本文尝试采用铝合金材料来设计转向架构架突破传统钢制构架箱形结构 形式,采用铸造铝合金和铝型材对构架各梁体分别成型,然后通过螺栓进行连 接此项研究的主要目的是在于探索采用铝合金材料制造构架的可行性 本文的研究主要内容包括以下几点: 1.参照传统构架的结构形式对铝合金构架进行外形尺寸设计,确定出构 架的具体成型方式一采用铸造铝合金和铝型材分别成型,然后进行螺栓连接 通过有限元分析软件ANSYS进行模拟建模,分析了型材的截面形状!外接圆 半径!壁厚等因素对结构VonMises应力和应变的影响,以及铸件的结构形状! 外壁厚度和筋板厚度对结构VonMises应力和应变的影响;根据型材梁和铸造梁 的结构形式确定出了连接板的结构形式给出了铝合金构架的结构总图 2.采用螺栓连接!铆接两种连接方式,对结构进行连接性能分析分别 从最大VonMises应力!最大剪应力和最大位移三方面进行比较,得出采用螺栓 连接的性能要好于铆接的结论 3.针对螺栓预紧力的不同模拟方法和螺栓连接的模拟方法(接触法!祸 合和约束方程法)进行应力和计算机时的比较确定了螺栓预紧力的最佳模拟 方法一等效力法,也得出了祸合和约束方程方法不仅能够很好的模拟螺栓连接, 而且所花机时相对较少 4.完成整体构架的设计,对其力学性能进行静强度分析,与钢制参考构 架进行比较得出结论:铝合金构架不仅满足静强度的要求,而且与参考构架 相比,实现减重20%,达到了轻量化的目的 通过对铝合金构架结构等方面的初步研究,对采用铝合金材料制造构架的 可行性进行了初步的探讨 关键词:铝合金,构架,螺栓连接,铆接,静强度西南交通大学硕士研究生学位报告第n页 AbstraCt ThisPaPerattemPtstodesignbogiefiamewhichusesthealuminumalloy.50as tobreachtheboxformstruetureoftraditionsteelinessbogieftame,itusesthecast aluminumalloyandAluminumProfiletorePlaeesteelsandadoPtthemethodofbolt :ointtoassemblethewholestrueture.Themainobjeetiveofthisreseareh15to exPlorethefeasibilityaboutusingaluminumalloymaterialtomakebogieframe# ThemaineontentsinthisPaPerareasfollows: 1.Thedimensionofaluminumalloybogieframewhich15contrasttothe structureoftraditionbogieframedesign,andconfirmtheconcretelymolding mode一sethecastaluminumalloyandAluminumProfileandthenadoPtthe methodofmechanismjoint.Establishingthemodelwhiehusesthefiniteelement software一ANSYS.itanalyzetheeffectaboutVOnMisesstressandstralnwhich15 aboutaluminumProfileinthesectionform!theeireumradius!sectionthicknessand whieh15aboutthecastinginthestructureandtheseetionthicknessandribthickness. ConfirmthestructureoftheconnectboardbaseonaluminumProfilegirderandthe castinggirder,andgivethetotalstructurediagramofaluminumalloybogieftame. 2.usingtheboltiointandrivetjointtoanalysistheconnectcaPabilityabout structure,/theboltjoint15betterthanrivetjointintheconnecteaPabilityinthree asPects:themostVonMisesstress!themostshearingstrengthandthemost disPlaeement# 3.MaldngananalysiswhichusethedifferentsimulationmethodofboltPreload inthesimulationdefinitionandcosttime15toconfirrnthebestsimulationmethod which15themethodofequivalentforce.Andaimatthesimulationmethod(contact andeouPlingandeonstraintequation)ofboltjointtomakeananalysisinthestress andthecosttime,thecouPlingandeonstraintequation15notonlysimulateboltjoint commendablybutalsosavethecosttime. 4.Itaehievesthedesignofwholebogieframe;makesastatiestrengthanalysis, andcomPareswithsteelframe.Iteanedueetheconclusion:thealuminumalloy bogieframemeettherequestofthestatiestress.Themass15redueedby20% eomParingwithsteelframe.Itachievestheaimoflightweightofbogieframe. Byresearchingthestruetureofthealuminumalloybogieframe,itmakesan initialstudytothefeasibilityaboutusingaluminumalloymaterialtomakebogie西南交通大学硕士研究生学位报告第111页 frsmC. KevWords:aluminumalloy,bogieframe,boltjoint,rivetjoint,statiestrength西南交通大学硕士研究生学位报告第IV页 目录 第1章绪论 1.1引言1 1.2铝合金在机车转向架上的应用#1 1.3选题背景与意义#2 1.4本报告的主要工作2 第2章铝合金的特点 2.1铝合金材料的优越性#4 2.2铝合金的种类!成分和牌号/#,5 2.2.1纯铝的基本特性5 2.2.2铝合金的分类#5 2.2.3铸造铝合金的种类#6 2.2.4变形铝合金的种类#6 2.3铝合金的物理力学性能6 2.3.1物理性能#6 2.3.2力学性能#7 2.3.3耐腐蚀性/~9 2.4设计的一般准则10 2.4.1 2.4.2 铝与钢的比较10 结构应用的可能性12 2.5铸造铝合金的设计规范#13 2.6变形铝合金的设计规范##14 2.6.1型材分类00#,14 2.6.2型材可挤压性014 2.7本章小结16 第3章铝合金的连接技术 3.1焊接连接#17 3.1.1常用焊接方法17 3.1.2焊缝的强度设计#17 3.2机械连接#18 3.2.1铆钉连接18 3.2.2螺栓连接#.19西南交通大学硕士研究生学位报告第V页 3.2.3螺丝连接19 3.2.4铆钉连接和螺栓连接的强度设计19 3.3粘接#21 3.4本章小结#21 第4章:铝合金构架整体结构设计 4.1结构初步设计#.-.22 4.1.1载荷#22 4.1.2总体结构#23 4.2侧梁结构设计24 4.2.1截面设计#24 4.2.2截面分析..,-#,.25 4.2.3截面选定27 4.2.4确定铸件结构29 4.2.5梁体间的连接结构#30 4.2.6侧梁整体结构31 4.3端梁结构设计#32 4.3.1梁体截面分析-#32 4.3.2梁体截面选择/~33 4.4侧梁与端梁的连接结构#033 4.5一系簧座连接结构#34 4.6构架整体结构#-#0036 4.7本章小结/#0036 第5章铝合金构架连接结构的有限元分析 5.1连接方式简述0二./-0.37 5.2连接方式比较37 5.2.1铆接方式37 5.2.2螺栓连接方式39 5.2.3不同连接比较41 5.2.4结论42 5.3预紧力的模拟#0./.42 5.3.1螺栓预紧力的模拟方法42 5.3.2预紧力方法的分析44 5.3.3预紧力方法的比较45西南交通大学硕士研究生学位报告第vi页 5.3.4结论46 5.4构架连接结构有限元分析方法比较46 5.4.1接触法螺栓连接分析#47 5.4.2祸合和约束方程法螺栓连接分析49 5.4.3祸合和约束方程法铆接分析51 5.5连接方式与分析方法的确定52 5.6本章小结-.二53 第6章铝合金构架的静强度分析与比较 6.1静强度分析.0.54 6.1.1静力学基础#/#//#54 6.1.2有限元静力学分析理论~54 6.1.3评定方法0#00#55 6.2有限元模型的建立#55 6.2.1有限元模型#-055 6.2.2材料特性/#.,.二-二.二57 6.2.3约束条件#~.二57 6.3静强度比较#...58 6.4重量比较#66 6.5本章小结#66 第7章结论与展望 7.1结论#68 7.2展望#68 致谢070