摘要：针对地铁转向架转臂节点压装后沿轴向回弹的问题，从节点配合过盈量、外套外径、配合宽度、轴向刚度等方面分析原因，提出了单位面积轴向力(σ)的计算公式，以供设计人员及现场工艺人员参考。
关键词：地铁;转向架;转臂节点;压装;回弹;
橡胶是一种高分子黏弹性材料，具有优良的减振性能，被广泛应用于轨道车辆中。运行速度高、轴重大的地铁转向架，一系多采用转臂式定位方式，其中转臂式定位的关键部件就包括转臂节点。在实际运行过程中，转臂节点承受转向架一系悬挂的纵向、横向、垂向等三向力，因其具有优良的非线性刚度特性，使车辆具有良好的运行稳定性和曲线通过能力，同时转臂节点吸收、释放了轮对系统产生的部分冲击和振动，降低了转向架的振动噪声，提升了车辆运行的舒适性。新造的地铁车辆转向架，现场组装定位转臂部件，将转臂节点压装到转臂节点孔时，节点在轴向上出现回弹，导致一侧弹性挡圈无法安装到位，这严重影响了车间生产进度。本文针对节点压装后回弹的问题，从多方面进行了原因分析，并给出了建议措施。
1 装配方式
定位转臂节点位于转臂和构架之间，节点外套与转臂节点孔过盈配合，两端通过螺栓紧固到构架定位座上。节点向转臂节点孔压装时，会有轴向预压缩，两侧弹性挡圈起限位作用。
橡胶弹性元件宜受压缩、不宜受拉伸，新造车将节点进行轴向预压缩，降低了节点在运行过程中受拉伸的频数，有利于产品疲劳性能，从而延长了产品使用寿命。
2 原因分析
对几款地铁转向架用定位转臂组成的配合尺寸参数进行汇总，如表1所示。
各型号转向架转臂节点外套金属材质为45钢或20钢，厚度约为3～4.5 mm，定位转臂材质通常为G20Mn5铸钢，压装配合面粗糙度均为Ra1.6 um，回弹原因分析可基本忽略材质、厚度、配合面粗糙度的影响。
节点径向刚度为12～15 k N/mm，相比于金属外套的过盈配合量，各橡胶节点径向刚度较小，回弹原因分析忽略径向刚度的影响。
根据项目经验及回弹问题反馈，表1中节点回弹现象发生的概率由节点1～节点8逐渐降低，其中节点1回弹发生概率最高达40%，节点8回弹发生概率最小。
通过分析表1，可得出以下规律：
1)节点1与节点2，轴向压缩量大，产品易反弹。
2)节点6与节点8，轴向刚度大，产品易反弹。
3)节点1与节点3，节点2与节点3，节点配合宽度小，产品易反弹。
4)节点3与节点4，节点直径小，产品易反弹。
5)节点2与节点5，节点4与节点7，配合过盈量小，产品易反弹。
目前生产中出现的节点压装回弹的现象，可能的原因：
1)配合过盈量不足。这是节点压装后回弹最主要的原因。对反弹的节点进行尺寸检测，大部分节点的外径尺寸靠近尺寸下限。
2)节点外径偏小、轴向预压缩量大。目前在产的某型号转向架，使用的节点配合类型为节点1，压装后回弹率达40%。
3 现场方案
为了解决生产现场出现的问题，对于出现回弹的节点，用砂纸打磨节点金属外套，减少润滑油脂的涂抹量，重新压装可降低再次回弹的概率。
4 公式创建
为了将实际经验转化为可供参考的设计原则，通过前文的分析，创建了经验公式，目的是给转臂组成配合尺寸及公差的设计提供一种参考。
为方便压装，压装配合面粗糙度一般为Ra0.8μm或Ra1.6μm，压装时涂抹润滑油脂。本文的经验公式，主要从压装配合尺寸考虑，暂排除粗糙度和润滑两种因素的影响。
影响节点回弹的因素，主要有节点轴向刚度、轴向压缩量、过盈量、外径、配合宽度等。为方便计算，过盈量取中值(过盈量上下值之差为0.1 mm)，如表2所示。
转臂节点压装后，由于轴向刚度的存在，节点会有轴向力，根据前文的数据分析，可知分布到外套表面的单位面积轴向力(σ)越大，节点易回弹：
式中：K为轴向刚度;s为轴向压缩量;d为节点外径;L为节点配合宽度;m为过盈量中值。
节点参数示意见图2。
将参数带入公式(1)，各节点单位面积轴向力(σ)如表3所示。
由表3可知，节点1～节点8的单位面积轴向力σ，呈明显下降趋势，这与实际工况中节点1～节点8回弹趋势依次减弱基本一致，验证了经验公式的可行性。
5 结语
针对地铁转向架转臂节点压装后回弹的问题，本文从节点轴向刚度、轴向压缩量、配合过盈量、外径、配合宽度等方面进行了分析，给出了建议处理措施;初步建立了单位面积轴向力(σ)的经验计算公式。然而本文在理论完整性上依然存在以下不足：
1)为简化经验公式，忽略了节点外套厚度、材质的影响;
2)忽略了节点径向刚度的影响;
3)统计样本数量较窄，仅从节点直径、过盈量等参数的理论数据进行分析，未进行大量样品的尺寸实测;
4)计算公式中未有修正系数;
5)未给出单位面积轴向力基本能够满足压装要求的评价标准。
继续丰富样本数量及参数，考虑材质、节点径向刚度的影响，优化单位轴向力的计算公式，以及给出单位轴向力的评价标准，是日后需深入开展的工作。
参考文献
[1] 严隽耄，傅茂海.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[2] 刘建勋，卜继玲.铁道车辆转向架橡胶弹性元件应用技术[M].北京：中国铁道出版社，2012.
