夹套中的调节螺栓调节扭杆轴中间段的夹持受力，以提高扭杆轴的刚度，保证扭杆轴转动过程中弹簧钢材质的扭杆轴不因转矩受力而变形，使扭杆轴中间段的圆跳动符合设计要求。
4. 双头齿轮机床上的卡盘夹持套本体，使套本体在转动过程中不会产生径向振动，从而保证扭杆轴在转动过程中不会产生振动，进一步提高花键加工的精准性，以使花键精度满足设计要求。
附图说明
图1为扭杆轴装在双头齿轮机床上进行花键加工的示意图。
图2为夹套装在扭杆轴中间段的示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图2对本发明的实施例做详细说明。
提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于向扭杆轴1中间段传递转矩带动扭杆轴1转动，并采用双头齿轮机床的滚齿刀对扭杆轴两端同步加工花键，在加工前通过精调扭杆轴1两端的同轴度和圆跳动以及提高扭杆轴直线度和刚度，来提高扭杆轴1两端花键的加工精度，减少扭杆轴1两端花键的偏差，从而提高扭杆轴1两端花键的精度级数。
以上所述的提高扭杆轴花键精度的方法中向扭杆轴中间段传递转矩带动扭杆轴转动，并采用双头齿轮机床的滚齿刀对扭杆轴两端同步加工花键，即将现在技术中扭杆轴一端传递转矩另一端加工花键的加工方法，改进成了中间传递转矩而两端同步加工花键，在加工前精调扭杆轴两端的同轴度和圆跳动，以保证两端加工出的花键齿顶圆的同轴度和圆跳动相同，并通过提高加工前扭杆轴的直线度和刚度，克服细长扭杆轴花键加工过程中易因重力和转矩传递而变形的缺陷，提高花键加工过程中扭杆轴的稳定性，从而提高花键的加工精度，减少两端花键齿顶圆的高度偏差和对应齿牙的角度偏差，使扭杆轴两端的花键精度级数从7级提升至4级，使与花键连接的扭转臂角度偏差不超过0.2°。
其中，扭杆轴两端同步加工花键包括以下步骤：
一、先将扭杆轴两端的直径公差控制在0-0.03mm以内，再将扭杆轴1安装于双头齿轮机床上，用顶尖将扭杆轴1夹持并将滚齿刀分别与扭杆轴1端部配合；
二、校正扭杆轴两端的同轴度和扭杆轴端部的圆跳动，使扭杆轴两端的同轴度不超过0.01mm，扭杆轴端部的圆跳动不超过0.02mm；
三、对扭杆轴中间段进行支撑，以提高扭杆轴1的直线度，并对扭杆轴1中间段进行夹持，以提高扭杆轴1的刚度，在夹持后向扭杆轴1中间段传递转矩带动扭杆轴1转动；
四、再启动滚齿刀，对扭杆轴1两端同步加工花健。
如图1所示，双头齿轮机床上的滚齿刀4分别与扭杆轴1端部配合，随扭杆轴1的转动在扭杆轴1两端同步加工出花键，扭杆轴1在双头齿轮机床上通过顶尖5夹持定位，扭杆轴1中间轴被支撑，以防上扭杆轴1转动过程中，扭杆轴1中间因重力而变形，并且扭杆轴1中间段被夹持，可有效提高中间段的刚度，使弹簧钢材材质的钮杆轴1不因转矩的传递而扭转变形，从而保证扭杆轴1两端在扭杆轴1转动过程中不会发生扭转变形，进一步提高扭杆轴花键加工的精准性。
其中，步骤一中的“用顶尖将扭杆轴1夹持”是指：先选择可与扭杆轴1端部螺纹连接的接长杆11 ，再在接长杆11的自由端端面加工出与顶尖配合的夹持孔，之后将接长杆11同轴连接在扭杆轴1端部，最后将顶尖与接长杆11的夹持孔配合，将扭杆轴夹持。由于扭杆轴1端部的花键位置由扭转臂的安装位置确定，所以在扭杆轴的两端连接接长杆，便于从扭杆轴端面起加工花键，并且在连接接长杆后通过与顶尖配合的卡盘来精调两端接长杆的同轴度和圆跳动，从而实现扭杆轴两端同轴度和圆跳动的精调，精调过程操作方便，且不影响扭杆轴端面花键加工位置的选择。
其中，步骤二具体是指：用与顶尖配合的卡盘将接长杆11夹持，通过卡盘微调接长杆11的高度，使扭杆轴两端的接长杆11的同轴度不超过0.01mm 、圆跳动不超过0.02mm，从而实现使扭杆轴两端的同轴度不超过0.01mm，扭杆轴端部的圆跳动不超过0.02mm ，微调完成后松开卡盘对接长杆11的夹持。通过卡盘微调接长杆11的高度，使扭杆轴两端的接长杆高度相等，以使扭杆轴两端的同轴度和圆跳动符合设计需求，而且卡盘是机床中与顶尖配套的部件，调节方便简单，精准性高。
其中，步骤三具体是指用夹套2将扭杆轴1中间段夹持，并将夹套2可转动的安装在支撑架3上，驱动夹套2转动，从而带动扭杆轴1转动。夹套2用于夹持扭杆轴中间段，向扭杆轴中间段传递转矩带动扭杆轴转动，并且用于调节扭杆轴中间段的直线度和夹持力，以提高扭杆轴的刚度，使扭杆轴在转动的过程中稳定性更好，使扭杆轴中间段在转动过程中不因重力发生弯曲变形，也不因转矩传递而发生扭转变形，保证扭杆轴绕中轴线转动，避免扭杆轴端部产生变形或振动，从而提高花键加工的精准性，以使花键精度满足设计要求。
其中，夹套2对扭杆轴中间段的夹持长度为扭杆轴1总长度的1/10~1/8，且将夹套2夹持在扭轴1中间段后，通过夹套2调整扭杆轴1中间段的直线度和圆跳动，使扭杆轴1中间段的直线度和圆跳动均不超过0.04mm。夹套2的长度由扭杆轴的长度变化而变化，扭杆轴的长度越长而夹套的长度越长，夹套2对扭杆轴中间段的夹持可有效提高扭杆轴的刚度，保护扭杆轴不因转动而变形或振动。
其中，所述的夹套2包括与扭杆轴1间隙配合的套本体21和装在套本体21上的调节螺栓22，调节螺栓22沿径向螺纹配合装在套本体21上，且内端与扭杆轴1接触，调节螺栓22的数量为最少两个，扭杆轴1的中间段被多个调节螺栓22夹持，通过调节螺栓22精调扭杆轴1中间段的直线度和夹持力，使扭杆轴1中间段的直线度和圆跳动均不超过0.04mm。拧动调节螺栓22可改变调节螺栓22对扭杆轴的压力，即而调节扭杆轴中间段在套本体21中的位置，使扭杆轴与套本体21精确同轴，以保证扭杆轴中间段的直线段，同时调节螺栓对扭杆轴施加的压力可将扭杆轴中间段有效夹持，保证扭杆轴中间段不因转矩传递而扭转变形，有效提高扭杆轴的刚度，提高扭杆轴转动过程中稳定性。
其中，所述的调节螺栓22的数量为四个，两个设置在扭杆轴1的上方，另外两个对称设置在扭杆轴1的下方，且调节螺栓22均靠近套本体21端部，调节各调节螺栓22对扭杆轴1的压力，以精确调节扭杆轴1中间段的直线度，使扭杆轴1的中间段直线度不超过0.04mm，并调节扭杆轴1中间段所受的夹持力，使扭杆轴1中间段的圆跳动不起过0.04 mm。如图2所示，四个调节螺栓呈矩形分布，通过调节各调节螺栓，可对扭杆轴中间段进行径向微调，保证其直线度，同时上下对称的调节螺栓可将扭杆轴中间段有效夹持，有效提高其刚度。
其中，调节好扭杆轴1的直线度和扭杆轴1中间段的圆跳动后用双头齿轮机床上的卡盘夹持套本体21，并将卡盘与支撑架3固定，通过卡盘带动套本体21转动，套本体21在使用前进行外壁磨削，使套本体21的外壁圆度和直线度均达到0.02mm。用卡盘将套本体21夹住，使套本体21在转动过程中不会产生径向振动，从而保证扭杆轴在转动过程中不会产生振动，进一步提高花键加工的精准性。
本发明还保护一种采用以上所述的提高扭杆轴花键精度的方法加工出的扭杆轴，其特征在于扭杆轴1两端花键齿顶高度差不超过±0.2mm，扭杆轴1两端花键对应齿牙的圆周角度差不超过0.2°，使扭杆轴两端的花键精度级数从7级提升至4级，使与花键连接的扭转臂角度偏差不超过0.2°，满足扭杆轴两端扭转臂的安装要求。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于向扭杆轴（1）中间段传递转矩带动扭杆轴(1)转动，并采用双头齿轮机床的滚齿刀对扭杆轴两端同步加工花键，在加工前通过精调扭杆轴（1）两端的同轴度和圆跳动以及提高扭杆轴直线度和刚度，来提高扭杆轴(1)两端花键的加工精度，减少扭杆轴（1）两端花键的偏差，从而提高扭杆轴（1）两端花键的精度级数。
2.根据权利要求1所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于扭杆轴两端同步加工花键包括以下步骤：
一、先将扭杆轴两端的直径公差控制在0-0.03mm以内，再将扭杆轴（1）安装于双头齿轮机床上，用顶尖将扭杆轴（1）夹持并将滚齿刀分别与扭杆轴（1）端部配合；
二、校正扭杆轴两端的同轴度和扭杆轴端部的圆跳动，使扭杆轴两端的同轴度不超过0.01mm，扭杆轴端部的圆跳动不超过0.02mm；
三、对扭杆轴中间段进行支撑，以提高扭杆轴（1）的直线度，并对扭杆轴（1）中间段进行夹持，以提高扭杆轴（1）的刚度，在夹持后向扭杆轴（1）中间段传递转矩带动扭杆轴(1)转动；
四、再启动滚齿刀，对扭杆轴(1)两端同步加工花健。
3.根据权利要求2所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于步骤一中的“用顶尖将扭杆轴（1）夹持”是指：先选择可与扭杆轴（1）端部螺纹连接的接长杆（11） ，再在接长杆（11）的自由端端面加工出与顶尖配合的夹持孔，之后将接长杆（11）同轴连接在扭杆轴（1）端部，最后将顶尖与接长杆（11）的夹持孔配合，将扭杆轴夹持。
4.根据权利要求3所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于步骤二具体是指：
用与顶尖配合的卡盘将接长杆（11）夹持，通过卡盘微调接长杆（11）的高度，使扭杆轴两端的接长杆（11）的同轴度不超过0.01mm 、圆跳动不超过0.02mm，从而实现使扭杆轴两端的同轴度不超过0.01mm，扭杆轴端部的圆跳动不超过0.02mm ，微调完成后松开卡盘对接长杆（11）的夹持。
5.根据权利要求1所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于步骤三具体是指用夹套（2）将扭杆轴（1）中间段夹持，并将夹套（2）可转动的安装在支撑架（3）上，驱动夹套（2）转动，从而带动扭杆轴（1）转动。
6.根据权利要求5所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于夹套（2）对扭杆轴中间段的夹持长度为扭杆轴（1）总长度的1/10~1/8，且将夹套（2）夹持在扭轴（1）中间段后，通过夹套（2）调整扭杆轴（1）中间段的直线度和圆跳动，使扭杆轴（1）中间段的直线度和圆跳动均不超过0.04mm。
7.根据权利要求6所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于所述的夹套（2）包括与扭杆轴（1）间隙配合的套本体（21）和装在套本体（21）上的调节螺栓（22），调节螺栓（22）沿径向螺纹配合装在套本体（21）上，且内端与扭杆轴（1）接触，调节螺栓（22）的数量为最少两个，扭杆轴（1）的中间段被多个调节螺栓（22）夹持，通过调节螺栓（22）精调扭杆轴（1）中间段的直线度和夹持力，使扭杆轴（1）中间段的直线度和圆跳动均不超过0.04mm。
8.根据权利要求7所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于所述的调节螺栓（22）的数量为四个，两个设置在扭杆轴（1）的上方，另外两个对称设置在扭杆轴（1）的下方，且调节螺栓（22）均靠近套本体（21）端部，调节各调节螺栓（22）对扭杆轴（1）的压力，以精确调节扭杆轴（1）中间段的直线度，使扭杆轴（1）的中间段直线度不超过0.04mm，并调节扭杆轴（1）中间段所受的夹持力，使扭杆轴（1）中间段的圆跳动不起过0.04mm。
9.根据权利要求7所述的提高扭杆轴花键精度的方法，其特征在于调节好扭杆轴（1）的直线度和扭杆轴（1）中间段的圆跳动后用双头齿轮机床上的卡盘夹持套本体（21），并将卡盘与支撑架（3）固定，通过卡盘带动套本体（21）转动，套本体（21）在使用前进行外壁磨削，使套本体（21）的外壁圆度和直线度均达到0.02mm。
10.采用权利要求1至9任一项所述的提高扭杆轴花键精度的方法加工出的扭杆轴，其特征在于扭杆轴（1）两端花键齿顶高度差不超过±0.2mm，扭杆轴（1）两端花键对应齿牙的圆周角度差不超过0.2°。
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