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轉(zhuǎn)向架鋁合金軸橋結(jié)構(gòu)及強度有限元分析

發(fā)布于:2021-01-23 20:02
有限元分析

       作為低地板轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的新趨勢,一級懸掛低地板轉(zhuǎn)向架已被國外企業(yè)所采納和使用,該類轉(zhuǎn)向架只有一級懸掛,相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架在高度上能提供更大的降低空間,車間懸掛位于軸箱位置,與傳統(tǒng)低地板轉(zhuǎn)向架相比有更佳的點頭及搖頭穩(wěn)定性,因而應(yīng)用于速度較低的低地板列車上有一定優(yōu)勢,但一級懸掛也不可避免的帶來一個問題:絕大部分裝置將直接安裝于轉(zhuǎn)向架上,造成簧下質(zhì)量過大,因此一級懸掛低地板轉(zhuǎn)向架需要采用輕量化設(shè)計才能緩解或避免簧下重量過大的弊端,軸橋作為低地板轉(zhuǎn)向架重要部分,一級懸掛軸橋與傳統(tǒng)低地板軸橋有所不同,國內(nèi)也缺少對該類軸橋的研究。因此設(shè)計一種應(yīng)用于該種轉(zhuǎn)向架的鋁合金軸橋,并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對軸橋進行靜強度及疲勞強度有限元分析校核,材料與加工采用鋁合金材料是輕量化設(shè)計的普遍選材,以鋁合金替代傳統(tǒng)鑄鋼、鑄鐵件,保證部件強度韌性同時減輕重量,鋁合金鍛件的優(yōu)點,即為內(nèi)部組織細(xì)密、均勻、無缺陷,其可靠性高于鋁合金鑄件,鋁合金鍛件還具有良好的耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和非磁性,這些都是傳統(tǒng)鑄鋼件所無法比擬的,鍛造方式采用尺寸較易控制的模鍛工藝。
       采用焊接及攻絲處理,因此整個軸橋的聯(lián)接方式采用對穿孔螺栓方式聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點模鍛鋁方式無法采用鑄件的空腔結(jié)構(gòu),宜與其他部件采用對穿孔螺栓聯(lián)接,因此鍛鋁軸橋在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)鑄鋼軸橋有較多不同,結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮到鍛造特點,所有轉(zhuǎn)角部位均設(shè)計為圓角形式,以減少銳角效應(yīng)和應(yīng)力集中現(xiàn)象,提高承載能力,在尺寸變化較大部位采用鈍角斜面配合大圓角的組合設(shè)計,保證鍛造中的金屬流動性,彎軸底部采用倒梯形設(shè)計,便于退模,鍛鋁材料采用2014鋁合金,2014合金是鍛鋁中的典型合金,該鋁合金的特點是強度高、有較好的熱塑性、能承受較高應(yīng)力。該材料為輕質(zhì)高強度材料,用于高負(fù)荷結(jié)構(gòu)件,其T6狀態(tài)具有較好的強度和韌性,而質(zhì)量較鋼大大降低。
       超常載荷主要考慮垂向載荷、垂向脫軌載荷、橫向載荷及縱向沖擊載荷,參考UIC615-4得到工況組合表(見表)及各載荷施加位置,根據(jù)螺栓聯(lián)接特性及載荷方向,確定載荷具體位置。
       由于結(jié)構(gòu)對稱性,改變橫向載荷方向不會對結(jié)構(gòu)分析結(jié)果有影響。但縱向載荷方向變化對軸橋強度有較大的影響。取產(chǎn)生最大應(yīng)力方向為縱向載荷施加方向,故縱向載荷方向為使縱梁連接座受拉伸作用。因此實際計算過程只需考慮1,2,4這三種載荷工況,簡化計算分析過程。
       主要運營載荷分為:垂向載荷及橫向載荷,于縱向梁連接座的牽引載荷,位置與超常載荷相同。由于低地板列車的自身特點,低地板列車軌道建于普通公路,在軌道線路方面特別是曲線方面與傳統(tǒng)軌道線路有所不同,即在通過曲線時不存在超高工況,因此線路扭曲載荷不作為主要運營載荷。根據(jù)軸橋的結(jié)構(gòu)特點,選擇應(yīng)力較大及易發(fā)生疲勞裂紋的7個點為疲勞強度評估測點(見圖)。
       利用Hypermesh與ANSYS軟件對軸橋進行強度分析校核,從理論上觀察了解該軸橋在各載荷工況下的應(yīng)力分布情況。處理時簡化軸橋結(jié)構(gòu),移除小半徑圓角過渡改為直角,分析結(jié)果不會與實際情況產(chǎn)生較大誤差。

       由超常載荷分析結(jié)果(見圖)不難發(fā)現(xiàn),軸橋超常載荷最大vonMises應(yīng)力出現(xiàn)在軸端凸臺上側(cè)附近,即軸承安裝約束位置,最大vonMises應(yīng)力為139.659MPa,小于鋁合金2014-T6的屈服極限。分析結(jié)果表明,軸橋在超常載荷作用下不會出現(xiàn)屈服變形,滿足工作需要。

                                                                                專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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