复合弹性元件的刚度分析

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1、万方数据第3l卷第3期2008年5月20日电力机车与城轨车辆EkctricLocomotive3＆MassTransitVehic／esVoL31No．3May20th。2008复合弹性元件的刚度分析贺世忠，黄勇明(南车株洲电力机车有限公司，湖南株洲412001)摘要：轴箱拉杆横向定位刚度的稳定性对机车运行性能有很大影响。文章采用金属橡胶件取代传统的橡胶弹性件，解决了由于橡胶件性能不稳定和老化可能导致拉杆刚度变化的问题，提高了拉杆使用寿命。关键词：轴箱；拉杆；橡胶件；稳定性；刚度；老化中图分类号：U260．331文献标识码：A文章编号：1

2、672—1187(2008)03-0023-03StiffnessanalysesofcompoundspringHEShi-zhong，HUANGYong-ming(CSRZhuzhouElectricLocomotiveCo．，Lid．，Zhuzhou412001，China)Abstract：ThestabilityofaxlerodlateralstiffnessinfluencestherunningquMityoflocomotivematerial．Inthispaper，traditionalelasticrubberpa

3、rtsarereplacedbyelasticmetalpartsandtheproblemswhichmaybegiverisetothechangeofrodrigidityisattackedbecauseoftheinstabilityandagingofrubberparts，SOastoimproverod’slife．Keywords：axlebox；rod；ruhberpart；stability；stiffness；aging‘0引言双拉杆轴箱定位方式是一种传统的成熟结构型式，该定位方式的纵横刚度，由拉杆两端的橡胶关节刚

4、度、拉杆体和弹簧的横向刚度所决定。因此，橡胶元件的参数确定、元件制造、元件参数检测和拉杆合成刚度综合分析变得复杂，而且，橡胶件容易老化，使轴箱的定位刚度不能长期保持稳定。本文分析了轴箱纵向和横向定位刚度的各组成环节，比较了相关参数对它的影响，改进了拉杆设计，提高了拉杆的使用寿命和稳定性。1主要结构传统的轴箱拉杆结构如图1所示，主要由拉杆体、橡胶套、橡胶垫和销轴构成。装用传统拉杆结构的机车，在使用一段时间后横向刚度有所变化，但没有规律，有增大的也有减小的，拉杆横向刚度变化率约在±15％左右，拉杆寿命一般在13万km到35万km不等，不同的拉

5、杆寿命可以相差几倍，很多横向拉杆没有达到使用寿命就更换了，增加了维护费用。如何提高拉杆的稳定性和使用寿命成为一个急需解决的问题。1—销轴；2一橡胶套；3—橡胶垫；4一拉杆体。图1轴箱拉杆图拉杆性能的稳定性以及使用寿命与拉杆中的橡胶件有很大的关系。橡胶件具有吸震效果好，容易定型的优点，但是也有受环境影响大、具体性能参数难以确定等缺点。新型轴箱拉杆采用金属弹簧与橡胶结合，弥补了这方面的缺点，这种金属弹簧与橡胶件结合的轴箱拉杆不仅具有金属材料的稳定性，同时也具有橡胶件对振动，特别是高频振动衰减的性能。图2和图3为一种新型拉杆的销轴，该拉杆的主要

6、特点是在拉杆体与销轴之间布置弹簧，弹簧的形状近似为一开口的圆环上均匀分布3片螺旋状金属片，金属片的横截面为一个矩形；销轴上加工出收稿日期：2007—08---09作者简介：贺世忠，工程师，2003毕业于啥尔滨工业大学机械制造及其自动化，硕士研究生，现从事机车转向架设计工作。一23—万方数据电力机车与城轨车辆·2008年第3期与圆环相匹配的槽，便于弹簧的安装。一根销轴由多圈金属弹簧组成，弹簧的尺寸和结构以及每一圈弹簧片的数量由每根拉杆的受力情况来决定。当拉杆受力时，金属弹簧与橡胶件同时发生变形，由于金属弹簧的刚度远远大于橡胶件的刚度，变形能

7、主要储存在金属弹簧片内，金属弹簧的变形最终通过橡胶件的内摩擦以热能的形式释放出来，保证拉杆对振动衰减性能不下降的基础上，提高了拉杆刚度的稳定性和使用寿命。图2硫化前的销轴图3硫化后的销轴2金属弹簧的刚度计算金属弹簧由多圈完全相同的弹簧构成，每圈弹簧又由3片相同的弹簧片按照一定角度排列，通过计算一片弹簧片的定位刚度，很容易计算出整个轴箱拉杆金属弹t簧对轴箱定位的贡献量。计算简图如图4所示。图4金属弹簧受力图弹簧片的纵、横向弯曲刚度矗，，k，分别为：k，=Elll．25R3(1)k，=EI／1．3R3(2)弹簧片的截面形状为矩形，E=196．

8、2GPa，取弹簧片的宽度b和厚度h分别为：b=10mm，h=3mm，则弹簧的弯曲刚度为：姑196．．2x109×警41．25×(33．5×10刁)3】=0．094×l驴Nhn(3)”196．2