某型机车从动齿轮螺栓校核计算

2016-05-28杨百岭丁治雨伯均华

北京汽车 2016年1期

关键词：受力分析

杨百岭，丁治雨，伯均华，吕　红

（重庆长客轨道车辆有限公司，重庆　401133）

Yang Bailing，Ding Zhiyu，Bo Junhua，Lü Ho ng

某型机车从动齿轮螺栓校核计算

杨百岭，丁治雨，伯均华，吕红

（重庆长客轨道车辆有限公司，重庆401133）

Yang Bailing，Ding Zhiyu，Bo Junhua，Lü Ho ng

摘要：分析该型机车运行过程中齿轮螺栓的受力情况，计算不同工况下螺栓所受应力，制定评估标准，并对计算结果进行评估。

关键词：齿轮螺栓；受力分析；评估标准

1　基本参数和数据

某型机车从动齿轮的基本参数见表1。

表1　从动齿轮齿芯和齿圈连接计算的基本参数

2　螺栓受力分析

齿圈和齿芯由12个螺栓连接，螺栓一方面起到连接作用，另一方面承受剪切力。剪切力计算分为4个工况，分别为启动工况、持续工况、电机堵转工况和振动冲击工况。

图1为前3种典型工况下从动齿轮、齿圈连接的受力示意图，由图1可以看出螺栓剪切力Fdx由4个力合成，分别为：从动齿轮自身重力Fg、从动齿轮切向力F'da、径向力引起的F'rk和从动齿轮扭矩引起的剪切力F'at，4个力的合力即为螺栓的剪切力。

图1　从动齿轮、齿圈连接的受力示意图

2.1启动工况

2.1.1重力引起的剪切力

从动齿轮处于静止状态时，螺栓要承受由从动齿轮自身重力引起的剪切力。单个螺栓承受的剪切力为

2.1.2齿轮传动节圆切向力引起的剪切力

电机启动时主、从动齿轮在啮合部位存在作用力与反作用力，将作用力分解为切向力和径向力，设主动齿轮所受切向力为，启动时电机扭矩为

求得从动齿轮啮合部位的受切向力为

由从动齿轮切向力引起的螺纹孔处的切向剪切力为

Fdq=Ft1=64.46kN

（4）

单个螺栓所受切向剪切力为

2.1.3扭矩引起的剪切力

从动齿轮扭矩为

从动齿轮扭矩引起的螺纹孔处的剪切力为

单个螺栓所受切向剪切力为

2.1.4齿轮传动径向力引起的剪切力

从动齿轮径向力为Fr=Ftk⋅tanα

（9）

Ftk为从动齿轮节圆上的切向力，kN；k为自然数，取值为1、2，本工况Ftk取Ft1的值。

单个螺栓所受径向剪切力为

2.1.5单个螺栓所受剪切力合力

在图1所示位置处3个力的合力最大，即

单个螺栓所受剪切应力为

2.2持续工况

设此时主动齿轮啮合部位所受切向力为Fc1，则

求得从动齿轮啮合部位所受切向力为

从动齿轮扭矩引起的螺纹孔处的剪切力为

Fdc=Ft2=40.05kN

（16）

单个螺栓所受切向剪切力为

从动齿轮扭矩为

单个螺栓所受切向剪切力为

单个螺栓所受径向剪切力为

在图1所示位置处3个力的合力最大，即

单个螺栓所受剪切应力为

2.3电机堵转工况

此时取电机堵转扭矩为额定扭矩的5倍：Ms=5⋅Mc1，则相应的单个螺栓承受的切向剪切力为

单个螺栓承受扭矩引起的剪切力为

单个螺栓承受的径向剪切力为

单个螺栓的剪切力合力为

单个螺栓受剪切应力为

2.4振动冲击工况

从动齿轮与电机悬挂装置等组装于构架上。参照TB/T3312，按照考核材料静强度的振动冲击载荷，取纵向冲击为±5gm/s2，横向冲击为±1gm/s2，垂向冲击为±3gm/s2。经分析，在图1所示螺栓处，纵向冲击F'5g与切向力方向一致，垂向冲击F'3g与重力方向一致，横向冲击F'g与预紧力F'0方向一致时螺栓受力最大。图2为单个螺栓受力示意图（圆圈内的叉号表示力的方向垂直于接触面向里）。