某型動車組齒輪箱懸掛C型支架有限元分析

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摘 要：為考察某型動車組C型支架強度是否滿足使用要求，首先對其各工況下受力情況進行了分析，考慮了橡膠彈簧的影響。然后采用Hypermesh軟件建立了C型支架的有限元模型，使用有限元軟件ANSYS Workbench對其進行靜強度分析。經(jīng)分析，該C型支架在各工況下的Von-Misese應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：動車組；齒輪箱懸掛C型支架；橡膠彈簧；靜強度；疲勞強度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.193

0 引 言

目前新的高速動車組齒輪傳動裝置與轉(zhuǎn)向架的連接裝置多為C型支架結(jié)構(gòu)形式[1，2]，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點及安裝位置，確定其主要受到齒輪箱傳遞來的垂向力，由于傳動裝置工作條件惡劣，而傳統(tǒng)的齒輪箱吊座加吊桿結(jié)構(gòu)的吊座處往往是轉(zhuǎn)向架上最容易發(fā)生疲勞裂紋的地方。眾所周知，列車運行過程中齒輪箱吊座發(fā)生斷裂會使傳動失效，甚至導致傳動裝置脫落至軌道上，嚴重威脅行車安全。C型支架作為新的關(guān)鍵件，其重要程度與傳統(tǒng)的吊座吊桿結(jié)構(gòu)相當，因此有必要對其進行強度分析。

1 載荷計算

C型支架能承受齒輪箱運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的各種負荷，其中主要包括各工況下齒輪箱轉(zhuǎn)矩力、齒輪箱慣性力及轉(zhuǎn)矩振動。由于列車運行狀況十分復(fù)雜，要精確測量振動載荷比較困難，本文主要考慮了齒輪箱慣性力及轉(zhuǎn)矩力兩部分。圖1所示為齒輪箱傳動裝置結(jié)構(gòu)圖，設(shè)C支架對齒輪箱的支撐力為 F。根據(jù)文獻[3]，將C支架載荷分為3個工況：起動（制動）工況、運行工況和超常工況， 由于電機工作時有正反轉(zhuǎn)兩種情況，C支架受載情況也會發(fā)生改變，此處設(shè)電機正轉(zhuǎn)（順時針轉(zhuǎn)動）時C支架上部承受主要載荷，電機反轉(zhuǎn)時C支架下部受主要載荷。

C型支架的支撐作用中心如圖1所示。其中齒輪傳動裝置中心距L1=380mm，吊掛中心到車軸中心距離為L2=390mm，齒輪箱重心距車軸中心距離為L3=92mm。

根據(jù)C型支架上下兩端的支反力，可求得C支架上下部載荷分擔情況。

2 C型支架有限元分析

2.1 建立有限元模型

C型支架幾何模型，C型支架材料為E級鑄鋼，彈性模量為1.85×105MPa，泊松比為0.3。為得到更好的有限元模型，采用Hypermesh軟件進行網(wǎng)格劃分，對模型中部分圓角及孔特征進行了簡化處理。單元類型為Solid186，共離散為148218個單元，175797個節(jié)點，有限元模型。

2.2 邊界條件

根據(jù)C型支架特點及受力狀況， 在C型支架背面與構(gòu)架連接處施加無摩擦約束， 四個圓孔處施加圓周約束，設(shè)置軸向及切向自由度為Free。三種工況根據(jù)表1的C支架受載情況分別進行載荷施加。

2.3 計算結(jié)果

通過軟件計算，得出各工況下的最大應(yīng)力值。圖3所示為超常工況下電機正轉(zhuǎn)時的Von-Misese應(yīng)力圖及最大位移圖。

3 結(jié)論

C型支架材料為E級鑄鋼， 強度極限σb=830 MPa，屈服極限σs=690MPa，疲勞極限σ-1=313MPa。

起動（制動）工況及運行工況下， 由材料屈服強度來校核，取安全系數(shù)為1.5，則C型支架許用應(yīng)力為460MPa； 超常工況下， 根據(jù)材料強度極限來校核，此時取C型支架許用應(yīng)力為553MPa[4]。比較可知， 最大 Von-Misese應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，C型支架滿足靜強度要求。

參考文獻：

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