齿轮箱吊杆缓冲橡胶刚度分析及试验研究

金思勤+刘志远+李枫+吴成攀

摘 要：本文分析了某动车组齿轮箱吊杆缓冲橡胶刚度的一种理论计算方法，并对吊杆缓冲橡胶进行试验研究，试验结果验证了理论模型的正确性。

关键词：齿轮箱；吊杆橡胶；刚度；试验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.194

1 概述

動车组齿轮箱作为动力转向架上的重要部件，一端通过大齿轮安装在车轴上，另一端通过吊杆悬挂在转向架构架上。齿轮箱同时承受着来自轮轨、构架的冲击和扰动，实测最大冲击振动达到100g以上，运用环境十分恶劣。过大的冲击振动将影响齿轮箱的使用。

橡胶材料具有较高的阻尼，受力与形变具有典型的非线性关系，能够吸收高频振动和冲击，具有良好的隔振效果。为阻隔及减缓构架振动对齿轮箱的影响，一般动车组齿轮箱吊杆上均安装有缓冲橡胶。利用橡胶的阻尼以及载荷与形变的粘滞特性部分隔绝构架与齿轮箱间的振动传递路径。橡胶刚度即——载荷挠度特性决定了橡胶的隔震效果，因此研究橡胶刚度特性对于齿轮箱的安全运用具有重要意义。

2 理论计算

橡胶材料的切变模量G与橡胶材料的牌号和组成成分几乎无关，而与橡胶的硬度有关。成分不同，硬度相同的橡胶其切变模量之差很小。在设计时，切变模量G的值可由下式计算得到[1]：

式中：HS——橡胶材料的肖氏硬度。

由试验得到，橡胶材料的表观弹性模量为其几何形状和硬度的函数，用压缩影响系数来表示这些因素的影响[2]：

橡胶材料在纯拉伸和压缩载荷作用下，应变量较小时应力与应变间的关系近似用下式表示：

以本例中橡胶为例，带入相关尺寸参数可得载荷与挠度之间的关系：

3 试验研究

橡胶刚度试验状态如图2所示，试验台如图3所示。测试时将橡胶放入工装，移动至试验台中央。正式试验前进行两次预压缩：施加的载荷由0加至50kN，再由50kN释放至500N，如此反复两次后，从第三次开始进行正式试验。

3.1 载荷施加速度10mm/min

以10mm/min的速度施加载荷，载荷由0kN加载至50kN结束。载荷-挠度关系曲线如图 4所示，特定载荷下的挠度如表 2所示。

3.2 载荷施加速度20mm/min

以20mm/min的速度施加载荷，载荷由0kN加载至50kN结束。载荷-挠度关系曲线如图 5所示，特定载荷下的挠度如表 3所示。

3.3 载荷施加速度30mm/min

以30mm/min的速度施加载荷，载荷由0kN加载至50kN结束。载荷-挠度关系曲线如图 6所示，特定载荷下的挠度如表 4所示。

4 结论

比较理论计算及不同加载速度下的载荷-挠度曲线，如图7所示。

（1）由图 7可以看出当载荷在15kN以下时，三种不同加载速度下，挠度曲线基本一致。当载荷大于15kN时，10mm/min的加载速度下，挠度最大，而加载速度为20mm/min、30mm/min时，挠度差别不大。可见橡胶刚度与加载速度有关，加载速度越小，总体刚度越低。

（2）当载荷为30kN以下时，理论值与试验值相差不大，理论值具有较高的精度。当载荷大于30kN时，由于理论模型中，载荷与挠度是线性关系，随着载荷的增大，挠度明显偏大。

（3）橡胶弹性变形在6mm以下或者载荷在35kN以内时可以采用文中的理论模型计算橡胶的挠度或载荷，即可以满足精度要求，还可以缩短研发周期。

参考文献：

[1]唐金松.机械设计手册第3版[J].中国机械工程，2004（11）：947.

[2]张英会，刘辉航，王德成.弹簧手册[M].机械工业出版社，1997.

作者简介：金思勤（1985-），男，硕士，高级工程师，从事轨道交通齿轮箱研发及检修技术研究。