彈性車(chē)輪結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度研究.pdf

1、彈性車(chē)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(jiǎn)化過(guò)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(duì)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的近似。
　　基于某型城市軌道車(chē)輛用彈性車(chē)輪的結(jié)構(gòu)，針對(duì)其在城市軌道車(chē)輛上的運(yùn)行需求，對(duì)車(chē)輪的輪輞和組裝部件進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)有限元計(jì)算對(duì)比，確定橡膠彈性元件的外形結(jié)構(gòu)、過(guò)盈量、材料硬度和非線性模型的計(jì)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(chē)輪輪輞和輪芯用鋼材料的性能參數(shù)、靜強(qiáng)度的許用應(yīng)力和疲勞強(qiáng)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(chē)輪的模態(tài)計(jì)算。分析輪輞、輪芯和車(chē)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(chē)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(jì)算載荷，通過(guò)有限元計(jì)算，得到彈性車(chē)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(duì)彈性車(chē)輪的剛度特性起決定性的影響。彈性車(chē)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(chē)輪強(qiáng)度分析的計(jì)算載荷和載荷工況，采用非線性有限元方法，計(jì)算橡膠彈性車(chē)輪的組裝預(yù)應(yīng)力和靜強(qiáng)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(guò)盈量）的擠壓，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在中間“凸臺(tái)”的兩側(cè)。在靜強(qiáng)度計(jì)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(duì)應(yīng)內(nèi)側(cè)面的凸臺(tái)區(qū)域。橡膠塊對(duì)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(guò)橡膠塊的吸收，使其對(duì)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(qiáng)度評(píng)定的分析程序。疲勞強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果指出:輪輞內(nèi)表面的凸臺(tái)部位的平均應(yīng)