机车车辆转向架螺栓联接强度研究

摘要

随着机车车辆运行速度和载重量的不断提高，对机车车辆转向架上各零部件的安装和使用要求也越来越高。很多转向架在运行过程中不同程度地出现过螺栓联接失效的问题。因此，螺栓联接是转向架能否安全运行的一个重要因素。针对这种情况，有必要对机车车辆转向架螺栓联接的强度进行分析和研究。
　　以机车车辆转向架中具有代表性的减振器和轴端压板紧固螺栓组联接结构为研究对象，利用超静定和薄板弯曲理论对其进行了分析和研究。根据减振器阻尼特性和EN13749-2011标准确定了联接螺栓静强度和疲劳强度载荷工况。
　　对VDI2230准则第1部分及其介绍的螺栓强度校核过程进行了详细介绍，并对机械设计教材中介绍的传统的螺栓联接设计计算方法与VDI2230准则第1部分介绍的螺栓联接设计计算方法进行了对比分析。针对本文选择的两种螺栓组联接结构，根据VDI2230准则第1部分，对螺栓组联接结构进行了合理简化，得到了单个螺栓联接模型。计算得到了螺栓的柔度、被联接件的柔度和相对刚度系数等参数值，进而对联接螺栓的静强度和疲劳强度进行了校核。
　　以Excel工作簿为数据库操作对象，以VBA为编程工具，以Excel VBA工程为开发平台，创建了基于VDI2230准则第1部分的螺栓强度校核系统和螺栓联接相关参数查询系统，并建立了人机交互平台。用户只需要在相应的界面中选择和输入相应的参数，就可以快速得到联接螺栓的强度校核结果。
　　基于有限元方法，建立了减振器和轴端压板螺栓组联接结构的有限元模型。利用ANSYS有限元分析软件和FE-SAFE疲劳分析软件，对联接螺栓进行了有限元仿真分析。根据分析结果得到了螺纹应力分布规律，同时得到了联接螺栓的静强度和疲劳强度校核结果。
　　对比这两种方法得到的联接螺栓强度校核的结果，验证了VDI2230准则第1部分对机车车辆转向架联接螺栓强度校核的合理性。本文介绍的相关理论和螺栓强度校核方法对机车车辆转向架联接螺栓及相应的螺栓联接结构的设计具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 螺栓联接强度研究现状

1．2．2 螺栓联接设计计算方法

1．3 本文主要研究内容

第2章 螺栓组联接结构分析

2．1 螺栓联接预紧力确定准则

2．2 减振器内螺栓组联接结构分析

2．2．1 螺栓组工作环境介绍及受力分析

2．2．2 超静定结构

2．2．3 超静定问题的基本解法

2．2．4 螺栓载荷计算

2．2．5 螺栓强度校核工况确定

2．3 轴端压板螺栓组联接结构分析

2．3．1 螺栓组工作环境介绍

2．3．2 螺栓受力分析及载荷工况确定

2．3．3 轴端压板结构分析及薄板相关理论

2．3．4 轴端压板弯曲计算

2．4 本章小结

第3章 螺栓联接设计计算方法

3．1 VDI 2230螺栓联接设计计算方法

3．1．1 VDI 2230准则第1部分介绍

3．1．2 螺栓联接设计计算流程

3．1．3 螺栓强度校核过程

3．2 两种螺栓联接设计计算方法对比分析

3．2．1 螺栓规格选择

3．2．2 紧固力矩计算

3．2．3 螺栓强度校核

3．3 基于VDI 2230准则的螺栓强度校核

3．3．1 减振器内联接螺栓强度校核

3．3．2 轴端压板联接螺栓强度校核

3．4 本章小结

第4章 螺栓强度校核参数化系统

4．1 Excel VBA介绍

4．1．1 Excel VBA开发环境

4．1．2 Excel VBA工程及其组成

4．2 数据库访问技术

4．2．1 ADO数据库接口技术

4．2．2 ADO访问Excel数据库的过程

4．2．3 利用ADO操作Excel工作簿

4．3 参数查询系统设计

4．3．1 设计目的

4．3．1 参数查询系统界面介绍

4．4 螺栓强度校核系统设计

4．4．1 总体设计思路

4．4．2 系统模块功能介绍

4．4．3 强度计算模块设计

4．4．4 人机交互界面设计

4．4．5 工具箱控件

4．5 本章小结

第5章 基于有限元法的螺栓强度校核

5．1 联接螺栓有限元分析

5．1．1 ANSYS有限元仿真分析流程

5．1．2 建立几何模型

5．1．3 建立有限元模型

5．1．4 减振器内联接螺栓有限元分析

5．1．5 轴端压板联接螺栓有限元分析

5．2 结果分析及联接螺栓静强度校核

5．2．1 减振器内联接螺栓

5．2．2 轴端压板联接螺栓

5．3 结果分析及联接螺栓疲劳强度校核

5．3．1 减振器内联接螺栓

5．3．1 轴端压板联接螺栓

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献