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动车城轨牵引制动系统试验台轴承座的 静强度及模态分析计算
UrbanRail TractionMotorCar Brake System Test BenchBearingStatic StrengthCalculationandModal Analysis
本文TAG:Altair      2016/5/23
作者:陈雪,杨磊  出处:Altair  阅读:1182  推荐:0
摘要:本文以动车城轨牵引制动系统试验台轴承座为例,基于HyperWorks软件对其进行静强度及模态计算。结果显示,动车城轨牵引制动系统试验台轴承座在规定的载荷工况下,静强度满足相应材料的屈服强度要求,且工作时不会发生共振。可见,CAE软件的应用为产品的结构设计及校核提供了参考依据。
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(1.青岛理工大学机械工程学院2.青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031)

摘要:本文以动车城轨牵引制动系统试验台轴承座为例,基于HyperWorks软件对其进行静强度及模态计算。结果显示,动车城轨牵引制动系统试验台轴承座在规定的载荷工况下,静强度满足相应材料的屈服强度要求,且工作时不会发生共振。可见,CAE软件的应用为产品的结构设计及校核提供了参考依据。

关键词:轴承座有限元静强度模态

Abstract:Thispaper usesanurbanrailmotor car’sbrakingsystemtractionbearingasacase study ofusingHyperWorkssoftwaretoperformmodalanalysisandcalculatestaticstrength. The resultshowsthatthestaticstrengthofurbanrailtractionmotorcarbrakesystemtestbenchbearing meetstherequirementsofthecorrespondingyieldstrengthofthematerialinthespecifiedload conditions,andresonancedoesnotoccurduring operation.CAEsoftware applicationsprovidea reference and checkforstructural design.

Keywords:Bearing,finite element,staticstrength,modal


1概述

动车城轨牵引制动系统试验台是大功率动车城轨进行牵引与制动特性试验的重要平台,而轴承座作为其轮轴系统中的关键部件,承载着轮对重量以及在轮对上施加的制动载荷。为保证轴承座在牵引制动试验台上工作时的可靠性和安全性,其静强度及振动特性必须满足一定的条件要求。目前随着仿真技术在工程领域的不断发展,CAE软件的应用已成为对工程和产品进行性能和安全性分析的重要手段[1]。本文将以动车城轨牵引制动系统试验台轴承座为研究对象,利用有限元法及Altair公司的HyperWorks软件对其进行静强度及模态计算,为获得轴承座工作时的应力分布及其动态特性分析提供可靠性依据。


2有限元模型的建立[2,3]

2.1计算对象简介

动车城轨牵引制动系统试验台包括牵引电机、扭矩传感器、变速箱、飞轮组、轮对(含轴承)、底座及相应的传动连接装置,长约9m。动车城轨牵引制动系统试验台外观图见图1。

车城轨轮轴系统属于动车城轨牵引制动系统试验台的一部分,包括动车城轨轮轴、轴承座、安装平台、扭矩传感器和联轴器等,主要用于模拟在动车城轨轮轴上施加制动载荷。考虑到更换轮对的情况,轴承座采用剖分式结构,图2为动车城轨轮轴系统,图3为动车城轨轴承座外观图。


2.2材料与属性

表1为动车城轨轴承座材料属性表。


2.3坐标系约定

坐标系选取以竖直向上为Y正方向,加载制动载荷方向为X正方向,Z轴以右手法则确定,见图


2.4网格划分

根据动车城轨轴承座的结构,本文利用HyperMesh软件对模型进行网格划分,主要采用三维实体单元模拟,单元大小约5mm。整个模型共计单元607376个,节点333669个。

2.5静强度加载及约束方式

将轮对重力载荷14.7kN、制动载荷75kN以静态力的形式施加在模型的部分节点上,如图5所示,并约束动车城轨轴承座螺栓连接部位的X、Y、Z三个方向的平动自由度,如图6所示。


3计算结果分析

动车城轨轴承座主要部位静强度计算的应力云图见图7-1~图7-3,应力统计结果见表2。

由图7-1~图7-3及表2可见,动车城轨轴承座各部位应力均低于材料的屈服强度,能够满足强度要求。应力大点主要分布在支撑板与底板交接处,轴承座螺栓约束处,支撑板与轴承套筒交接处。最大应力发生在支撑板与底板交接处,最大值为92.33MPa。


4模态分析

利用有限元模型,对动车城轨轴承座进行模态分析,取前6阶模态进行分析,结果如表3所示,各阶振型图见图8-1~图8-6。


由表3可知,动车城轨轴承座最低频率为550.3Hz,而动车城轨轮轴转速1624r/min,频率为27.1Hz,是动车城轨轴承座最低频率的1/20.3,整个系统不会发生共振。


5结论

有限元计算结果表明,动车城轨牵引制动系统试验台轴承座在规定的载荷工况下,静强度满足相应材料的屈服强度要求,并且动车城轨牵引制动系统试验台工作时轴承座不会发生共振。可见,运用合适可靠的CAE软件在产品设计及校核阶段具备高效性的特点,并为最终产品的确定提供了理论依据和数据支持。


6参考文献

[1]姚伟.浅谈CAE技术现状及发展趋势[J].科技创新导报,2011,(27):67.

[2]王钰栋,金磊,洪清泉.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[M].北京:机械工业 出版社,2012:50-66.

[3]张胜兰,郑冬黎,郝琪.基于HyperWorks的结构优化设计技术[M].北京:机械工业出版 社,2007:

79-90.











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