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
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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)
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)
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
3.1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)
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[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