地铁齿轮箱吊杆装置的强度分析.pdf

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1、第１期（总第２００期）机械工程与自动化No．１２０１７年２月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０１‐００４２‐０２地铁齿轮箱吊杆装置的强度分析张增强（太原重工轨道交通设备有限公司，山西太原０３００３２）摘要：吊杆装置是地铁齿轮箱中的关键零部件，对车辆的安全运行起着关键作用，对其进行强度分析计算是十分必要的。针对某地铁车辆用齿轮箱的吊杆装置，分析了吊杆装置的受力工况，利用ANSYS对吊杆装置进行了有限元分析，结果表明杆体和球铰强度满足要求，也为吊杆装置设计时的强度分析提供了一种方法。关键词：地铁齿轮箱；吊杆

2、装置；有限元；强度分析中图分类号：TP３９１畅７∶U２６０畅３３２文献标识码：A0引言吊杆杆体的材料为４２CrMo，其机械性能参数见齿轮箱是地铁车辆中的关键零部件，其主要作用表１。是将牵引电机输出的动力传递到轮对上，从而驱动车辆运行。齿轮箱通过吊杆装置与转向架构架上的吊座相连，吊杆装置承受齿轮箱运转中出现的载荷，包括由牵引和制动引起的载荷、振动冲击和由牵引电机短路引起的载荷。吊杆装置的安装使齿轮箱能够承受车辆运行过程中来自轮对的振动冲击，如果运行中轮对与转向架构架之间有了相对运动，吊杆装置上的橡胶节点将使安图３球铰结构示意图装在轮对上的齿轮箱产生一个与轮对位移一致的运表１４２CrM

3、o的性能参数动，从而不会影响其他部件。吊杆装置对齿轮箱及车抗拉强度b屈服强度０．２弹性模量Eσ泊松比辆的安全运行起着关键的作用，所以在齿轮箱设计时MPaMPaN／mm２对吊杆装置的强度进行分析计算具有重要意义。≥９００≥６５０２０６８０００．２９1吊杆装置结构２．２边界条件与载荷工况图１为某地铁车辆用齿轮箱，吊杆两端通过螺栓在吊杆装置强度分析时，在与齿轮箱连接处直接将齿轮箱和构架吊座固定连接。图２为吊杆装置结构［１］施加反作用力，但由于其不仅承受齿轮传递扭矩时示意图，其主要由杆体和球铰组成，杆体材料为箱体的反作用力，还要承受车辆运行的振动冲击，所以４２CrMo。图３为球铰结构示意图

4、，球铰由橡胶和金属为了更好地对杆体强度进行分析，对吊杆装置和齿轮材料硫化组成，芯轴材料为４５钢，外套为２０钢。箱进行了整体建模，将杆体与构架连接一端进行约束；在齿轮箱输入轴处施加载荷，并考虑振动加速度的作用，吊杆杆体结构有限元模型由Solid４５与Solid９２组成，杆体有限元模型如图４所示。齿轮箱输入轴与电机轴相连，齿轮箱承受构架和轮对的冲击，计算载荷如下：杆体静强度施加载荷为电机短路扭矩Mqmax＝±１５００Nm，冲击振动加速度为：垂向±５０g，横向±２０g，纵向±１５g；杆体疲劳强度施加载荷为电机启动扭矩Mq＝±６００Nm，疲劳振动加速度为：垂向图１齿轮箱结构图２吊杆装置结构

5、±２０g，横向±１０g，纵向±６g。2杆体强度分析２．３有限元分析２．１材料性能施加载荷与约束后，利用ANSYS软件对杆体进２０１１年山西省科技重大专项项目（２０１１１１０１０２９）收稿日期：２０１６‐０５‐１７；修订日期：２０１６‐１０‐２０作者简介：张增强（１９８２‐），男，河南洛阳人，工程师，硕士。２０１７年第１期张增强：地铁齿轮箱吊杆装置的强度分析·４３·行静强度和疲劳强度分析，其应力分布分别见图５和图６所示。图４杆体有限元模型图５静强度应力分布图６疲劳强度应力分布根据UIC６１５‐１标准，吊杆结构在最大冲击载荷表３。表３中C１０、C０１、D１均为有限元建模时模型作用下，其

6、静强度条件为：结构的最大von＿Mises应力mooney‐rivlin选取的材料常数。不大于制造材料的弹性极限，即满足关系式：表２金属材料性能von‐Mises≤０．２．σσ抗拉强度b屈服强度０．２弹性σ模量Eσ材料泊松比MPaMPaN／mm２由图５可知吊杆的最大von‐Mises应力为３５３．０９２MPa，出现在吊杆杆身的圆弧区域，小于材料４５≥５９０≥３５５２１０００００．３的屈服极限６５０MPa，故吊杆杆体的静强度满足要求。２０≥４００≥２４５２１０００００．３实际结构的几何尺寸与形状、表面粗糙度和质量表３橡胶材料参数等级与光滑试棒存在差异，其结构的疲劳极限－１S与橡胶硬度

7、（°ShAσ）C１０C０１D１［２］试棒的疲劳极限－１满足以下关系式：σ５６０．３０．０７５０．０００１－１σ３．２边界条件与载荷－１S＝βCL＝－１kβCL．σεσεKf为方便模拟吊杆球铰在实际工程中的刚度及强度其中：Kf为疲劳缺口系数；CL为载荷类型因子；为尺特性，根据吊杆球铰ε的对称特点，采用１／２实体模型进寸系数；为表面状态系数；－１为光滑β试棒的疲劳极行σ模拟分析，分析过程中不考虑金属与橡胶之间的粘限；－１k为缺口试棒的疲劳极限。４２σCrMo试棒的疲劳结特