動(dòng)車組彈簧微動(dòng)研磨力學(xué)分析及主要研磨參數(shù)選擇的研究.pdf

1、隨著我國(guó)軌道交通運(yùn)輸行業(yè)的飛速發(fā)展，列車零部件的質(zhì)量問(wèn)題顯得更為重要。彈簧作為動(dòng)車組列車減振系統(tǒng)中的重要功能性零件，它起到諸如吸收和隔離振動(dòng)，保證乘員的舒適和安全，提高車輛在高速運(yùn)行的平穩(wěn)性，增加動(dòng)車組零部件及軌道的使用壽命等作用。由此可見，彈簧的質(zhì)量問(wèn)題直接影響到動(dòng)車的運(yùn)行性能與運(yùn)行安全，因此動(dòng)車組彈簧高精度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則至關(guān)重要。
　　在實(shí)際應(yīng)用中，動(dòng)車組彈簧往往會(huì)在工作過(guò)程中出現(xiàn)疲勞破壞，位置大多在第1-2圈（彈簧支撐圈與有效圈

2、）之間。這是因?yàn)閺椈杉庸み^(guò)程中出現(xiàn)的突起、凹坑及褶皺等缺陷在彈簧支撐圈與有效圈之間造成點(diǎn)接觸。這些點(diǎn)接觸部位很容易引起應(yīng)力集中以及疲勞裂紋，同時(shí)也是疲勞裂紋擴(kuò)展速度最快的部位?？梢?，動(dòng)車組彈簧存在點(diǎn)接觸極易導(dǎo)致其力學(xué)性能的大幅降低，從而嚴(yán)重影響彈簧的使用壽命。
　　對(duì)于動(dòng)車組彈簧的生產(chǎn)廠家而言，解決彈簧支撐圈與有效圈之間點(diǎn)接觸大多是采用人工打磨方法。但人工打磨工藝存在著弊端：生產(chǎn)效率低下；難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高效的加工制造；打磨的力度不

3、均勻，影響彈簧的表面質(zhì)量，且也難以保證打磨后的動(dòng)車組彈簧的支撐圈與有效圈之間一定是連續(xù)接觸狀態(tài)。
　　本文的主要目的是：針對(duì)上述問(wèn)題，給出動(dòng)車組彈簧振動(dòng)研磨機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)思，期求通過(guò)振動(dòng)研磨機(jī)實(shí)現(xiàn)彈簧支撐圈與有效圈之間的微動(dòng)研磨，進(jìn)而消除彈簧圈之間的點(diǎn)接觸。進(jìn)一步地，在保證加工工件（動(dòng)車組彈簧）力學(xué)性能不變的前提下，找出影響研磨機(jī)微動(dòng)研磨效果的主要研磨工藝參數(shù)，并建立彈簧圈間的微動(dòng)力學(xué)量與主要研磨工藝參數(shù)之間的關(guān)系。因此，有必要對(duì)研磨

4、過(guò)程中的彈簧進(jìn)行微動(dòng)研磨力學(xué)分析。本文完成的主要工作如下：
　?。?）闡述了動(dòng)車組彈簧振動(dòng)研磨機(jī)方案的意義與價(jià)值，分析了其微動(dòng)研磨原理，確定了研磨體施加的力、研磨速度及研磨體位移為研磨機(jī)的主要研磨工藝參數(shù)。并建立了動(dòng)車組彈簧振動(dòng)研磨機(jī)主要研磨參數(shù)與彈簧圈間的微動(dòng)力學(xué)量之間的關(guān)系。
　?。?）以某動(dòng)車組彈簧為例，結(jié)合Solidworks和ANSYS（Workbench）建立了彈簧的精細(xì)有限元模型，對(duì)彈簧進(jìn)行剛度特性分析及靜強(qiáng)度

5、分析，結(jié)果顯示彈簧剛度的有限元分析結(jié)果與理論結(jié)果誤差約為2.3％，靜強(qiáng)度有限元分析結(jié)果與理論解誤差為6%，依據(jù)所得結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的正確性。最后，得到了彈簧縱向剛度和橫向剛度精確的有限元結(jié)果，分別為241.062N/mm和65.207N/mm。
　?。?）為了獲得彈簧支撐圈與有效圈之間的接觸應(yīng)力以及研磨體施加給彈簧的力，要對(duì)彈簧進(jìn)行接觸分析。用ABAQUS對(duì)無(wú)凸起動(dòng)車組彈簧進(jìn)行了接觸分析，獲得了其接觸應(yīng)力與壓縮位移的關(guān)系曲線，結(jié)

6、果顯示當(dāng)彈簧壓縮位移為45mm時(shí)接觸應(yīng)力最大。然后，考慮不同大小和不同位置的凸起情況，對(duì)有凸起的動(dòng)車組彈簧進(jìn)行了接觸分析，結(jié)果顯示彈簧模型支撐圈與有效圈之間出現(xiàn)最大接觸應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)的壓縮量都小于45mm。最后選取45mm為最大壓縮位移，將該狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的支反力作為研磨體施加給彈簧的力，其值為10845N，進(jìn)而計(jì)算出單個(gè)彈簧所需的研磨體質(zhì)量，其值約為1106.6kg。
　?。?）動(dòng)車組彈簧的研磨過(guò)程中，除涉及靜態(tài)量之外，還涉及到大量的動(dòng)

7、態(tài)量。為避免彈簧在研磨過(guò)程發(fā)生共振，首先對(duì)該彈簧進(jìn)行了模態(tài)分析和預(yù)應(yīng)力下的模態(tài)分析，分別獲得了其前6階固有頻率及其相應(yīng)振型。在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上對(duì)彈簧進(jìn)行了諧響應(yīng)分析，結(jié)果顯示了共振頻率為8Hz、118Hz及140Hz。在實(shí)際研磨過(guò)程中，應(yīng)盡量避免外部激勵(lì)頻率落在這幾個(gè)頻率附近。同時(shí)為了獲得微動(dòng)研磨速度與研磨位移，進(jìn)行了彈簧瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，獲得了載荷幅值、激振頻率與彈簧圈間的微動(dòng)研磨位移和速度響應(yīng)的關(guān)系，并據(jù)此分析得出：當(dāng)研磨體位移為17