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。經分析，該C型支架在各工況下的Von-Misese應力均小于許用應力，滿足使用要求。

關鍵詞：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向架的連接裝置多為C型支架結構形式[1，2]，根據其結構特點及安裝位置，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，而傳統的齒輪箱吊座加吊桿結構的吊座處往往是轉向架上最容易發生疲勞裂紋的地方。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型支架作為新的關鍵件，其重要程度與傳統的吊座吊桿結構相當，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過程中出現的各種負荷，其中主要包括各工況下齒輪箱轉矩力、齒輪箱慣性力及轉矩振動。由于列車運行狀況十分復雜，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矩力兩部分。圖1所示為齒輪箱傳動裝置結構圖，設C支架對齒輪箱的支撐力為 F。根據文獻[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兩種情況，C支架受載情況也會發生改變，此處設電機正轉（順時針轉動）時C支架上部承受主要載荷，電機反轉時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個節點，有限元模型。

2.2 邊界條件

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

2.3 計算結果

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

3 結論

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，取安全系數為1.5，則C型支架許用應力為460MPa； 超常工況下， 根據材料強度極限來校核，此時取C型支架許用應力為553MPa[4]。比較可知， 最大 Von-Misese應力均小于許用應力，C型支架滿足靜強度要求。

參考文獻：

[1]王文靜，金新燦，韓同樣.動車組轉向架[M].北京：北京交通大學出版社，2012.

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[3]吳云文，顧力強，周俊龍.上海地鐵列車動力車齒輪箱吊座力學建模與研究[J].地下工程與隧道，2003（03）：35-38.

[4]行太衛，李曉春，朱向陽.SS4改型機車電機懸掛吊桿的有限元分析[J].電力機車與城軌車輛，2006，29（03）：78-79.

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