世界铁路存在着多种不同轨距制式,对区域经济发展和国际铁路联运造成了巨大阻碍。自动变轨距技术的出现解决了由于轨距制式不同所带来的铁路联运障碍。国外对自动变轨距技术研究起步较早,在变轨距领域已经完成专利布局和技术垄断,为我国变轨距技术的研究发展带来了挑战,同时也带来了机遇。通过研究国外先进技术,开发出拥有完全自主知识产权的自动变轨距技术具有重要意义。自动变轨距技术的关键在于变轨距转向架和地面变轨装置的设计。本文研究了国内外现有变轨距技术并分析不同技术中的变轨原理及其优缺点,采用在传统轮对结构上实现变轨距的技术路线。通过分析变轨距转向架变轨原理,给出了基于传统轮对、并适用于高速及城市轨道车辆的变轨距的解决方案。在此基础上,本文开展工作如下:(1)研究国内外现有变轨距技术,了解变轨距技术发展历程,分析不同技术中的变轨距转向架原理及其优缺点。采用在传统轮对结构上实现变轨距的技术路线,在分析变轨距转向架变轨原理的基础上,给出了基于传统轮对、并适用于高速及城市轨道车辆的变轨距解决方案。完成变轨距转向架轮对结构、轴箱装置、锁紧装置以及地面变轨装置的详细结构方案,并基于CREO三维绘图软件进行建模。(2)针对变轨距转向架方案中关键技术难点锁紧机构进行了结构与运动学分析,在分析参考现有资料的基础上,结合变轨距转向架轮对轴箱装置具体结构,给出了转臂连杆式锁紧机构初步结构方案。通过对转臂连杆式锁紧装置的运动分析,发现随动转臂圆周运动会导致锁紧杆水平位移,增加定位面零件间的摩擦,影响锁紧机构运动灵活性与定位准确性。因此,提出了一种通过在随动转臂上设置凸轮结构,利用随动转臂凸轮结构与锁紧杆下端辊子配合来取代随动转臂与锁紧杆直接连接的优化方案。将随动转臂的圆周运动转化为锁紧杆的垂向直线运动。(3)基于标准和变轨距列车的实际运行情况制定了锁紧机构和轴箱的运营载荷工况和超常载荷工况,并完成相关部件的强度分析。计算结果表明在超常工况载荷下,各部件最大Von-Mises等效应力值均小于材料的屈服极限,并有1.5倍以上的安全系数,符合静强度设计要求;运营工况下,最大主应力投影后的待测节点应力循环,均落在了Goodman疲劳极限图内,符合疲劳强度的设计要求。(4)对变轨距转向架轮对系统中的车轴、车轮及滚子花键结构进行强度分析。计算结果表明,车轴的危险位置位于外套筒座与外端轴身过渡位置,最大等效应力值为68.76 MPa,远小于材料许用应力,安全裕量充足;车轮的最大等效应力161.07 MPa,最大动应力为267.84 MPa,满足车轮的静强度和疲劳强度的设计要求;滚子花键的最大等效应力58.33 MPa,符合使用要求。