一种轮对及设计方法技术

本发明专利技术提供了一种轮对及设计方法，包括支撑轴、轮对、阻尼支撑座、质量块和摆动减振器，所述阻尼支撑座通过螺栓和其外侧的阻尼环过盈配合安装在轮对上，所述质量块通过螺栓安装在阻尼支撑座上，所述摆动减振器通过螺栓安装在轮对腹板的另外一侧，解决了实际应用中对轮对的减振降噪控制比较复杂的问题，使得轮对能够有效隔离来自多方面的振动和噪声源，显著提高乘坐人员的舒适感并降低对外部环境的噪声污染。

A wheel set and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种轮对及设计方法
本专利技术涉及机械加工
，尤其涉及一种高阻尼多参数控制的减振降噪轮对。
技术介绍
当前无论是动车组列车、普通列车还是地铁在运行时都是通过轮对在轨道上行走。在运行过程中，轮对与轨道之间存在摩擦，该摩擦对轮对产生了复杂了外部激励，导致列车在运行时产生较大的噪声，尤其在列车在转弯时，会产生强烈刺耳的高频噪声，这主要原因是由于轮对在外部激励作用下产生了共振，从而引起高频噪声，经由分析可知，其噪声源主要来自4个方面：第一方面，轨道与轮对的配合面的振动传递给轮对；第二方面，轮对的第一阶和第二阶共振频率引起的摆动振型产生的噪声；第三方面，轮对第三阶共振频率引起轴向振型引起的噪声；第四方面，其它高频振动导致的噪声。由于轮对在运行转动过程中振动形式和噪声源比较复杂，故在实际应用中对轮对的减振降噪控制比较复杂。
技术实现思路
本专利技术提供的一种轮对及设计方法，解决了实际应用中对轮对的减振降噪控制比较复杂的问题，使得轮对能够有效隔离来自多方面的振动和噪声源，显著提高乘坐人员的舒适感并降低对外部环境的噪声污染。为达到上述目的，本专利技术的技术方案具体是这样实现的：本专利技术公开一种轮对，包括支撑轴、轮对、阻尼支撑座、质量块和摆动减振器，所述阻尼支撑座通过螺栓和其外侧的阻尼环过盈配合安装在轮对上，所述质量块通过螺栓安装在阻尼支撑座上，所述摆动减振器通过螺栓安装在轮对腹板的另外一侧。进一步地，所述阻尼支撑座为高锰基阻尼合金。本专利技术另一方面公开一种轮对的设计方法，包括以下步骤：轮对的原始设计模型，基于有限元分析和实验，获得其前三阶固有频率和振型，其中一阶固有频率为f1，二阶固有频率为f2，三阶固有频率为f3；设计阻尼支撑座3，并通过有限元分析获得其在轴向上的刚度ka；设计质量块4，获得其重量ma；计算质量块4和阻尼支撑座3组成减振系统的固有频率fa，并使得fa＝f3；计算质量块4的最大变形量xca，假设所述阻尼支撑座3与轮对2之间的预留间隙为xa，即需要使得xa≥xca，同时计算阻尼支撑座3在最大变形量xca的情况下的最大应力值σa，并确保其小于阻尼合金材料的疲劳极限σf；设计摆动减振器5，获得其单个质量块的质量ms，并通过有限元分析获得单个质量块的弹性支撑座的刚度ks；计算获得摆动减振器5的固有频率fs，并确保fs＝f1；计算摆动减振器5在开始减振工作后的最大变形量xcb，假设阻尼支撑座3与轮对2之间的预留间隙为xb，即需要使得xb≥xcb，同时计算摆动减振器5在最大变形量xcb情况下的最大应力值σb，并确保其小于阻尼合金材料的疲劳极限σf；设计轮对2的内槽环的深度h，计算轮对2在满足最大外部负载和安全系数要求下的最大应力值σld，并确保其小于轮对材料的度疲劳极限σfld；基于有限元分析校验。有益技术效果：1、本专利技术公开一种轮对，包括支撑轴、轮对、阻尼支撑座、质量块和摆动减振器，所述阻尼支撑座通过螺栓和其外侧的阻尼环过盈配合安装在轮对上，所述质量块通过螺栓安装在阻尼支撑座上，所述摆动减振器通过螺栓安装在轮对腹板的另外一侧，解决了实际应用中对轮对的减振降噪控制比较复杂的问题，使得轮对能够有效隔离来自多方面的振动和噪声源，显著提高乘坐人员的舒适感并降低对外部环境的噪声污染；2、本专利技术中，采用阻尼合金材料，设计一个弹性安装座和质量块一体化的摆动减振模块，可以用来降低轮对第一阶和第二阶固有频率引起的振动和噪声。3、本专利技术中，阻尼环与轮对的环槽通过盈配合的方式安装，这样可以利用阻尼环的阻尼效应吸收和降低来自轮对和轨道摩擦运动时产生的振动和噪声；4、本专利技术中，轴向减振座通过螺栓安装在轮对的腹板上，并将质量块安装在减振座上，构成动力减振模块，实现降低由于轮对第三阶固有频率引起的轴向振动的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术一种轮对的整体结构图；图2为本专利技术一种轮对的分解结构图；图3为本专利技术一种轮对的剖面图；图4为本专利技术一种轮对的另一个剖面图；图5为本专利技术一种轮对的阻尼支撑座剖面图；图6为本专利技术一种轮对的摆动减振器的主视图。其中，1-支撑轴，2-轮对，3-阻尼支撑座，4-质量块，5-摆动减振器，6-轨道配合面，7-过盈安装环槽，8-安装孔C，9-过盈配合环，10-安装孔A，11-安装孔B，12-安装孔D。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。本专利技术一方面公开一种轮对，参见图1与图2，包括支撑轴1、轮对2、阻尼支撑座3、质量块4和摆动减振器5，具体地，轮对2加工有一个环形槽，并在腹板上加工了一组螺纹孔，阻尼支撑座3外圈阻尼环通过过盈配合方式安装在轮对2的环槽内，该阻尼环槽和阻尼环的安装可以用来隔离来自轨道和轮对运行时产生的振动。阻尼支撑座3的中间位置有一组通孔，用来通过螺栓与轮对2紧固在一起，其内圈与轮对2的腹板之间有一定的间隙，预留给质量块开始起到减振时的振动位移，摆动减振器5通过螺栓安装在轮对2腹板的另外一侧，优选地，图5中的安装孔A和图4中轮对的安装孔C配合安装，安装孔B和质量块4配合安装。图6中的安装孔D同样和图4中安装孔C配合安装，需要注意的是，图4中安装孔C的数量等于图5和图6中安装孔A和安装孔D的数量之和。作为本专利技术的一个实施例，为了使得结构尺寸最小化并能获得最佳阻尼效果的条件下，选择高锰基阻尼合金或其它具有高阻尼效应的金属材料来设计和加工阻尼支撑座3和摆动减振器5。作为本专利技术的一个优选实施例，摆动减振器5为一体化设计，参见图6，即弹性支座和质量块4设计成一个整体，但各个质量块4通过分隔槽分割开来，总共分割成12个子质量块，每个质量块4与轮对2的腹板之间有一定的间隙，该摆动减振器5用来降低轮对2第一阶和第二阶振动模态引起的振动和噪声，基于实际可用空间的限制而采用一体化的设计方案，如果空间足够，也可做成分体式的，这里不作限制。本专利技术另一方面公开一种轮对设计方法，包括以下步骤：轮对的原始设计模型，基于有限元分析和实验，获得其前三阶固有频率和振型，其中一阶固有频率为f1，二阶固有频率为f2，三阶固有频率为f3；设计阻尼支撑座3，并通过有限元分析获得其在轴向上的刚度ka；设计质量块4，获得其重量ma；计算质量块4和阻尼支撑座3组成减振系统的固有频率fa，并使得fa＝f3；计算质量块4的最大变形量xca，假设所述阻尼支撑座3与轮对2之间的预留间隙为xa，即需要使得xa≥xca，同时计算阻尼支撑座3在最大变形量xca本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮对，包括支撑轴(1)、轮对(2)、阻尼支撑座(3)、质量块(4)和摆动减振器(5)，其特征在于，所述阻尼支撑座(3)通过螺栓和其外侧的阻尼环过盈配合安装在轮对(2)上，所述质量块(4)通过螺栓安装在阻尼支撑座(3)上，所述摆动减振器(5)通过螺栓安装在轮对(2)腹板的另外一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种轮对，包括支撑轴(1)、轮对(2)、阻尼支撑座(3)、质量块(4)和摆动减振器(5)，其特征在于，所述阻尼支撑座(3)通过螺栓和其外侧的阻尼环过盈配合安装在轮对(2)上，所述质量块(4)通过螺栓安装在阻尼支撑座(3)上，所述摆动减振器(5)通过螺栓安装在轮对(2)腹板的另外一侧。


2.根据权利要求1所述的一种轮对，其特征在于，所述阻尼支撑座(3)为高锰基阻尼合金。


3.根据权利要求1-2任一项所述的一种轮对的设计方法，包括以下步骤：
轮对的原始设计模型，基于有限元分析和实验，获得其前三阶固有频率和振型，其中一阶固有频率为f1，二阶固有频率为f2，三阶固有频率为f3；
设计阻尼支撑座(3)，并通过有限元分析获得其在轴向上的刚度ka；
设计质量块(4)，获得其重量ma；
计算质量块(4)和阻尼支撑座(3)组成减振系统的固有频率fa，并使得fa＝f3...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛冬平，李晓贞，徐红丽，门艳钟，何亚峰，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32