一種機車用電機懸掛座的結構質量改進

摘 要：根據某機車用電機懸掛座的受力情況和運營工況條件，采用有限元仿真分析軟件對其進行了受力、變形量、外型結構分析及計算，得出電機懸掛座外型結構與受力、變形之間的關系，進而對其結構提出了可行性改進方案。結果表明，經過改進后的電機懸掛座能有效降低最大應力及變形量，是一個合理的結構質量改進。

關鍵詞：電機懸掛座；有限元仿真；結構質量改進；機車

引言

在機車電機懸掛裝置中，電機懸掛座以吊掛座形式與機車牽引電機連接，這種部件已經被廣泛運用于電力機車上，在走行部分中屬于重要類產品，在機車的日常運行過程中承受較高負荷以及高頻次的疲勞強度，而對此種重要部件考慮如何減輕最大應力及變形對提高機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某機車用原電機懸掛座的受力、變形量、電機懸掛孔以及底座相交的根部結構的角度（后面簡稱根部角度）方面進行了系統分析和計算，通過對可能減輕最大應力及變形的方案進行優選，從而得到一個最大應力以及變形都較小的新電機懸掛座。

1 電機懸掛座的受力、變形有限元分析計算

分析某機車用電機懸掛座的受力情況及運營工況條件，設計輸入電機懸掛座總載荷為80kN，依據原電機懸掛座的設計，借助有限元仿真分析軟件，可以分別計算出電機懸掛座的受力、變形情況。

從計算分析的結果來看：現在的設計中電機懸掛座受力分配還不夠理想，局部應力較大，其中最大應力為142.6MPa，位于電機懸掛座底座相交的根部。而較大變形量區域則集中在電機懸掛孔外側部分，最大變形量達到0.3107mm。

2 電機懸掛座的根部角度與最大應力及變形的有限元分析計算

綜合電機懸掛座結構的受力、變形計算分析結果以及裝配關系來看，作者認為可以通過適當調整根部角度來達到減輕最大應力及變形量的目的。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論及數據：

電機懸掛座根部角度與最大應力變化趨勢較為復雜，在考慮所有可能的根部角度條件下（即根部角度5-25度），其最大應力隨根部角度的增大會無規律地出現多個應力較低和較高點，具體情況是在根部角度約為5度或16度時最大應力為最低，應力值略低于130Mpa，其次還有在23度附近會較低，應力值略高于140Mpa，在11度附近有個低點，應力值略高于150Mpa，在25度附近有個低點，應力值略低于160Mpa。

而電機懸掛座根部角度與最大變形分析變化趨勢則極為簡單，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幾乎呈單調遞減的一次函數，且變化幅度不大，具體情況是在根部角度為5度時達到最大變形量，約為0.323mm，25度時達到最小變形量，約為0.283mm。

3 電機懸掛座結構改進方案分析及確定

由于根部角度與最大變形分析變化趨勢為單調遞減的一次函數，根部角度與最大應力分析變化趨勢有5個較低點，故可以形成以下5種改進方案，其具體方案參數見表1。

由于目前產品最大應力為142.6MPa，最大變形量為0.3107mm，以此作為改善的前提，將5種方案參數與目前產品參數做比較，具體計算公式為：

最大應力改善相對百分數=*100%

最大變形改善相對百分數=*100%

轉化后形成以下5種改進方案，其具體改進方案相對參數見表2

由于最大應力與變形量在電機懸掛座結構參數上均為越小越好，故最大應力改善的相對百分數與最大變形改善相對百分數應都為越大越好，若結果為負數則說明此方案還不及原電機懸掛座結構設計。顯然含有負數的第1、2、5號方案都不符合本次改進的要求，那么可選的方案僅有第3、4號方案。

查詢《機械設計手冊》電機懸掛座所使用的E級鋼材料，屈服強度不小于350MPa，抗拉強度不小于400MPa[1]，均大于電機懸掛座結構中最大應力，所以優先考慮最大變形改善情況，故在可選的第3、4號方案中，選擇第4號方案根部角度為23°做為電機懸掛座結構改進方案較為合適。

根據第4號方案的參數，形成的電機懸掛座結構與原結構對比情況見圖1。

4 結束語

通過對電機懸掛座根部結構的角度方案進行優選，調整了其外型結構，在設計輸入載荷為84kN的情況下，與原結構相比最大應力降低3.2%，同時變形量降低7.9%，實現了雙贏，有效提高了電機懸掛座的結構質量。

參考文獻

[1]吳宗澤.機械設計實用手冊[M].北京：化學工業出版社，2003.

作者簡介：文武子（1984-），男，本科。