地鐵車輛管理中的模式和新應(yīng)用措施要點以及車輛管理工程中的各項指標等等，這些都是車輛技術(shù)開發(fā)改進的主要方面。

　　摘要：軸箱是連接輪對與構(gòu)架的活動關(guān)節(jié)，傳遞輪對與構(gòu)架間的作用力，是機車車輛轉(zhuǎn)向架的重要承載部件。軸箱體是軸箱的骨架，兩端設(shè)有一系彈簧座。內(nèi)外端蓋以螺栓預(yù)緊安裝在其兩側(cè)，軸承以間隙配合的方式安裝于其內(nèi)部。

　　關(guān)鍵詞：軸箱體,強度分析,有限元計算,模擬方式,車輛類論文

　　一、軸箱體結(jié)構(gòu)形式及受力分析

　　本文探討的某型地鐵車輛設(shè)計的軸箱無軸箱拉桿，其一系簧采用橡膠彈簧，橡膠彈簧的芯軸由螺栓預(yù)緊安裝在軸箱體簧座上。軸箱體在工作中承受的載荷為兩組橡膠彈簧的垂向、橫向和縱向載荷，其所受的約束為軸承對其的軸向約束和徑向約束。

　　推薦期刊：《鐵道機車車輛》RailwayLocomotive&CAR(雙月刊)創(chuàng)刊于1981年。其辦刊宗旨是：堅持科學(xué)發(fā)展觀，認真貫徹“科教興國”的方針，努力準確、及時、全面地反映和交流鐵路和城市軌道交通的機車車輛、供電系統(tǒng)方面的試驗研究和設(shè)計成果，運用檢修經(jīng)驗，有關(guān)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝、新材料以及國內(nèi)外技術(shù)動態(tài)、技術(shù)政策等，從而為鐵路運輸生產(chǎn)及城市軌道交通的技術(shù)進步和發(fā)展作出貢獻。

　　二、軸箱體有限元計算模型

　　雖然是對軸箱體進行強度校核仿真分析，但考慮到一系簧芯軸剛度、端蓋剛度、及螺栓預(yù)緊力對軸箱體局部計算結(jié)果的影響，故把上述同屬一系懸掛裝置的部件全部建立在有限元計算模型中，部件之間采用接觸單元和螺栓預(yù)緊連接。有限元計算模型采用實體建模，利用CAD軟件建立三維實體模型，然后導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件，采用SOLID187四面體單元對實體模型進行離散，經(jīng)過處理生成計算模型。

　　三、軸箱體計算載荷及計算工況

　　(一)計算載荷參考BSEN13749：2011《鐵路應(yīng)用.轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)要求的規(guī)定方法》標準，結(jié)合軸箱體實際工作情況，確定如表1所示計算載荷。式中，MV4為整車質(zhì)量(AW4);mt為簧下質(zhì)量;nb為轉(zhuǎn)向架數(shù)量;na為每轉(zhuǎn)向架的輪對數(shù)量;(4)附加的制動載荷及(5)附加的牽引載荷計算公式中的1.3為超常載荷工況下的制動或牽引載荷系數(shù)，1.1為運營載荷工況下的制動或牽引載荷系數(shù);Fbe為緊急制動時每轉(zhuǎn)向架受到的最大制動力;Fs為起動牽引時每轉(zhuǎn)向架的牽引力;Cps，z為一系橡膠彈簧垂向剛度;Sg1為10‰軌道扭曲對一系彈簧形成的垂向位移;Sg2為5‰軌道扭曲對一系彈簧形成的垂向位移。其中縱向載荷是指由簧下質(zhì)量引起的慣性沖擊力。由于地鐵車輛頻繁起動與制動，故從使結(jié)果偏于安全的角度出發(fā)，持續(xù)牽引力按起動牽引力取值，常規(guī)制動力按最大制動力取值。(二)計算工況參考UIC615-4及BSEN13749：2011標準，結(jié)合實際運行情況，對軸箱體所受載荷進行組合為以下計算工況。1.超常載荷計算工況2.模擬運營載荷計算工況

　　四、約束及載荷的施加模擬方式

　　由于軸箱體承受的彈簧傳遞的載荷和軸承傳遞的載荷是一組平衡力;并且兩端橡膠彈簧和軸箱體中心距相同，因此，作如下簡化約束及載荷施加模擬：(1)約束：在一系簧芯軸頂端面施加垂、橫、縱三向固定約束.(2)徑向載荷：軸上的垂向載荷(Z向)、縱向載荷(X向)均以軸承載荷形式施加在軸承安裝圓柱面上;附加載荷中的牽引載荷、制動載荷為X向載荷，扭曲載荷為Z向載荷，同樣均以軸承載荷形式施加在軸承安裝圓柱面上.(3)軸向載荷：軸上的正向橫向載荷施加在軸箱內(nèi)端蓋的軸承止擋面上，如圖2.8所示;負向橫向載荷施加在軸箱外端蓋的軸承止擋面上，如圖5所示;(4)螺栓采用BEAM188單元模擬，并施加相應(yīng)等級螺栓的預(yù)緊力。

　　五、計算結(jié)果及分析

　　在超常載荷工況評價中采用第四強度理論導(dǎo)出的等效應(yīng)力eσ(又稱VonMises應(yīng)力)來評價，此等效應(yīng)力不得超過相應(yīng)計算工況的許用應(yīng)力。通過對超常載荷工況計算后，各工況下軸箱體的最大應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，滿足靜強度要求。其中第7工況應(yīng)力最大，其VonMises應(yīng)力云圖如圖7所示。軸箱體疲勞強度考核采用Goodman疲勞極限圖，當軸箱體在各工況下的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力均位于疲勞極限圖內(nèi)，則疲勞強度滿足要求。疲勞極限圖參考UIC615-4：2003及ERRIB12/RP17鋼材疲勞極限圖的繪制方法。參考文獻，HV<400鋼材的疲勞極限σ-1一般為拉伸極限強度的一半，同時取安全系數(shù)為1.5。可得如圖8所示B+級鋼的Goodman疲勞極限圖。對表3中定義的疲勞工況的計算結(jié)果進行處理，提取了軸箱體所有表面非中間節(jié)點的主應(yīng)力及其方向余弦。利用ANSYSAPDL與Matlab聯(lián)合編程，完成了各節(jié)點σmax、σmin、σm及σa的計算。圖8給出了軸箱體在疲勞工況載荷作用下的Goodman圖疲勞強度評定情況。可見，所有節(jié)點的應(yīng)力最大值和最小值均在材料Goodman疲勞極限圖的包絡(luò)范圍內(nèi)，滿足疲勞強度校核要求。

　　六、結(jié)語

　　軸箱體根據(jù)機車車輛轉(zhuǎn)向架設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)形式多樣，強度校核分析尚無專門標準，需要參考借鑒轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的相關(guān)標準。參考BSEN13749：2011標準，對某型地鐵車輛軸箱體進行強度校核分析，驗證了該軸箱體滿足靜強度和疲勞強度要求。在約束及載荷施加模擬方式上，考慮了螺栓預(yù)緊和接觸分析，嘗試了一些簡化模擬措施，但軸箱工作環(huán)境相對構(gòu)架更為復(fù)雜，如何能夠更恰當?shù)膶ζ涔ぷ鳡顟B(tài)進行模擬，在后續(xù)研究中繼續(xù)探討。