轨道车辆高强度螺栓研究及设计界面系统开发

摘要

近年来，我国经济快速增长，与之对应的我国铁路也在快速的发展，主要朝着高速和重载两个方向发展。螺栓紧固件因为连接性能良好而被大量用于机车转向架中，其性能对高速机车运行安全性、稳定性起着十分重要的作用，并且机车车辆由于速度提升和载重增加，高强度紧固件所占的比例越来越大。因此，需要校核机车上高强度紧固件，以满足轨道交通运行安全性要求。所以有必要对高强度螺栓进行深入研究，并开发出高强度螺栓的设计系统界面。　　VDI2230是德国和欧洲大部分地区的螺栓设计标准，已经在实际工程中运用了40多年。首先，本文详细介绍了德国高强度螺栓设计准则VDI2230中的螺栓设计与校核方法，并与机械设计手册中螺栓校核方法对比，分析VDI2230准则的优缺点。以机车上拉杆连接螺栓和制动器安装螺栓作为研究对象，结合实际运行工况，分析螺栓受力情况，采用VDI2230准则对螺栓连接结构进行合理简化，得到单螺栓模型，并进一步对螺栓的静强度和疲劳强度进行校核。　　其次运用ANSYSWorkbench与HyperMesh软件对拉杆螺栓和制动器螺栓进行有限元仿真分析，仿真结果表明，螺栓应力集中在螺栓根部和螺栓与螺母第一圈螺纹连接处。这两处容易发生塑性变形和疲劳破坏，最大应力位于第一圈螺纹连接处，与实际情况相符。仿真结果与理论计算结果较为接近，两处螺栓的校核结果均满足使用要求。　　对比理论计算与仿真计算结果，论证结果验证了VDI2230准则的合理性。拉杆螺栓与制动器螺栓的理论计算和仿真计算为机车螺栓设计提供了一定的参考依据。　　最后，本文以VDI2230作为理论计算依据，以其附表数据作为数据库，运用MATLABGUI建立螺栓设计查询校核系统，实现了螺栓的参数化设计。用户在选择合适的螺栓后，查询相关连接参数，并将螺栓连接参数输入校核系统即，可得到螺栓的校核结果。该螺栓查询设计校核系统的开发使螺栓设计变得更加简单，大大提高了螺栓设计校核效率。

目录

声明

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 选题意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2 章 螺栓计算方法

2.1 VDI2230标准介绍

2.1.1 螺栓连接原理

2.1.2 VDI2230 螺栓设计计算步骤

2.2 机械设计准则螺栓计算方法

2.3 本章小结

第3 章 牵引拉杆座螺栓与制动器螺栓设计与计算

3.1 牵引拉杆座螺栓强度校核

3.1.1 拉杆螺栓组工作环境介绍

3.1.2 拉杆螺栓校核

3.2 制动器安装螺栓校核

3.2.1 制动器螺栓组工作环境介绍及载荷计算

3.2.2 校核制动器螺栓

3.3 本章小结

第4 章 螺栓有限元强度分析

4.1 螺栓有限元分析

4.1.1 有限元分析流程

4.1.2 建立几何模型

4.1.3 建立有限元模型

4.1.4 拉杆螺栓有限元模型

4.1.5 制动器螺栓有限元模型

4.2 有限元分析结果

4.2.1 拉杆螺栓静强度结果

4.2.2 制动器螺栓静强度结果

4.2.3 拉杆螺栓疲劳强度结果

4.2.4 制动器螺栓疲劳强度结果

4.3 本章小结

第5 章 螺栓查询校核系统设计

5.1 MATLAB介绍

5.1.1 MATLAB 技术特点

5.1.2 MATLAB 图形用户界面（GUI）介绍

5.1.3 MATLABGUI 数据传递

5.2 螺栓设计查询校核系统开发

5.2.1 螺栓初步选型

5.2.2 相关参数查询

5.2.3 螺栓强度校核

5.3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目