齒輪箱吊桿緩沖橡膠剛度分析及試驗研究

金思勤+劉志遠+李楓+吳成攀

摘 要：本文分析了某動車組齒輪箱吊桿緩沖橡膠剛度的一種理論計算方法，并對吊桿緩沖橡膠進行試驗研究，試驗結果驗證了理論模型的正確性。

關鍵詞：齒輪箱；吊桿橡膠；剛度；試驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.194

1 概述

動車組齒輪箱作為動力轉向架上的重要部件，一端通過大齒輪安裝在車軸上，另一端通過吊桿懸掛在轉向架構架上。齒輪箱同時承受著來自輪軌、構架的沖擊和擾動，實測最大沖擊振動達到100g以上，運用環境十分惡劣。過大的沖擊振動將影響齒輪箱的使用。

橡膠材料具有較高的阻尼，受力與形變具有典型的非線性關系，能夠吸收高頻振動和沖擊，具有良好的隔振效果。為阻隔及減緩構架振動對齒輪箱的影響，一般動車組齒輪箱吊桿上均安裝有緩沖橡膠。利用橡膠的阻尼以及載荷與形變的粘滯特性部分隔絕構架與齒輪箱間的振動傳遞路徑。橡膠剛度即——載荷撓度特性決定了橡膠的隔震效果，因此研究橡膠剛度特性對于齒輪箱的安全運用具有重要意義。

2 理論計算

橡膠材料的切變模量G與橡膠材料的牌號和組成成分幾乎無關，而與橡膠的硬度有關。成分不同，硬度相同的橡膠其切變模量之差很小。在設計時，切變模量G的值可由下式計算得到[1]：

式中：HS——橡膠材料的肖氏硬度。

由試驗得到，橡膠材料的表觀彈性模量為其幾何形狀和硬度的函數，用壓縮影響系數來表示這些因素的影響[2]：

橡膠材料在純拉伸和壓縮載荷作用下，應變量較小時應力與應變間的關系近似用下式表示：

以本例中橡膠為例，帶入相關尺寸參數可得載荷與撓度之間的關系：

3 試驗研究

橡膠剛度試驗狀態如圖2所示，試驗臺如圖3所示。測試時將橡膠放入工裝，移動至試驗臺中央。正式試驗前進行兩次預壓縮：施加的載荷由0加至50kN，再由50kN釋放至500N，如此反復兩次后，從第三次開始進行正式試驗。

3.1 載荷施加速度10mm/min

以10mm/min的速度施加載荷，載荷由0kN加載至50kN結束。載荷-撓度關系曲線如圖 4所示，特定載荷下的撓度如表 2所示。

3.2 載荷施加速度20mm/min

以20mm/min的速度施加載荷，載荷由0kN加載至50kN結束。載荷-撓度關系曲線如圖 5所示，特定載荷下的撓度如表 3所示。

3.3 載荷施加速度30mm/min

以30mm/min的速度施加載荷，載荷由0kN加載至50kN結束。載荷-撓度關系曲線如圖 6所示，特定載荷下的撓度如表 4所示。

4 結論

比較理論計算及不同加載速度下的載荷-撓度曲線，如圖7所示。

（1）由圖 7可以看出當載荷在15kN以下時，三種不同加載速度下，撓度曲線基本一致。當載荷大于15kN時，10mm/min的加載速度下，撓度最大，而加載速度為20mm/min、30mm/min時，撓度差別不大。可見橡膠剛度與加載速度有關，加載速度越小，總體剛度越低。

（2）當載荷為30kN以下時，理論值與試驗值相差不大，理論值具有較高的精度。當載荷大于30kN時，由于理論模型中，載荷與撓度是線性關系，隨著載荷的增大，撓度明顯偏大。

（3）橡膠彈性變形在6mm以下或者載荷在35kN以內時可以采用文中的理論模型計算橡膠的撓度或載荷，即可以滿足精度要求，還可以縮短研發周期。

參考文獻：

[1]唐金松.機械設計手冊第3版[J].中國機械工程，2004（11）：947.

[2]張英會，劉輝航，王德成.彈簧手冊[M].機械工業出版社，1997.

作者簡介：金思勤（1985-），男，碩士，高級工程師，從事軌道交通齒輪箱研發及檢修技術研究。