新型铁路弹条疲劳试验机的设计与研究

摘要

新型铁路弹条疲劳试验机为课题组自主研发的新型疲劳试验机，是一种用于检测铁路各类标准弹条在规定要求的范围内进行疲劳试验的试验设备。本文介绍了试验机的工作原理，并对新型铁路弹条疲劳试验机的结构进行设计。然后对疲劳试验机的运动系统建立数学模型并进行数值求解，根据试验要求选择合适的零部件。应用Creo4.0建立三维实体模型对其进行了有限元分析和运动学仿真，验证所设计的新型结构的合理性及可靠性，根据摩擦磨损的位置对支撑位置进行了摩擦润滑特性分析。
　　本文主要从以下方面进行了研究：
　　首先，结合本课题的试验要求，对新型铁路弹条疲劳试验机进行结构设计。选择合适的零部件，应用三维绘图软件Creo4.0建立新型铁路弹条疲劳试验机三维实体模型。主要包括预紧力加载装置及位移加载装置的结构设计，同时对新型铁路弹条疲劳试验机的控制系统进行设计。
　　其次，建立了新型铁路弹条疲劳试验机的运动学模型，对系统分别采用凸轮机构和偏心轮机构进行运动学分析。应用MATLAB对建立的方程进行数值模拟，得到在两种机构下的试验机运动过程中长压杆的位移、速度、加速度随各影响参数之间的变化图，为关键运动部件的设计提供了有效的理论参考。
　　再次，应用ANSYS Workbench17.0与Creo4.0联合仿真对新型铁路弹条疲劳试验机的关键零部件进行有限元分析。根据弹条的试验标准，分析夹具的受力情况，得到符合试验条件的力值。同时，对夹具系统进行静力学分析，验证设计的合理性。对夹具系统进行模态分析，避免试验过程中共振的发生，保证试验过程的安全可靠。对偏心轮机构进行优化设计，得到大、小偏心轮满足试验条件的最优解。对主要传递运动的长压杆运用Linear Buckling模块与Response Surface模块数据互联进行线性屈曲的优化分析，得到长压杆的线性屈曲后的最优三维模型。
　　然后，根据摩擦磨损的位置对支承位置进行了摩擦润滑特性分析，推导出支承位置处的油膜厚度方程，同时通过数值分析得到影响油膜厚度的几个主要因素。通过对润滑过程中摩擦产热分析，得到影响热量的主要因素。通过推导得出所需油量的方程，对影响油量的因素进行分析。为新型铁路弹条疲劳试验机中支承位置处支承轴承的设计及润滑油量使用提供了重要的理论参考。
　　最后，应用ADAMS对新型铁路弹条疲劳试验机进行动力学仿真，得到执行部件长压杆的运动规律，验证理论分析的正确性。对新型铁路弹条疲劳试验机进行样机制备与试验研究，将试验研究结果与理论分析及仿真分析结果进行对比，验证新型铁路弹条疲劳试验机设计的合理性。

目录

1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 疲劳试验机的研究现状

1.3 疲劳试验机的类型

1.4 本文的主要研究内容

2 新型铁路弹条疲劳试验机的整体设计

2.1 铁路弹条疲劳试验机的技术要求

2.2 铁路弹条疲劳试验机的整体结构设计

2.3 试验机控制系统的设计

2.4 本章小结

3 新型铁路弹条疲劳试验机运动学分析

3.1 疲劳试验机的运动分析

3.2 采用凸轮机构时疲劳试验机运动分析

3.3 采用偏心轮机构时疲劳试验机运动分析

3.4 本章小结

4 新型疲劳试验机关键零部件的有限元分析

4.1 扣件系统的工作原理

4.2 夹具系统的实体模型

4.3 夹具的有限元分析

4.4 有预应力的模态分析

4.5 本章小结

5 新型铁路弹条疲劳试验机的优化设计

5.1 优化设计基础

5.2 偏心轮机构的优化设计准则

5.3 长压杆线性屈曲分析下的优化设计

5.4 本章小结

6 新型铁路弹条疲劳试验机的润滑分析

6.1 流体的动压润滑分析

6.2 支承轴承的摩擦发热

6.3 润滑油量的分析

6.4 本章小结

7 新型疲劳试验机的样机制备及试验研究

7.1 新型铁路弹条疲劳试验机的仿真分析

7.2 样机制备及试验

7.3 本章小结

总结与展望

全文总结

创新点

工作展望

参考文献

致谢

攻读研究生期间发表学术论文及专利目录

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