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⾼⾼铁铁车车轴轴与与齿齿轮轮过过盈盈配配合合计计算算与与分分析析
0引⾔
转向架是列车的关键组成部件,负⽀撑车体,承受和传递列车运⾏所需的转矩及载荷,保证列车具有良好的运⾏品质以及⾜
够的安全可靠性[1]。动⼒转向架主要由构架、动⼒设备、弹簧⽀撑及减振装置、轮对、制动减速装置、轴箱体等组成。齿轮
箱是动⼒转向架的重要组成部分,负对动⼒设备提供的转矩降速增扭,并传递给车轴,带动列车运⾏。齿轮箱的从动齿轮通
过过盈配合的⽅式连接在车轴上。过盈量过⼩时,其不能为列车前进传递⾜够的动⼒;过盈量过⼤时,导致零件材料局部发⽣
⼤⾯积屈服以致零部件破坏。⾼铁车轴与齿轮的过盈配合选择是典型的⾮线性接触问题,有限元在处理这类问题上具有明显的
优势[2-6]。
该⽂以某⾼铁齿轮箱为例,运⽤经典⼒学与⾮线性有限元对车轴齿轮与的过盈配合选择做了计算和分析。
1经典⼒学分析
在齿轮与车轴的过盈配合中,当需要传递的转矩为T时,则应保证在此转矩的作⽤下轮轴不发⽣滑移[7]。配合⾯间的径向压强
产⽣的摩擦阻⼒矩Mf,如公式(1)所⽰。
(1)
式中:i—齿轮箱的传动⽐。
此时,配合⾯的径向接触压强P,计算⽅法见公式(2)
。
(2)式中:K—安全系数;
Fa—齿轮承受的轴向⼒;
d—轮轴配合平均直径;
f—配合⾯的摩擦系数;
l—过盈配合接触宽度。
以某⾼铁齿轮箱为例,联轴器最⼤滑移扭矩为8000Nm,传动⽐为5.389,齿轮承受的轴向⼒为50669N,配合平均直径为
219mm,配合宽度为120mm,摩擦系数为0.125,安全系数为1.5。经计算,配合⾯的径向接触压强P≥57.70MPa。
因齿轮的外缘结构不规则,将其假设成型⼼在同⼀条直线上的若⼲圆柱的集合体。其直径与宽度的对应关系如表1所⽰。
表1齿轮外缘与宽度对应关系/mm
外缘直径241262619262241
宽度1911701119
经计算,齿轮的当量外缘直径dA为335mm。⼜因车轴内部直径d0为0。根据IN7190标准[8],齿轮与轴的直径
⾼铁车轴与齿轮过盈配合计算与分析
InterferenceFitCalculationandAnalysisofAxleandGearinaHigh-speedGearbox
⾼旺GAOWang;付赟秋FUYun-qiu;张辙远ZHANGZhe-yuan
(中车北京南⼝机械有限公司轨道传动研究所,北京102202)
(RailriveResearchInstitute,CRRCBeijingNankouCo.,Ltd.,Beijing102202,China)摘要:⾼铁齿轮箱具有降速增扭
的作⽤,其齿轮与车轴间的过盈配合⾮常关键。运⽤IN7190标准和有限元⽅法对⾼铁车轴与齿轮过盈配合进⾏⼒学分析计
算,得到了在极限配合尺⼨下的各部件接触压强与应⼒分布规律。计算结果表明,该配合设计在⾜够的安全裕度下保证了动⼒
传递且不发⽣滑移。该研究为⾼铁齿轮箱过盈配合的设计提供了⼀定的理论基础和技术⽀撑。
Abstract:High-speedgearboxincreasestorqueanddecreasesvelocity,sotheinterferencefitbetweenthegearandaxleis
verycritical.ThemechanicsanalysisandcalculationoftheinterferencefitisdoneaccordingtoIN7190standardandfinite
elementmethod(FEM),andthedistributionlawofthecontactpressureandstressesunderthelimitdimensionisfound.The
resultsindicatedthatthefitdesigncantransmitthetorquewithoutslipundertheenoughsafetycoefficient.Thisstudy
providesacertaintheoreticalbasisandtechnicalsupportforinterferencefitdeterminingofhigh-speedgearbox.
关键词:⾼铁齿轮箱;过盈配合;接触压强;应⼒
Keywords:high-speedgearbox;inter
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