楊百嶺，丁治雨，伯均華，呂　紅

（重慶長(zhǎng)客軌道車輛有限公司，重慶　401133）

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

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某型機(jī)車從動(dòng)齒輪螺栓校核計(jì)算

楊百嶺，丁治雨，伯均華，呂紅

（重慶長(zhǎng)客軌道車輛有限公司，重慶401133）

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

摘要：分析該型機(jī)車運(yùn)行過程中齒輪螺栓的受力情況，計(jì)算不同工況下螺栓所受應(yīng)力，制定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

關(guān)鍵詞：齒輪螺栓；受力分析；評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

1　基本參數(shù)和數(shù)據(jù)

某型機(jī)車從動(dòng)齒輪的基本參數(shù)見表1。

表1　從動(dòng)齒輪齒芯和齒圈連接計(jì)算的基本參數(shù)

2　螺栓受力分析

齒圈和齒芯由12個(gè)螺栓連接，螺栓一方面起到連接作用，另一方面承受剪切力。剪切力計(jì)算分為4個(gè)工況，分別為啟動(dòng)工況、持續(xù)工況、電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況和振動(dòng)沖擊工況。

圖1為前3種典型工況下從動(dòng)齒輪、齒圈連接的受力示意圖，由圖1可以看出螺栓剪切力Fdx由4個(gè)力合成，分別為：從動(dòng)齒輪自身重力Fg、從動(dòng)齒輪切向力F'da、徑向力引起的F'rk和從動(dòng)齒輪扭矩引起的剪切力F'at，4個(gè)力的合力即為螺栓的剪切力。

圖1　從動(dòng)齒輪、齒圈連接的受力示意圖

2.1啟動(dòng)工況

2.1.1重力引起的剪切力

從動(dòng)齒輪處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，螺栓要承受由從動(dòng)齒輪自身重力引起的剪切力。單個(gè)螺栓承受的剪切力為

2.1.2齒輪傳動(dòng)節(jié)圓切向力引起的剪切力

電機(jī)啟動(dòng)時(shí)主、從動(dòng)齒輪在嚙合部位存在作用力與反作用力，將作用力分解為切向力和徑向力，設(shè)主動(dòng)齒輪所受切向力為，啟動(dòng)時(shí)電機(jī)扭矩為

求得從動(dòng)齒輪嚙合部位的受切向力為

由從動(dòng)齒輪切向力引起的螺紋孔處的切向剪切力為

Fdq=Ft1=64.46kN

（4）

單個(gè)螺栓所受切向剪切力為

2.1.3扭矩引起的剪切力

從動(dòng)齒輪扭矩為

從動(dòng)齒輪扭矩引起的螺紋孔處的剪切力為

單個(gè)螺栓所受切向剪切力為

2.1.4齒輪傳動(dòng)徑向力引起的剪切力

從動(dòng)齒輪徑向力為Fr=Ftk?tanα

（9）

Ftk為從動(dòng)齒輪節(jié)圓上的切向力，kN；k為自然數(shù)，取值為1、2，本工況Ftk取Ft1的值。

單個(gè)螺栓所受徑向剪切力為

2.1.5單個(gè)螺栓所受剪切力合力

在圖1所示位置處3個(gè)力的合力最大，即

單個(gè)螺栓所受剪切應(yīng)力為

2.2持續(xù)工況

設(shè)此時(shí)主動(dòng)齒輪嚙合部位所受切向力為Fc1，則

求得從動(dòng)齒輪嚙合部位所受切向力為

從動(dòng)齒輪扭矩引起的螺紋孔處的剪切力為

Fdc=Ft2=40.05kN

（16）

單個(gè)螺栓所受切向剪切力為

從動(dòng)齒輪扭矩為

單個(gè)螺栓所受切向剪切力為

單個(gè)螺栓所受徑向剪切力為

在圖1所示位置處3個(gè)力的合力最大，即

單個(gè)螺栓所受剪切應(yīng)力為

2.3電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況

此時(shí)取電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩為額定扭矩的5倍：Ms=5?Mc1，則相應(yīng)的單個(gè)螺栓承受的切向剪切力為

單個(gè)螺栓承受扭矩引起的剪切力為

單個(gè)螺栓承受的徑向剪切力為

單個(gè)螺栓的剪切力合力為

單個(gè)螺栓受剪切應(yīng)力為

2.4振動(dòng)沖擊工況

從動(dòng)齒輪與電機(jī)懸掛裝置等組裝于構(gòu)架上。參照TB/T3312，按照考核材料靜強(qiáng)度的振動(dòng)沖擊載荷，取縱向沖擊為±5gm/s2，橫向沖擊為±1gm/s2，垂向沖擊為±3gm/s2。經(jīng)分析，在圖1所示螺栓處，縱向沖擊F'5g與切向力方向一致，垂向沖擊F'3g與重力方向一致，橫向沖擊F'g與預(yù)緊力F'0方向一致時(shí)螺栓受力最大。圖2為單個(gè)螺栓受力示意圖（圓圈內(nèi)的叉號(hào)表示力的方向垂直于接觸面向里）。

圖2　單個(gè)螺栓受力示意圖

此時(shí)螺栓的剪切力合力為

此時(shí)單個(gè)螺栓的剪切力合力為

單個(gè)螺栓剪切應(yīng)力為

計(jì)算橫向沖擊情況下螺栓的拉力預(yù)緊力為

其中，K為擰緊力矩系數(shù)（查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取K=0.12）；扭矩T=250N?m；d的單位為mm。

橫向沖擊引起的拉力為

3　評(píng)估結(jié)果

3.1評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

1）對(duì)于典型工況，螺栓承受橫向動(dòng)載荷時(shí)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知

其中，承受橫向動(dòng)載荷的安全系數(shù)取n=3.5～5。

2）對(duì)于考核靜強(qiáng)度的沖擊載荷，評(píng)定分為剪切和拉伸載荷2種情況。對(duì)于剪切載荷，有

3）對(duì)于橫向螺栓拉伸沖擊載荷，應(yīng)低于螺栓的預(yù)緊力。

3.2評(píng)估結(jié)果

典型工況的評(píng)估結(jié)果見表2，振動(dòng)沖擊工況評(píng)估結(jié)果見表3。

表3振動(dòng)沖擊工況計(jì)算結(jié)果分析

分析對(duì)象 　　振動(dòng)工況 　　評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 　　安全系數(shù)剪切應(yīng)力τdz=1.75MPa縱向沖擊+垂向沖擊許用應(yīng)力[τb]=0.6σs=384MPa　219.4橫向載荷Fh=0.10 kN 　橫向沖擊 　　預(yù)緊力99.21 kN 　　遠(yuǎn)低于預(yù)緊力

綜上分析，該螺栓可以承受分析工況中的橫向動(dòng)載荷。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]GB/T3098.1—2010，緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3]TB/T3312—2013，機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

收稿日期：2015?09?29

文章編號(hào)：1002-4581（2016）01-0036-04

中圖分類號(hào)：U464.233

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2016.01.010