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軸箱裝置是機車車輛走行部重要組成部分之一，用來連接輪對與構架，保持軸頸與軸承間的正常位置關系，實現(xiàn)輪對滾動向構架平動的轉化，同時向輪對傳遞源于一系簧上部分的各種載荷。由于鐵路客貨運速度步步提升，軸箱裝置在服役過程中面臨越來越復雜的載荷環(huán)境，通過有限元分析建模和仿真計算，對其各組成部件進行靜強度與疲勞強度分析，是保障軸箱裝置服役可靠性和機車車輛運行安全性的有效手段之一，具有重要的工程實際意義。
軸箱體是軸箱裝置的骨架，以間隙配合的方式套在軸承外，并通過螺栓連接安裝內、外端蓋，同時設有一系彈簧座，還可根據需要設置軸箱拉桿安裝座、軸箱轉臂、垂向止擋凸臺等。由于缺乏直接指導軸箱體強度設計與試驗的標準，目前國內相關有限元強度校核，往往需要借鑒針對轉向架構架強度試驗的標準。然而，現(xiàn)有軸箱體強度有限元研究中，在標準推演、強度計算等環(huán)節(jié)通常做了較大簡化，尤其是針對軸箱體有限元計算模型的邊界條件設置，例如計算時僅考慮垂向載荷，模擬軸箱定位結構時不考慮連接件安裝部位的實際連接方式等。這些簡化處理雖然方便了計算，但同時影響了強度校核結果對軸箱體受力狀況反映的真實程度。
以出口某國機車的拉桿式定位軸箱體為對象，探討有限元強度分析中引入軸箱拉桿的必要性和合理實現(xiàn)拉桿模擬的方法。
軸箱裝置按定位方式，可分為拉板式、拉桿式、轉臂式、導柱式等7類。我國干線機車大多數采用雙拉桿式軸箱定位裝置，CRH動車組也采用了類似的結構，但區(qū)分上、下拉桿。雙拉桿軸箱定位結構緊湊，通常安裝于軸箱的兩個對角，近似中心對稱布置，在機車或動車運行時，通過提供適當的縱向與橫向剛度，確保運行平穩(wěn)。
圖給出了出口某國機車的一系懸掛裝置結構示意圖。該裝置采用鋼彈簧加軸箱拉桿結構，在軸箱體上設有兩組螺旋鋼彈簧，軸箱體兩側安裝有軸箱拉桿。機車運行時，鋼彈簧主要受垂向力作用，軸箱拉桿主要傳遞牽引力、制動力和橫向力。此外，為了達到衰減振動和吸收振動能量的目的，配置有一系垂向減振器。軸箱體采用C級鋼鑄造而成，頂部設置有垂向止擋凸臺，軸箱體前端蓋上設有一系橫向止擋。軸箱體在工作中所受載荷有來自于兩組鋼彈簧的垂向、縱向和橫向載荷；來自于上、下拉桿的縱向及橫向載荷；通過前端蓋傳遞至軸箱體螺栓孔的減振器垂向載荷；構架與軸箱體垂向接觸時作用于止擋凸臺的垂向載荷；構架與軸箱體前端蓋橫向接觸時，通過前端蓋傳遞至軸箱體螺栓孔的橫向載荷。
圖給出了軸箱拉桿結構簡圖，橫向剛度主要靠橡膠墊的偏轉壓縮提供，其次橡膠關節(jié)的偏轉壓縮也提供小部分橫向剛度；縱向剛度主要由橡膠關節(jié)的徑向剛度提供，而橡膠墊的剪切只能提供不超過10%的縱向剛度。
為盡可能真實地反映軸箱體在各載荷工況下的應力分布，根據工廠提供的軸箱體及拉桿幾何模型，在ANSYS軟件平臺上建立了詳細的有限元力學計算模型。軸箱體與拉桿體采用具有中間節(jié)點的四面體Solid187單元進行模擬；拉桿的橡膠關節(jié)則采用具有中間節(jié)點的六面體Solid186單元進行模擬;拉桿芯軸兩端頭與軸箱體連接處采用Combin4大剛度彈簧單元模擬螺栓固定。另外，所有部件之間接觸部位均建立了接觸(使用174接觸單元與170目標單元)。
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