高速動車組用鼓形齒式聯(lián)軸器強(qiáng)度分析

    聯(lián)軸器是高速動車組轉(zhuǎn)向架驅(qū)動部分的關(guān)鍵部件。文章提出了350km/h高速動車組用鼓形齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)方案,并利用軟件采用語言的參數(shù)化建模方法對其形狀復(fù)雜的關(guān)鍵部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析,分析過程按照啟動時(shí)平衡及位移較大2種工況進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)方案滿足設(shè)計(jì)要求。

鼓形齒式聯(lián)軸器(WN聯(lián)軸器)是在直齒聯(lián)軸器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新型齒式聯(lián)軸器,是目前國內(nèi)齒式聯(lián)軸器的換代產(chǎn)品。這種聯(lián)軸器由于有齒長方向的鼓度,改 善了齒對的接觸情況,因此,具有傳動能力大、角位移大、傳動平穩(wěn)、效率好、壽命長等優(yōu)點(diǎn),已廣泛用于冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械等傳動行業(yè)。在鐵路行業(yè),聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用于地鐵、輕軌車輛和高速動車組,它與轉(zhuǎn)向架總體緊密相連,是驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,也是轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。在350km/h高速動車組關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)研過程中,結(jié)合轉(zhuǎn)向架的總體要求,提出了采用鼓形齒式聯(lián)軸器作為驅(qū)動系統(tǒng)的解決方案

聯(lián)軸器的鼓形齒外形較特別,現(xiàn)有論文對其進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí),建模一般采用從Pro/E或其他三維軟件導(dǎo)入的方法,很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)丟失現(xiàn)象。因此,本文采用一種較為準(zhǔn)確的語言的參數(shù)化建模方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)是用參數(shù)來表示零件的尺寸和屬性,工程技術(shù)人員可以通過改變參數(shù)的值來修改零件的大小、形狀和屬性。在聯(lián)軸器建模的程序編寫過程中,有2點(diǎn)需要考慮:(1)鼓形齒的成形。考慮到鼓形齒的齒廓線為標(biāo)準(zhǔn)齒廓線,所以首先可以根據(jù)齒廓線方程確定線上的離散點(diǎn),再用(樣條)功能連接點(diǎn)形成齒廓線。(2)內(nèi)齒圈齒形的確定。考慮到軟件的接觸分析包含面2面接觸、點(diǎn)2面接觸、點(diǎn)2點(diǎn)接觸3種,可將內(nèi)齒圈的齒廓線簡化為與鼓形齒嚙合于分度圓線的直齒廓。

聯(lián)軸器存在3種位移:徑向、角向與軸向運(yùn)行過程中往往不是以某種工況單獨(dú)存在,而是2種或者3種以上工況的疊加。一般來講,徑向與軸向位移總是伴隨著旋轉(zhuǎn)位移的產(chǎn)生,且旋轉(zhuǎn)位移對聯(lián)軸器的受力有直接影響。所以在分析時(shí),考慮到聯(lián)軸器傳遞的力啟動工況大于運(yùn)轉(zhuǎn)工況,計(jì)算過程按照啟動時(shí)的2種工況進(jìn)行分析:工況一是啟動時(shí)聯(lián)軸器平衡工況;工況二是啟動時(shí)聯(lián)軸器角向位移較大為115°工況啟動時(shí)聯(lián)軸器平衡工況與較大旋轉(zhuǎn)位移工況相比,其接觸強(qiáng)度的較大值均發(fā)生在接觸部位中 心

(1)輪對較低2階的振型主要表現(xiàn)為車軸的扭轉(zhuǎn)和一次彎曲,其頻率與車輛懸掛系統(tǒng)的低階振動頻率相差較遠(yuǎn),避免了共振現(xiàn)象的發(fā)生。(2)車輛運(yùn)行速度低于臨界速度時(shí),彈性體輪對模型的橫向運(yùn)動比剛性體輪對模型的橫向運(yùn)動衰減得慢。(3)考慮輪對彈性變形后,車輛的臨界速度有所降低。本文仿真計(jì)算表明,降低幅度不超過5。因此,輪對彈性變形特征對車輛運(yùn)動穩(wěn)定性能的影響不大。