齒輪箱吊桿緩沖橡膠剛度分析及試驗研究

金思勤+劉志遠+李楓+吳成攀

摘 要：本文分析了某動車組齒輪箱吊桿緩沖橡膠剛度的一種理論計算方法，并對吊桿緩沖橡膠進行試驗研究，試驗結(jié)果驗證了理論模型的正確性。

關(guān)鍵詞：齒輪箱；吊桿橡膠；剛度；試驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.194

1 概述

動車組齒輪箱作為動力轉(zhuǎn)向架上的重要部件，一端通過大齒輪安裝在車軸上，另一端通過吊桿懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。齒輪箱同時承受著來自輪軌、構(gòu)架的沖擊和擾動，實測最大沖擊振動達到100g以上，運用環(huán)境十分惡劣。過大的沖擊振動將影響齒輪箱的使用。

橡膠材料具有較高的阻尼，受力與形變具有典型的非線性關(guān)系，能夠吸收高頻振動和沖擊，具有良好的隔振效果。為阻隔及減緩構(gòu)架振動對齒輪箱的影響，一般動車組齒輪箱吊桿上均安裝有緩沖橡膠。利用橡膠的阻尼以及載荷與形變的粘滯特性部分隔絕構(gòu)架與齒輪箱間的振動傳遞路徑。橡膠剛度即——載荷撓度特性決定了橡膠的隔震效果，因此研究橡膠剛度特性對于齒輪箱的安全運用具有重要意義。

2 理論計算

橡膠材料的切變模量G與橡膠材料的牌號和組成成分幾乎無關(guān)，而與橡膠的硬度有關(guān)。成分不同，硬度相同的橡膠其切變模量之差很小。在設(shè)計時，切變模量G的值可由下式計算得到[1]：

式中：HS——橡膠材料的肖氏硬度。

由試驗得到，橡膠材料的表觀彈性模量為其幾何形狀和硬度的函數(shù)，用壓縮影響系數(shù)來表示這些因素的影響[2]：

橡膠材料在純拉伸和壓縮載荷作用下，應(yīng)變量較小時應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系近似用下式表示：

以本例中橡膠為例，帶入相關(guān)尺寸參數(shù)可得載荷與撓度之間的關(guān)系：

3 試驗研究

橡膠剛度試驗狀態(tài)如圖2所示，試驗臺如圖3所示。測試時將橡膠放入工裝，移動至試驗臺中央。正式試驗前進行兩次預(yù)壓縮：施加的載荷由0加至50kN，再由50kN釋放至500N，如此反復(fù)兩次后，從第三次開始進行正式試驗。

3.1 載荷施加速度10mm/min

以10mm/min的速度施加載荷，載荷由0kN加載至50kN結(jié)束。載荷-撓度關(guān)系曲線如圖 4所示，特定載荷下的撓度如表 2所示。

3.2 載荷施加速度20mm/min

以20mm/min的速度施加載荷，載荷由0kN加載至50kN結(jié)束。載荷-撓度關(guān)系曲線如圖 5所示，特定載荷下的撓度如表 3所示。

3.3 載荷施加速度30mm/min

以30mm/min的速度施加載荷，載荷由0kN加載至50kN結(jié)束。載荷-撓度關(guān)系曲線如圖 6所示，特定載荷下的撓度如表 4所示。

4 結(jié)論

比較理論計算及不同加載速度下的載荷-撓度曲線，如圖7所示。

（1）由圖 7可以看出當(dāng)載荷在15kN以下時，三種不同加載速度下，撓度曲線基本一致。當(dāng)載荷大于15kN時，10mm/min的加載速度下，撓度最大，而加載速度為20mm/min、30mm/min時，撓度差別不大。可見橡膠剛度與加載速度有關(guān)，加載速度越小，總體剛度越低。

（2）當(dāng)載荷為30kN以下時，理論值與試驗值相差不大，理論值具有較高的精度。當(dāng)載荷大于30kN時，由于理論模型中，載荷與撓度是線性關(guān)系，隨著載荷的增大，撓度明顯偏大。

（3）橡膠彈性變形在6mm以下或者載荷在35kN以內(nèi)時可以采用文中的理論模型計算橡膠的撓度或載荷，即可以滿足精度要求，還可以縮短研發(fā)周期。

參考文獻：

[1]唐金松.機械設(shè)計手冊第3版[J].中國機械工程，2004（11）：947.

[2]張英會，劉輝航，王德成.彈簧手冊[M].機械工業(yè)出版社，1997.

作者簡介：金思勤（1985-），男，碩士，高級工程師，從事軌道交通齒輪箱研發(fā)及檢修技術(shù)研究。