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抗側(cè)滾扭桿（簡(jiǎn)稱扭桿）用于增加轉(zhuǎn)向架的抗側(cè)滾剛度。扭桿通過(guò)扭轉(zhuǎn)變形來(lái)抑制車體的側(cè)向滾動(dòng)，扭轉(zhuǎn)變形引起的扭轉(zhuǎn)反力矩和扭轉(zhuǎn)角度比值就是抗側(cè)滾剛度。研究表明，增加抗側(cè)滾剛度能明顯減小車體側(cè)滾角度和車輛柔性系數(shù)，這提高了車輛運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性。
扭桿的可靠性對(duì)車輛的運(yùn)行品質(zhì)和安全性具有重要影響，其強(qiáng)度評(píng)價(jià)是至關(guān)重要的。目前國(guó)內(nèi)主要通過(guò)理論上的數(shù)學(xué)計(jì)算和傳統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)分析扭桿的剛度和強(qiáng)度，而計(jì)算機(jī)模擬還只在探索當(dāng)中。為此本文除了對(duì)扭桿理論計(jì)算外，還針對(duì)性地進(jìn)行了有限元分析，這為扭桿的剛度和強(qiáng)度分析提供了一種研究途徑。
某型國(guó)內(nèi)城軌車輛抗側(cè)滾裝置的結(jié)構(gòu)，主要包括扭桿、扭臂、連桿和橡膠件等。扭桿通過(guò)壓配合與扭臂過(guò)盈連接，使得兩者成為一體；同時(shí)扭桿兩端通過(guò)橡膠軸承座安裝在車體底架上，有效降低了轉(zhuǎn)向架的簧間質(zhì)量，并起到限制車體向上產(chǎn)生過(guò)大位移的安全作用；另外連桿兩端通過(guò)自潤(rùn)滑球軸承與扭臂和構(gòu)架安裝座相連。軸承件的應(yīng)用使得車體能相對(duì)于轉(zhuǎn)向架各向運(yùn)動(dòng)，避免了扭桿對(duì)車輛垂向、橫擺、點(diǎn)頭、搖頭及浮沉等運(yùn)動(dòng)的影響，僅抑制車體的側(cè)向滾動(dòng)。根據(jù)抗側(cè)滾裝置的設(shè)計(jì)要求，其運(yùn)營(yíng)載荷為34 M，最大作用載荷為29 M。
在校核過(guò)程中以最大作用載荷為靜載荷，運(yùn)營(yíng)載荷為疲勞載荷。抗側(cè)滾裝置中扭桿是主要受力件。
如果考慮安裝件變形，那么實(shí)際上連桿的拉壓變形、橡膠軸承座變形以及構(gòu)架安裝座變形對(duì)抗側(cè)滾剛度均有貢獻(xiàn)。因此安裝件變形產(chǎn)生的抗側(cè)滾剛度：按照并聯(lián)剛度計(jì)算，得到扭桿實(shí)際提供的抗側(cè)滾剛度，扭桿的實(shí)際結(jié)構(gòu)由工作區(qū)域、過(guò)渡區(qū)域和連接區(qū)域組成。扭桿的剛度由各個(gè)區(qū)域的計(jì)算剛度并聯(lián)而成。
建立扭桿有限元模型時(shí)，假設(shè)扭臂和扭桿為一個(gè)部件，便于模擬實(shí)際工作情況和負(fù)荷加載。左、右扭臂內(nèi)孔的加載負(fù)荷大小一致，但方向相反，成一對(duì)力偶作用于扭桿。扭桿和扭臂不再承受其他作用力�？紤]到扭桿兩端通過(guò)橡膠軸承座懸掛在車體底架上，且僅承受支撐載荷。故建模時(shí)扭桿兩端加有橡膠件模擬實(shí)際支撐結(jié)構(gòu)，且約束時(shí)橡膠件僅施加垂向固定約束。扭桿采用非線性四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，并細(xì)化扭桿的過(guò)渡部分和連接部分。
工況確定和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)扭桿主要校核極限靜載荷工況和疲勞動(dòng)載荷工況，同時(shí)校核扭桿的最大剪切應(yīng)力。扭桿的強(qiáng)度評(píng)判依據(jù)如下：
載荷工況一：極限靜載荷，此時(shí)計(jì)算的最大應(yīng)力不得超過(guò)材料的屈服極限，最大剪切應(yīng)力不得超過(guò)扭桿材料許用剪切應(yīng)力；
載荷工況二：疲勞動(dòng)載荷，此時(shí)計(jì)算的最大應(yīng)力不得超過(guò)材料的疲勞極限，最大剪切應(yīng)力不得超過(guò)扭桿材料許用剪切應(yīng)力。
通過(guò)有限元分析，扭桿的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，且有較大的安全裕量；扭桿的剛度也在允許的范圍之內(nèi)。通過(guò)計(jì)算公式可知，抗側(cè)滾剛度與扭桿本身的扭轉(zhuǎn)剛度、扭桿有效長(zhǎng)和扭臂長(zhǎng)相關(guān)，并與扭桿有效長(zhǎng)度成正比，而與扭臂長(zhǎng)成反比。安裝件的變形也能影響抗測(cè)滾剛度，應(yīng)控制安裝件的變形因素。
扭桿同時(shí)承受扭矩、彎矩、剪切力等，扭桿承受扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形；找出了扭桿的應(yīng)力薄弱部位（過(guò)渡區(qū)域K/6根部），此處設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝改進(jìn)。通過(guò)表 5 的強(qiáng)度結(jié)果對(duì)比，可知有限元分析還需進(jìn)一步優(yōu)化；通過(guò)表的剛度結(jié)果對(duì)比，可知?jiǎng)偠鹊睦碚撚?jì)算值和有限元求解值比較理想。所述扭桿剛度和強(qiáng)度的計(jì)算及其評(píng)判方法為扭桿的設(shè)計(jì)和分析提供了一種研究途徑。
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