某型城軌轉向架用抗側滾扭桿有限元分析報告-時代新材料科技股份

項目說 項目來 項目目 項目技術輸入描 項目技術輸入文 計算分析模型描 基本假 幾何模 邊界條 計算模型及計算數(shù) 分析結 ±14.7kN工況系統(tǒng)靜強度校 ±10.5kN和±12.6kN工況彎扭桿靜強度校 疲勞計算結 結論及建 項目說明根據(jù)要求，對某型城軌轉向架用抗側滾扭桿進行有限元分析計算定該產品的安全系數(shù)并預估。對該結構載荷 進行靜強度校核，分析各主要零部件的應力云圖校核扭桿裝置的耐久疲勞性能，試驗10001疲勞載荷600萬200萬200萬根據(jù)結果進行論證，分析各主要零部件的結構和材料能否滿足要求技術輸入文件產品設計圖技術支持委托計算分析模型描述本分析是純靜態(tài)條件下的強度分析在本分析中對螺紋進行簡化組件模型如圖1所示1幾何模型示意有限元分析計算的邊界條件如圖2所示點RP1和RP2施加對應的載荷，來計算彎扭桿在不同載荷下對應的強度。 2邊界條件示意本有限元分析運用ABAQUS軟件進行計算。本文及分析中所采用的單位系統(tǒng)為， mm、N、MPa，文字及中出現(xiàn)的任何數(shù)字，如果未注明，都采用單位系統(tǒng)運用ABAQUS軟件中的C3D8R單元模擬彎扭桿、球頭、連桿套管、關節(jié)以及軸承等金屬；利用C3D8H單元模擬支撐座橡膠部分；其中彎扭桿網(wǎng)格數(shù)量為47904個；上球頭為10028個；下球頭為7712個；連桿套管為12144個；支撐座為10096個；關節(jié)為 個。網(wǎng)格模型如圖3所示。3網(wǎng)格模彎扭桿和上、下球頭分別采用52oV4、42o金屬材料，材料參數(shù)如表2所示2扭桿裝置各部件金屬材料力分析結果±14.7kN工況時，扭桿裝置的最大應力位于扭桿彎折處，如圖4～圖9所示，大小為大應力為155.8MPa和131.4MPa，分別位于球頭軸承座內和結構變化的過渡區(qū)域，遠低于 遠低于屈服強度540MPa，安全系數(shù)為28.5。所有結構和材料均可滿足強度要求。414.7kN載荷作用下扭桿系統(tǒng)的應力分5±14.7kN載荷作用下彎扭桿應力分6±14.7kN載荷作用下扭桿系統(tǒng)的剪應力分7±14.7kN載荷作用下連桿組件的應力分布云 8±14.7kN載荷作用下連桿組件的應力分布云9±14.7kN載荷作用下支撐座的應力分布云低于其材料的屈服強度1300MPa，安全系數(shù)為5.446，滿足材料的強度要求。1010.5kN載荷作用下彎扭桿的應力分±12.6kN工況時，彎扭桿的最大應力位于扭桿彎折處，如圖11所示，大小為300.1MPa，低于其材料的屈服強度1300MPa，安全系數(shù)為4.332，滿足材料的強度要求。11±12.6kN載荷作用下彎扭桿應力分疲勞計算結根據(jù)上述應力分析結果，利用疲勞軟件Fe-Safe對扭桿組件進行疲勞計算。Fe-Safe軟件中的強度因子FOS表征施加載荷的強度因子S，當S≥1時，在此設計條件下，此加載載荷數(shù)值是安全的。疲勞載荷1所示。從圖12-16可知，扭桿裝置在疲勞載荷譜下的最小強度因子FOS為1.266，位于扭桿軸1；球頭最小強度因子為1.398，連桿套管的最小強度因子為3.688，支撐座的最小強度因子為5，均可滿足疲勞設計要求。建議嚴格控制產品粗糙度保證彎桿的疲勞性圖 圖 圖 圖 圖 結論及建議393.3MPa<1300MPa；最大Mises應力為352.1MPa<1300MPa；上球頭的最大連桿套管的最大Mises應力為51.5MPa<355MPa；支撐座的最大Mises應力為18.9MPa<540MPa。扭桿裝置的應力結果見下表3所示，所有部件均可滿足結構和最大Mises最大Mises力 彎扭桿在±10.5kN、±12.6kN和±14.7kN三個工況時的應力結果如表4所示4三個加載階段彎扭桿應力結在疲勞試驗的載荷值和載荷循