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    某型機(jī)車從動齒輪螺栓校核計算

    2016-05-28 01:59:26楊百嶺丁治雨伯均華
    北京汽車 2016年1期
    關(guān)鍵詞:受力分析

    楊百嶺,丁治雨,伯均華,呂 紅

    (重慶長客軌道車輛有限公司,重慶 401133)

    Yang Bailing,Ding Zhiyu,Bo Junhua,Lü Ho ng

    ?

    某型機(jī)車從動齒輪螺栓校核計算

    楊百嶺,丁治雨,伯均華,呂紅

    (重慶長客軌道車輛有限公司,重慶401133)

    Yang Bailing,Ding Zhiyu,Bo Junhua,Lü Ho ng

    摘要:分析該型機(jī)車運(yùn)行過程中齒輪螺栓的受力情況,計算不同工況下螺栓所受應(yīng)力,制定評估標(biāo)準(zhǔn),并對計算結(jié)果進(jìn)行評估。

    關(guān)鍵詞:齒輪螺栓;受力分析;評估標(biāo)準(zhǔn)

    1 基本參數(shù)和數(shù)據(jù)

    某型機(jī)車從動齒輪的基本參數(shù)見表1。

    表1 從動齒輪齒芯和齒圈連接計算的基本參數(shù)

    2 螺栓受力分析

    齒圈和齒芯由12個螺栓連接,螺栓一方面起到連接作用,另一方面承受剪切力。剪切力計算分為4個工況,分別為啟動工況、持續(xù)工況、電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況和振動沖擊工況。

    圖1為前3種典型工況下從動齒輪、齒圈連接的受力示意圖,由圖1可以看出螺栓剪切力Fdx由4個力合成,分別為:從動齒輪自身重力Fg、從動齒輪切向力F'da、徑向力引起的F'rk和從動齒輪扭矩引起的剪切力F'at,4個力的合力即為螺栓的剪切力。

    圖1 從動齒輪、齒圈連接的受力示意圖

    2.1啟動工況

    2.1.1重力引起的剪切力

    從動齒輪處于靜止?fàn)顟B(tài)時,螺栓要承受由從動齒輪自身重力引起的剪切力。單個螺栓承受的剪切力為

    2.1.2齒輪傳動節(jié)圓切向力引起的剪切力

    電機(jī)啟動時主、從動齒輪在嚙合部位存在作用力與反作用力,將作用力分解為切向力和徑向力,設(shè)主動齒輪所受切向力為,啟動時電機(jī)扭矩為

    求得從動齒輪嚙合部位的受切向力為

    由從動齒輪切向力引起的螺紋孔處的切向剪切力為

    Fdq=Ft1=64.46kN

    (4)

    單個螺栓所受切向剪切力為

    2.1.3扭矩引起的剪切力

    從動齒輪扭矩為

    從動齒輪扭矩引起的螺紋孔處的剪切力為

    單個螺栓所受切向剪切力為

    2.1.4齒輪傳動徑向力引起的剪切力

    從動齒輪徑向力為Fr=Ftk?tanα

    (9)

    Ftk為從動齒輪節(jié)圓上的切向力,kN;k為自然數(shù),取值為1、2,本工況Ftk取Ft1的值。

    單個螺栓所受徑向剪切力為

    2.1.5單個螺栓所受剪切力合力

    在圖1所示位置處3個力的合力最大,即

    單個螺栓所受剪切應(yīng)力為

    2.2持續(xù)工況

    設(shè)此時主動齒輪嚙合部位所受切向力為Fc1,則

    求得從動齒輪嚙合部位所受切向力為

    從動齒輪扭矩引起的螺紋孔處的剪切力為

    Fdc=Ft2=40.05kN

    (16)

    單個螺栓所受切向剪切力為

    從動齒輪扭矩為

    單個螺栓所受切向剪切力為

    單個螺栓所受徑向剪切力為

    在圖1所示位置處3個力的合力最大,即

    單個螺栓所受剪切應(yīng)力為

    2.3電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況

    此時取電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩為額定扭矩的5倍:Ms=5?Mc1,則相應(yīng)的單個螺栓承受的切向剪切力為

    單個螺栓承受扭矩引起的剪切力為

    單個螺栓承受的徑向剪切力為

    單個螺栓的剪切力合力為

    單個螺栓受剪切應(yīng)力為

    2.4振動沖擊工況

    從動齒輪與電機(jī)懸掛裝置等組裝于構(gòu)架上。參照TB/T3312,按照考核材料靜強(qiáng)度的振動沖擊載荷,取縱向沖擊為±5gm/s2,橫向沖擊為±1gm/s2,垂向沖擊為±3gm/s2。經(jīng)分析,在圖1所示螺栓處,縱向沖擊F'5g與切向力方向一致,垂向沖擊F'3g與重力方向一致,橫向沖擊F'g與預(yù)緊力F'0方向一致時螺栓受力最大。圖2為單個螺栓受力示意圖(圓圈內(nèi)的叉號表示力的方向垂直于接觸面向里)。

    圖2 單個螺栓受力示意圖

    此時螺栓的剪切力合力為

    此時單個螺栓的剪切力合力為

    單個螺栓剪切應(yīng)力為

    計算橫向沖擊情況下螺栓的拉力預(yù)緊力為

    其中,K為擰緊力矩系數(shù)(查閱機(jī)械設(shè)計手冊取K=0.12);扭矩T=250N?m;d的單位為mm。

    橫向沖擊引起的拉力為

    3 評估結(jié)果

    3.1評估標(biāo)準(zhǔn)

    1)對于典型工況,螺栓承受橫向動載荷時,根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊可知

    其中,承受橫向動載荷的安全系數(shù)取n=3.5~5。

    2)對于考核靜強(qiáng)度的沖擊載荷,評定分為剪切和拉伸載荷2種情況。對于剪切載荷,有

    3)對于橫向螺栓拉伸沖擊載荷,應(yīng)低于螺栓的預(yù)緊力。

    3.2評估結(jié)果

    典型工況的評估結(jié)果見表2,振動沖擊工況評估結(jié)果見表3。

    表3振動沖擊工況計算結(jié)果分析

    分析對象   振動工況   評價標(biāo)準(zhǔn)   安全系數(shù)剪切應(yīng)力τdz=1.75MPa縱向沖擊+垂向沖擊許用應(yīng)力[τb]=0.6σs=384MPa 219.4橫向載荷Fh=0.10 kN  橫向沖擊   預(yù)緊力99.21 kN   遠(yuǎn)低于預(yù)緊力

    綜上分析,該螺栓可以承受分析工況中的橫向動載荷。

    參考文獻(xiàn)

    [1]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊(第四版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

    [2]GB/T3098.1—2010,緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

    [3]TB/T3312—2013,機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

    收稿日期:2015?09?29

    文章編號:1002-4581(2016)01-0036-04

    中圖分類號:U464.233

    文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    DOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2016.01.010

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