一種機(jī)車用電機(jī)懸掛座的結(jié)構(gòu)質(zhì)量改進(jìn)

摘 要：根據(jù)某機(jī)車用電機(jī)懸掛座的受力情況和運(yùn)營(yíng)工況條件，采用有限元仿真分析軟件對(duì)其進(jìn)行了受力、變形量、外型結(jié)構(gòu)分析及計(jì)算，得出電機(jī)懸掛座外型結(jié)構(gòu)與受力、變形之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)其結(jié)構(gòu)提出了可行性改進(jìn)方案。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的電機(jī)懸掛座能有效降低最大應(yīng)力及變形量，是一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)質(zhì)量改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：電機(jī)懸掛座；有限元仿真；結(jié)構(gòu)質(zhì)量改進(jìn)；機(jī)車

引言

在機(jī)車電機(jī)懸掛裝置中，電機(jī)懸掛座以吊掛座形式與機(jī)車牽引電機(jī)連接，這種部件已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于電力機(jī)車上，在走行部分中屬于重要類產(chǎn)品，在機(jī)車的日常運(yùn)行過(guò)程中承受較高負(fù)荷以及高頻次的疲勞強(qiáng)度，而對(duì)此種重要部件考慮如何減輕最大應(yīng)力及變形對(duì)提高機(jī)車整車的可靠性以及行車安全都具有重要意義。

文章采用有限元分析軟件對(duì)某機(jī)車用原電機(jī)懸掛座的受力、變形量、電機(jī)懸掛孔以及底座相交的根部結(jié)構(gòu)的角度（后面簡(jiǎn)稱根部角度）方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析和計(jì)算，通過(guò)對(duì)可能減輕最大應(yīng)力及變形的方案進(jìn)行優(yōu)選，從而得到一個(gè)最大應(yīng)力以及變形都較小的新電機(jī)懸掛座。

1 電機(jī)懸掛座的受力、變形有限元分析計(jì)算

分析某機(jī)車用電機(jī)懸掛座的受力情況及運(yùn)營(yíng)工況條件，設(shè)計(jì)輸入電機(jī)懸掛座總載荷為80kN，依據(jù)原電機(jī)懸掛座的設(shè)計(jì)，借助有限元仿真分析軟件，可以分別計(jì)算出電機(jī)懸掛座的受力、變形情況。

從計(jì)算分析的結(jié)果來(lái)看：現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中電機(jī)懸掛座受力分配還不夠理想，局部應(yīng)力較大，其中最大應(yīng)力為142.6MPa，位于電機(jī)懸掛座底座相交的根部。而較大變形量區(qū)域則集中在電機(jī)懸掛孔外側(cè)部分，最大變形量達(dá)到0.3107mm。

2 電機(jī)懸掛座的根部角度與最大應(yīng)力及變形的有限元分析計(jì)算

綜合電機(jī)懸掛座結(jié)構(gòu)的受力、變形計(jì)算分析結(jié)果以及裝配關(guān)系來(lái)看，作者認(rèn)為可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整根部角度來(lái)達(dá)到減輕最大應(yīng)力及變形量的目的。為找到最佳改良方案，借助有限元仿真分析軟件，可以得到以下參考結(jié)論及數(shù)據(jù)：

電機(jī)懸掛座根部角度與最大應(yīng)力變化趨勢(shì)較為復(fù)雜，在考慮所有可能的根部角度條件下（即根部角度5-25度），其最大應(yīng)力隨根部角度的增大會(huì)無(wú)規(guī)律地出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)力較低和較高點(diǎn)，具體情況是在根部角度約為5度或16度時(shí)最大應(yīng)力為最低，應(yīng)力值略低于130Mpa，其次還有在23度附近會(huì)較低，應(yīng)力值略高于140Mpa，在11度附近有個(gè)低點(diǎn)，應(yīng)力值略高于150Mpa，在25度附近有個(gè)低點(diǎn)，應(yīng)力值略低于160Mpa。

而電機(jī)懸掛座根部角度與最大變形分析變化趨勢(shì)則極為簡(jiǎn)單，在考慮所有可能的根部角度情況下，其最大變形量隨根部角度的增大會(huì)幾乎呈單調(diào)遞減的一次函數(shù)，且變化幅度不大，具體情況是在根部角度為5度時(shí)達(dá)到最大變形量，約為0.323mm，25度時(shí)達(dá)到最小變形量，約為0.283mm。

3 電機(jī)懸掛座結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案分析及確定

由于根部角度與最大變形分析變化趨勢(shì)為單調(diào)遞減的一次函數(shù)，根部角度與最大應(yīng)力分析變化趨勢(shì)有5個(gè)較低點(diǎn)，故可以形成以下5種改進(jìn)方案，其具體方案參數(shù)見(jiàn)表1。

由于目前產(chǎn)品最大應(yīng)力為142.6MPa，最大變形量為0.3107mm，以此作為改善的前提，將5種方案參數(shù)與目前產(chǎn)品參數(shù)做比較，具體計(jì)算公式為：

最大應(yīng)力改善相對(duì)百分?jǐn)?shù)=*100%

最大變形改善相對(duì)百分?jǐn)?shù)=*100%

轉(zhuǎn)化后形成以下5種改進(jìn)方案，其具體改進(jìn)方案相對(duì)參數(shù)見(jiàn)表2

由于最大應(yīng)力與變形量在電機(jī)懸掛座結(jié)構(gòu)參數(shù)上均為越小越好，故最大應(yīng)力改善的相對(duì)百分?jǐn)?shù)與最大變形改善相對(duì)百分?jǐn)?shù)應(yīng)都為越大越好，若結(jié)果為負(fù)數(shù)則說(shuō)明此方案還不及原電機(jī)懸掛座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。顯然含有負(fù)數(shù)的第1、2、5號(hào)方案都不符合本次改進(jìn)的要求，那么可選的方案僅有第3、4號(hào)方案。

查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》電機(jī)懸掛座所使用的E級(jí)鋼材料，屈服強(qiáng)度不小于350MPa，抗拉強(qiáng)度不小于400MPa[1]，均大于電機(jī)懸掛座結(jié)構(gòu)中最大應(yīng)力，所以優(yōu)先考慮最大變形改善情況，故在可選的第3、4號(hào)方案中，選擇第4號(hào)方案根部角度為23°做為電機(jī)懸掛座結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案較為合適。

根據(jù)第4號(hào)方案的參數(shù)，形成的電機(jī)懸掛座結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)對(duì)比情況見(jiàn)圖1。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電機(jī)懸掛座根部結(jié)構(gòu)的角度方案進(jìn)行優(yōu)選，調(diào)整了其外型結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)輸入載荷為84kN的情況下，與原結(jié)構(gòu)相比最大應(yīng)力降低3.2%，同時(shí)變形量降低7.9%，實(shí)現(xiàn)了雙贏，有效提高了電機(jī)懸掛座的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：文武子（1984-），男，本科。