[发明专利]轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法

说明书

本发明所述的轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法，属于轨道车辆一系弹簧组技术领域。本发明可根据单个弹簧组所承受的额定载荷，内、外螺旋弹簧的结构参数及偏转卵型内螺旋弹簧的截面偏转角，弹性模量，泊松比，剪切模量，对偏转卵型内螺旋弹簧在截面不同位置处的复合剪切应力及最大复合剪切应力所在位置角度进行计算。通过样机试验测试可知，本发明所提供的轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法是正确的，为轨道车辆一系弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧截面在不同角度位置处的剪切应力计算提供了可靠的技术方法。利用该方法可提高轨道车辆一系悬挂弹簧组的可靠性及车辆行驶安全性。

技术领域

本发明涉及轨道车辆悬挂螺旋弹簧，特别是轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法。

背景技术

随着轨道车辆的快速发展及行驶速度的不断提高，对一系悬挂弹簧组性能及设计提出了更高的要求，弹簧组主要是由内、外螺旋弹簧，上、下弹簧座，限位管和橡胶限位凸台构成，其中，为了提高内螺旋弹簧的应力强度及弹簧组的可靠性和使用寿命，内螺旋弹簧可采用卵型螺旋弹簧，且截面偏转一定的角度，即偏转卵型内螺旋弹簧。然而，据所查资料可知，先前国内外一直未曾给出可靠的轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法。随着轨道车辆行驶速度及对行驶平稳性和安全性要求的不断提高，对轨道车辆一系悬挂弹簧组设计提出了更高的要求，因此，必须建立一种准确、可靠的轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法，满足车辆行驶平稳性和安全性的设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及轨道车辆的行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法，其计算流程图，如图1所示。轨道车辆一系悬挂弹簧组的结构示意图如图2所示，包括，下弹簧座1，橡胶限位凸台2，外螺旋弹簧3，偏转卵型内螺旋弹簧4，限位管5，上弹簧座6。外螺旋弹簧3的丝径d₂，外螺旋弹簧的中径D₂。偏转卵型内螺旋弹簧4与外螺旋弹簧3之间的间隙为δ₁₂。偏转卵型内螺旋弹簧4的中径D₁，偏转卵型内螺旋弹簧的截面示意图，如图3所示，其中，偏转卵型内螺旋弹簧截面的短半轴为a，长半轴b，O_a为偏转卵型内螺旋弹簧截面的半圆圆心，O_b为偏转卵型内螺旋弹簧截面的质心，x₀为偏转卵型内螺旋弹簧的截面质心O_b与半圆圆心O_a的距离，即偏转卵型内螺旋弹簧的截面质心偏移量，θ为偏转卵型内螺旋弹簧截面在一周0～2π内的任意角度，α为偏转卵型内螺旋弹簧的截面偏转角，r为偏转卵型内螺旋弹簧截面在任意角度θ的外边沿上的一点p_θ对截面半圆圆心O_a的极半径，r₀为截面在任意角度θ的外边沿上的一点p_θ对截面质心O_b的极半径。螺旋弹簧的弹性模量E，泊松比μ，剪切模量根据轨道车辆一系悬挂的单个弹簧组所承受的额定载荷P_N，内、外螺旋弹簧的结构参数及偏转卵型内螺旋弹簧的截面轴线偏转角度，弹性模量，泊松比，剪切模量，对轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧在截面不同位置处的复合剪切应力和最大复合剪切应力及其所在角度进行计算。

为解决上述技术问题，本发明所提供的轨道车辆一系悬挂弹簧组偏转卵型内螺旋弹簧剪切应力的计算方法，其特征在于采用以下计算步骤：

(1)轨道车辆一系悬挂弹簧组的外螺旋弹簧垂向刚度K_z2的计算:

根据外螺旋弹簧的丝径d₂和中径D₂及有效圈数n₂，轨道车辆一系悬挂弹簧组的螺旋弹簧的弹性模量E，泊松比μ，剪切模量对轨道车辆一系悬挂弹簧组的外螺旋弹簧垂向刚度K_z2进行计算，即