彈性車輪結(jié)構(gòu)剛度和強度研究.pdf

1、彈性車輪的彈性元件采用的橡膠材料是典型的超彈性材料，在發(fā)生大變形、大應(yīng)變的情況下，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系有著明顯的非線性特征。為了得到便于程序應(yīng)用的簡化過程，建立超彈性材料的數(shù)學(xué)模型和基于線性粘彈性理論對應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的近似。
　　基于某型城市軌道車輛用彈性車輪的結(jié)構(gòu)，針對其在城市軌道車輛上的運行需求，對車輪的輪輞和組裝部件進(jìn)行了優(yōu)化。通過有限元計算對比，確定橡膠彈性元件的外形結(jié)構(gòu)、過盈量、材料硬度和非線性模型的計算參數(shù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC8

2、10-1、UIC812-1和ISO683-1，確定彈性車輪輪輞和輪芯用鋼材料的性能參數(shù)、靜強度的許用應(yīng)力和疲勞強度的許用應(yīng)力幅。
　　利用Hypermesh軟件建立有限元模型，ABAQUS軟件完成彈性車輪的模態(tài)計算。分析輪輞、輪芯和車輪整體的模態(tài)，比較和研究了在不同振型模式下各部分的固有頻率，相同振型模式下的固有頻率的范圍，以及車輪整體振型模式和固有頻率與各部分零件的振型模式和固有頻率的關(guān)系。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC510-5和EN1397

3、9-1確定的標(biāo)準(zhǔn)計算載荷，通過有限元計算，得到彈性車輪的徑向剛度、軸向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和偏轉(zhuǎn)剛度。分析結(jié)果指出:橡膠彈性元件的結(jié)構(gòu)和材料性能對彈性車輪的剛度特性起決定性的影響。彈性車輪的各向剛度均為定值，其載荷與位移呈線性關(guān)系。
　　根據(jù)UIC510-5和EN13979-1確定的車輪強度分析的計算載荷和載荷工況，采用非線性有限元方法，計算橡膠彈性車輪的組裝預(yù)應(yīng)力和靜強度分析結(jié)果，其指出:隨著輪輞厚度的減小，輪輞內(nèi)表面的應(yīng)力值逐漸降低

4、，但是由于橡膠彈性元件多余材料（過盈量）的擠壓，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在中間“凸臺”的兩側(cè)。在靜強度計算載荷作用下，輪輞區(qū)域的最大應(yīng)力出現(xiàn)在載荷作用位置對應(yīng)內(nèi)側(cè)面的凸臺區(qū)域。橡膠塊對剛度較大的輪芯區(qū)域產(chǎn)生的壓應(yīng)力均勻連續(xù)，輪輞區(qū)域的變形經(jīng)過橡膠塊的吸收，使其對輪芯區(qū)域影響減小。
　　根據(jù)UIC510-5提出的多軸應(yīng)力轉(zhuǎn)化單軸應(yīng)力的方法，編制了輪輞內(nèi)表面和輪芯輻板區(qū)域疲勞強度評定的分析程序。疲勞強度計算結(jié)果指出:輪輞內(nèi)表面的凸臺部位的平均應(yīng)