200kmh论文关于200kmh客运电力机车典型部件安装用紧固件的强度校核方法论文范文参考资料

200kmh论文关于200kmh客运电力机车典型部件安装用紧固件的强度校核方法论文范文参考资料 （中车大同电力机车有限公司，山西 大同 037038） 摘 要：文章阐述了车下吊挂的牵引变压器、机械间安装在台架上的屏柜等典型部件安装所用紧固件强度校核的具体方法，根据相关标准设定工况，采用Ansys软件模拟计算变压器和屏柜安装螺栓受力，经过计算验证可知选定的螺栓满足设计要求，为其他安装部件紧固件选取提供了理论支持。 关键词：紧固件；强度校核；部件安装 ：U264 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.xx.07.089 ：160428；修回日期：160528 作者简介：聂 敏（1989-），男，山西天镇人，工程师，主要从事机车总成设计研究，E-mail：717977236qq.。 紧固件是机车装配中运用极为广泛的一类机械零件，紧固件的合理选取关系到机车的运行安全与使用寿命。在紧固件的选取中，很容易造成紧固件强度过大或者不足，强度过大会造成资源的浪费，而强度不足则影响整车性能与安全，因此合理选取紧固件显得尤为重要1-3。 1 变压器安装用紧固件强度校核 1.1 变压器紧固件计算的内容 变压器紧固件计算的内容包括：螺栓的疲劳强度、螺栓的应力、螺栓头部下压力、一定扭紧精度下的扭紧力矩。 1.2 被连接件结构剖析 安装变压器采用普通螺栓连接（摩擦型连接），依据普通螺栓连接的原则，在设定工况下，被连接件之间不允许有滑动。变压器上自带4个相同的安装座，通过44条方头螺栓，4个FTP安装板将变压器4个相同的安装座固定在车体底架变压器安装梁的承载板上。变压器每个安装座上下各采用两个橡胶柱，用以实现变压器减振。由于变压器安装采用的定位销与防落装置在螺栓不滑动条件下不受力的作用，因此在简化模型时，不考虑定位销与防落装置。图1为变压器安装结构示意图。 1.3 计算工况并模拟变压器安装螺栓受力情况 1）假设变压器重心位置在变压器形心处，承载板及变压器安装梁为刚体。 2）用Ansys对螺栓所受横向力及纵向力进行模拟计算。 3）根据BS EN 12663-1-xx 铁路应用设施-铁路车辆车体的结构要求-机车和客用车（货运车辆的替换法）中6.5.2条的工况规定，现设定工况如下：工况1为在考虑自身重力情况下，给变压器施加纵向3g的纵向加速度；工况2为在考虑自身重力的情况下，给变压器施加横向1g的加速度；工况3为给变压器施加1.5g的垂向加速度。 4）Ansys模拟计算螺栓受力：根据摩擦型螺栓连接特点，模拟螺栓的受力，主要是需要模拟出受力最大的螺栓所受到的横向力及轴向力。然后再根据相关标准对螺栓进行选型，并计算其他参数。 模拟步骤如下：一是导入模型，建立坐标系，x轴与机车纵向中心线平行，y轴与机车横向中心线平行，z轴垂直于轨面；二是在变压器形心处施加质量点；三是将车体底架上的承载板与变压器FTP安装板之间的接触类型由“绑定”更改为“无摩擦”；四是在安装橡胶柱的地方施加一个弹性体来模拟橡胶柱；五是将承载板处的螺栓在承载板与主变压器板的接触面处断开；六是划分网格；七是施加设定工况的载荷；八是对承载板的上表面施加固定约束；九是求被断开螺栓接触面上的约束反力。模拟步骤示意见图2和图3。 5）采用Ansys模拟计算变压器安装螺栓受力，见图4。 根据在同一个装配中螺栓规格应具有统一性这一原则，只需计算出受力最大的螺栓所受的力即可，计算结果见表1。由表1可知，在工况1下（x和y方向所受力的合力），变压器紧固螺栓将最容易发生危险，故只需针对工况1进行强度核算。 1.4 螺栓的预选及计算 1.4.1 单个螺栓受力分析 单个螺栓受力分析及相关要素，见图5。 在图5中，被连接件总高度LK = 56.0 mm，子件1高度LK1 = 4.0 mm，子件2高度LK2 = 27.0 mm，子件3高度LK3 = 25.0 mm，螺栓所受的横向力TE = 15 472.0 N，螺栓所受轴向力FE = 12 144.0 N，每条螺栓所受轴向疲劳载荷FEdyn = 1.25mg/16 = 6 332.8 N。疲劳载荷的选取参考BS EN 12663-1-xx 铁路应用设施-铁路车辆车体的结构要求-机车和客用车（货运车辆的替换法）中第6.7.3条的规定。 1.4.2 预选螺栓及初步设计被连接件的安装尺寸 根据变压器安装经验，预选M24的螺栓作为安装变压器的紧固件。螺栓与被连接件的各项参数见图6。 刚度比值计算 假设力通过螺栓中心线，则 根据NF E25-030-1984 紧固件-螺纹连接附录4规定，M1830螺栓疲劳强度不大于40 MPa，因此疲劳强度满足设计要求。 1.4.4 螺栓应力计算 计算最小的预紧力 预紧力是在受到工作载荷之前，运用于摩擦型螺栓连接的预先加载在螺栓上的紧固力，此时螺栓只受到拉力作用。运用这个紧固力，被连接件被压紧，这个压紧力乘以摩擦系数就是可以抵抗的横向载荷。 最小预紧力的计算公式为 计算最大的等效应力 计算最大等效应力，需要确定以下物理量。 1）确定最小扭矩。预紧力是工人通过扭力扳手扭紧螺母，而使得螺栓受到一个轴向力，这个轴向力就是预紧力。为了达到最小预紧力，必须要计算出最小的扭紧力矩。 已知螺纹间的摩擦系数必须取最大摩擦系数max = 0.17，以确保螺纹在其他摩擦系数的情况下仍能够达到或超过最小预紧力。最小扭矩为 一般要求预紧应力不得大于其材料屈服极限的80%。由于螺栓的屈服强度为640 MPa，407/640=0.630.8，因此螺栓满足设计要求。 1.4.5 螺栓头部下压力 计算出螺栓的等效最大应力后，还需要计算螺栓头部下的应力，以便于确定被连接件所受压应力是否达到材料的屈服强度。 因此笔者建议扭紧螺栓的扭矩为632 Nm。 2 屏柜安装用紧固件强度校核 2.1 计算步骤 首先计算被连接件所需最小预紧力，然后计算选定紧固件的最小预紧力。 2.2 螺栓组布置基本形态 安装在机车机械间内的屏柜均采用“螺栓+定位销+顶侧拉板”形式进行固定，采用M16螺栓连接柜体与台架，采用M12螺栓连接顶侧拉板。以下以屏柜安装为例，进行螺栓强度校核。图7为机车屏柜的安装示意图，其中：螺栓1与螺栓2连接柜体与台架；螺栓3与螺栓4连接柜体上侧部与侧墙上边梁。 2.3 计算工况并模拟计算屏柜安装螺栓受力 1）安装屏柜的螺栓连接采用普通螺栓连接（摩擦型连接），依据普通螺栓连接的原则，在设定工况下，被连接件之间不允许有滑动。 2）用Ansys对螺栓所受横向力及纵向力进行模拟计算。 3）根据BS EN 12663-1-xx 铁路应用设施-铁路车辆车体的结构要求-机车和客用车（货运车辆的替换法）中6.5.2条的工况规定，设定工况如下：工况1为在考虑自身重力情况下，给屏柜施加纵向3g的纵向加速度；工况2为在考虑自身重力的情况下，给屏柜施加横向1g的加速度；工况3为给屏柜施加1.5g的垂向加速度。 4）Ansys模拟计算螺栓受力：根据摩擦型螺栓连接特点，模拟螺栓的受力，主要是需要模拟出受力最大的螺栓所受到的横向力及轴向力。然后再根据相关标准对螺栓进行选型，并计算其他参数。 模拟步骤如下：一是导入模型，建立坐标系，x轴与机车纵向中心线平行，y轴与机车横向中心线平行，z轴垂直轨面；二是在屏柜各个安装面上施加质量点；三是划分网格；四是施加设定工况的惯性载荷；五是在拉板螺栓与地脚螺栓处施加固定约束；六是求约束面上的约束反力。模拟步骤示意见图8和图9。 5）采用Ansys模拟计算屏柜安装螺栓受力，见图10。 连接柜体与台架采用M16螺栓的受力计算结果见表2。 2.4 螺栓最小预紧力的计算 根据Q/DJ.J.13.539xx 紧固件连接用拧紧力矩的规定，计算M12螺栓与M16螺栓的最小预紧力。M12螺栓和M16螺栓的参数见表4。 3 结论 笔者依据BS EN 12663-1-xx 铁