基于ABAQUS的帘线参数对膜式空气弹簧横向特性影响研究_图(精)
空气弹簧转向架的开发
Ｃ无摇枕转 向架
（ 心盘 支承 式）
图 １ 转 向架 结构 比较
坝 砸 牟 交 ３０ ＤＵＮＮ０ 代 市ｌ 癌 ／０ ＭＲＢＴＩ Ｉ 愠 ２ ７ＯＮＡＡ ＥＲ ＲＴ Ｓ
维普资讯
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缠 绕 空 气 弹 簧 胶囊 ，减 小 相对 于 向变位 ，这 一点跟汽车 空气弹簧是
空 气 弹 簧 可 以 认 为 是 在 活塞 缸 横 向刚度 。为 了尽 可能地 减小车体 气弹簧 的横 向刚度 就能够实 现这一
所 设计了使 用低横 向刚度 内封 入 了压 缩 空 气 。 空 气 弹 簧 用 于 侧 滚 造 成 的 横 向变 位 ，就 要 提 高 空 目标 ， 以，
转 向 架 二 系 弹 簧 ，特 点 如 下 。 气 弹 簧 支 承 面 的高 度 ，采 取 空 气 弹 的 ３曲囊 式 空 气 弹 簧 转 向 架 。
（ ） 能 够 设 计 小 刚 度 的 弹 簧 。 簧 直 接 支 承 车 体 底 架 下 平 面 的 结 １
降低 车辆垂 向固有振动频率 ，提高 构 。 由摇 枕 支 承 左 右 空 气 弹 簧 的 下
车 辆 的平 稳 性 。 平 面 ，摇 枕 与 构 架横 梁 之 间通 过 心
４ 新 型膜 式空气弹 簧
箍 圈 延 伸 的 刚 度 ， 控 制 其 变 形 完全 不 同 的 。
（ ２） 图 。
垂向移动
这 种新 型膜式空 气弹簧 问世 的 商 品名 为 ｓ ｍｉａｄ （ ３ ，它应 ｕ ｒｉ ｏ 图 ） 用于 世界 很多 国家 的铁道车 辆 上 。 空气 弹簧胶 囊 由厚 度 几毫 米 的外 、
日本 新 干 线 试 验 车 辆 遭 遇 到 这 种无摇枕转 向架 ，车体底 架 最 初 ，
基于数字样机的空气弹簧快速开发
品 研 制 初 期 对 空 气 弹 簧 进 行 优 化 设 计 、 能 测 试 性
２ 空气 弹簧 快速 开发 平 台
空气 弹簧 快速 开发借 助数 字样 机技 术 。在 开
利用 ＡＤＡ ＭＳ动 力 学 仿 真 软 件 对 空 气 悬 架 进 行 了多体 运动 计算 ， 进 行 了刚 体运 动 学 和 弹 性体 并 运 动学 仿真 分 析 研究 ； 李芹 等 运 用 计 算 机 视觉
技 术对 空气 弹簧 进行 了三维 变形 测量 。 上 述研 究集 中在 空气 弹簧 的某一 项或 几项特 性 。在 空气 弹簧 现 代 制 造 技术 中 ， 建 立 一个 集 需
定 型等 阶段 。在 设计 过 程 中难 以得 到精 确 数 据 ，
影 响 因素 ； 陈龙 等 和 鲍 卫 宁 等 建 立 了耦 合 空 ］
气弹簧 力学 模 型 ， 并进 行 了仿真 研究 ； 云霞等 崔 ］
需 反复试 验修 改试件 参 数 ， 计耗 时长 、 设 成本 高 。
基 于数字 样机 的空 气弹 簧快 速开发 技术 通过
第 １ 期 ２
何 锋 等 ． 于 数 字 样 机 的 空 气 弹 簧 快 速 开 发 基
基 于数 字样 机 的 空气 弹 簧 快 速 开发
何 锋 曹龙 田 蔡 永周 ， ， ， 李 彬 ， 洪江。 杨
（ ． 州 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 州 贵 阳 ５ ０ ０ ；． 州 宏 洋 橡 胶 制 品有 限公 司 ， 州 贵 阳 ５０ ０ ） １贵 贵 ５０３２贵 贵 ５ ６ １
空气弹簧联轴器刚度特性仿真
移 ； 冲 和吸振 ， 到保 护 主 、 动机 和整 个传 动装 置 缓 起 从
运行 可靠性 的 目的。 自 ２ ０世 纪 ６ ０年代 以来 ， 国外 的
１ 空 气 弹 簧联 轴器 结 构 特 点
空气 弹 簧联 轴 器 广 泛应 用 于压 力 机 、 剪切 机 、 压
盖 斯林 格 、 尔 康式 等 新 型 联 轴 器 ， 泛 运 用 于 各 种 伏 广 传 动装 置 中 。国 内在 ７ Ｏ年代 后期 开始 研制 高 弹性 联
２ 空 气 弹簧 联 轴 器 刚度 特 性仿 真分 析
２ １ 刚度 特 性 仿 真 分 析 特 点 ．
空 气弹簧 联轴 器 的 刚度 是 指 其传 递 额 定扭 矩 时
的径 向刚度 和轴 向刚度 ， 因此 空气 弹簧 刚度 的分 析研
空 气 弹簧气 囊 由橡 胶 、 子布 以及钢 丝 圈 构成 ， 帘 其 横截 面为双 曲囊 形 状 。气囊 的橡 胶囊 是 一 种 层状 复 合材料 结构 ， 其基 体 橡胶 是 大 变形 材 料 ， 增 强材 而 料 是小变形 的尼 龙 帘 线或 聚 酯帘 线 等 。 由于 两者 的
・
１ ２・ ７
舰
船
科
学
技
术
第３ ２卷
气囊 座均布 安装在 主动法 兰上 ， 动气 囊座安 装在 从 从
动法 兰上 。主动法 兰 直接 与 主 汽 轮齿 轮 机组 的输 出
２ ）几 何非 线性
空气 弹簧 受力 时的位 移 和变 形
关 系远超线 性理 论范 畴 ， 几何非 线性 问题 ； 属
２ ）空气 弹簧 联 轴器 的刚度 随载 荷 而 变 ， 因而在 任 何载荷 下 自振频率 几乎保 持不 变 。 ３ ）空气 弹 簧 联 轴 器 能 同时 承 受 轴 向和 径 向 载
汽车空气弹簧的应用现状及发展趋势
图 １ 囊式 空气 弹簧
和底座之间放置一圆柱形橡胶气囊 ， 通过气 囊 挠 曲变 形实 现整体伸 缩 。 膜式空气弹簧在其正常工作范 围内，
囊式空气弹簧根据 橡胶气囊 曲 弹簧 刚度变化要 比囊 式小 ，同时也
数的不 同分为单 曲、双 曲和多 曲囊 可通 过改变底座形状 的方法 ，控制
一
镀铬处理 ，以减小气囊 与底座之 间 主要通过试验方法测定。在不同工 比钢 板弹簧 低的刚度 ；膜式空气弹 的摩擦 。 作压力下 ，测出弹簧行程（ 横坐标） 簧 刚度特性 比囊 式空气弹簧 好 ， 在 １ ２空气弹簧的主要特点 ． 和承载 力（ 纵坐标 ） 的关系 曲线 ，该 正 常 工作 范 围 内 刚度 及其 变 化 较 （） １ 空气弹簧具有 非线性特性 ， 曲线的斜率 即为空气弹簧刚度 。 小 ，而在伸 张或压缩 的边缘 区段 刚 刚度 和承载能力可 以调节 ，其刚度 ２ ２恒压 曲线 ． 度逐渐增加 ，这样可 以避免 以较低
空气弹簧 ，因为双 曲囊式空气弹簧 可在有 限的高度获得 较大的弹性变
形。
虽然只 占市场份额 的 ｌ ％，但发展 ０
膜 式空气弹簧 的结构是在盖板
势头正猛 ；部 分轿车也逐渐装备 了
空气弹簧悬架 。 在国 内， 我国也有 小部分 国产重型载货车和 高级 旅游 车采用 国外引进 的空气悬架 ，如北
气悬架 才在客 车上得 到实 际应 用 。 １ １常见 的空气弹 簧类型 ． １ ５ 年 ， ｉ ｓ ｎ 公司宣称其与通 ９ ３ Ｆｒ ｔ ｅ ｅｏ 空气弹簧是 由橡胶气囊 、上盖 用汽车 公 司合 作为 Ｇｒ ｙｈ０ ｎｄ 板 、底座 、辅助 气室 、夹紧环 、缓 ｅ ｕ Ｌｎｓ ｉ ｅ 豪华大 客车提供空气 悬架产 冲块等组成 ， 内部充满压缩气体 。 其 品 ，这 才为 空气悬架 的发展 插上了 其 中橡胶气囊是 空气弹簧的重要部
25T型铁道客车空气弹簧常见故障分析与处理
客车在长期运行中，可能由于种种客观因素导致，出现故障问题，加之后期维修和保养不当，为客车行车安全埋下了一系列安全隐患。
而在科学技术不断发展下，在车辆生产中应用了大量的新技术和材料，空气弹簧是一种常见的客车部件，合理有效解决客车空气弹簧运用故障问题，对于车辆行车安全和使用寿命具有十分深远的影响。
本毕业设计就25T型铁路客车空气弹簧运用常见故障进行深入剖析，提出合理措施，有助于为后续工作开展提供帮助，确保车辆可以安全运行。
关键词：25T型客车；空气弹簧；故障；分析摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究思路 (1)第2章空气弹簧概述 (3)2.1 空气弹簧概述 (3)2.2 空气弹簧橡胶囊的结构 (3)2.3 空气弹簧的控制系统 (5)第3章空气弹簧常见故障分析 (6)3.1 空气弹簧故障类型及分析 (6)3.2 空气弹簧故障常见类型及分析 (8)3.2.1上盖与胶囊之间漏风。
(8)3.2.2 上盖、下座密封部脱胶漏风 (8)3.2.3 胶囊裂纹 (8)3.2.4 胶囊磨损 (9)3.2.5 胶囊鼓泡 (9)3.2.6 节流阀生锈和脱落 (9)第4章空气弹簧检修工艺与改进 (10)4.1 空气弹簧检修工艺设计 (10)4.1.1 胶囊和上盖漏风故障检修 (10)4.1.2 胶囊故障检修 (11)4.1.3节流阙生锈和脱落 (12)4.1.4上盖变形 (13)4.1.5 橡胶堆脱胶、裂纹 (13)4.1.6 其他相关故障 (13)4.2 空气弹簧检修工艺改进 (14)4.2.1 注意事项及基本技术要求： (14)4.2.2 组装 (14)4.2.3 气密性试验方法 (15)4.2.4 分解 (15)4.2.5 空气弹簧的更换方法 (15)参考文献 (16)致谢............................................. 错误!未定义书签。
第1章绪论1.1研究背景铁路第五次大提速采用了一种全新的运营及检修模式，即可持续长达20小时的城际间点对点式运行，持续运行时速达到160公里，一次库检作业满足5000公里\(一个往返\)无须检修。
船用长方体形空气弹簧隔振器刚度特性
２１ ０
文章 编号 ： ０ ６ １ ５ （０ ２０ —２ １０ １０ —３ ５２ １）３０ ０ —５
船 用长方体形空气弹簧隔振 器刚度特性
唐 钊，翁雪涛，朱石坚，楼京俊
（ 海军工程 大学 船舶与动力学院，武汉 ４０ ３ ３０ ３）
摘 要： 长方体 形空气弹簧 因其 结构特点可 以通过 改变特性参数和 工况 获得理想 的垂 向和横 向刚度 比， 从而可 以 更好地满足工程应用 的要 求。综合考虑橡胶． 帘布复合材料 的材料 非线性、 变形过程 中的几何非线性 以及基座 刚性 大 板与胶囊柔 性体之 间的接触非 线性 ， 建立 长方体形空气 弹簧 的有 限元模型 ， 分别计算 并绘制在不 同的初 始工作气压 、
Байду номын сангаас
ｐ ｓｔ ｔｒａ，ｔ ｅ ｇ ｏ ｔ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒｐ ｏ ｅ ｓｃ ｕ ｅ ｙ ｌ ｇ ｅｏ ｍａｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔｂ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ａ ｅ ｐ ａ ｅ ｏ ｉ ｍａｅ ｌ ｈ ｅ ｍｅｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｓ ａ ｓ ｄ ｂ ａ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｈ ｏ ｔ ｃ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｇ ｄ ｂ ｓ ｌｔ ｅ ｉ ｉ ｎ ｒ ｏ ｈ ｉ ｎ ｌ ｘｂ ｅｃ ｐ ｕ ｅ ａｆ ｉ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｏ ｅｒ ｃａ ｇ ｌ ｉ ｓ ｒｎ ｓｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｉ ｅ ｉ ａ ｔ ｅ ｓａ ｄ ｌ ｔｒ ｌ ａ ｄ ｔ ｅｆｅ ｉ ｌ ａ ｓ ｌ ， ｎ ｔ ｌｍｅ ｔ ｈ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｒ ｈ ｅ ｔ ｎ ａ ａｒ ｐ ｇ ｗａ ｓａ ｌ ｅ ， ｔ ｖ ｒ ｃ ｌ ｉ ｆ ｔ ｕ ｒ ｉ ｓ ｓ ｔ ｓ ｆ ｓ ｅ ａ ｎ ｎ ａ
CRH380BL高速列车空气弹簧
在普通机车车辆中，常常采用弹簧装置来缓冲冲击，使列车平稳运行，从而改善车辆横向运动性能和曲线通过性能。
在高铁迅猛发展的今天，普通机车传统的弹簧装置已经无法满足CRH系列动车组的列车性能要求了，所以采用圆弹簧，橡胶弹簧以及空气弹簧。
圆弹簧和橡胶弹簧常常用于一级悬挂系统中，而空气弹簧则主要应用于二级悬挂系统中。
本文主要介绍的是CRH380BL动车组空气弹簧悬挂装置的分析与改进。
关键词：二系悬挂装置空气弹簧设计改进第1章空气弹簧简介 (1)1.1空气弹簧原理 (1)1.2空气弹簧分类 (1)1.3空气弹簧特点 (2)1.4空气弹簧在CRH380BL的应用 (3)第2章 CRH380BL空气弹簧的结构原理与结构分析 (5)2.1CRH380BL空气弹簧系统的工作原理 (5)2.2空气弹簧系统的结构 (5)2.2.1空气弹簧 (5)2.2.2高度阀 (6)2.2.3差压阀 (8)2.2.4抗测滚扭杆 (8)2.2.5抗蛇行减振器 (11)2.2.6二系横向减振器 (11)2.2.7二系垂向减振器 (12)2.3CRH380BL整体转向架特点 (12)第3章日本空气弹簧系统 (15)3.1日本新干线高速动车组二系悬挂空气弹簧技术 (15)3.1.1抗蛇行减振器 (16)3.1.2半有源悬挂和有源悬挂 (16)第4章CRH380BL空气弹簧的设计改进分析 (17)4.1空气弹簧的支撑方式 (17)4.2垂向减振器方式的选择 (17)4.3空气弹簧气囊大小的选择 (18)4.4存在问题 (20)4.5分析问题 (20)4.6改进方案 (21)参考文献 (23)致谢 (24)第1章空气弹簧简介空气弹簧是一种在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气可压缩性实现其弹性作用。
空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，加装高度调节装置后，车身高度不随载荷增减而变化，弹簧刚度值可以设计得较低，乘坐舒适性好。
但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本较高。
基于有限元法空气弹簧参数对其垂向刚度的影响
；ｐｎｐｆｍｎ ｄ ｗ ｒｕ ｄ ｅ ｍｎ ｓｉ ｒ ａｅｎｎ ｏ ｃ ｅ ｌ ｅ． ｒｇｅ ｒ ｃａ ｐｄ ｖｏ ｔ ｏ ｅ ｐ
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14□文 /何锋蔡永周曹龙田(贵州大学机械工程学院
引言
空气弹簧是在柔性密闭容器中充入压缩空气,利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧。
由于具有变刚度、低自振频率、高度可控等优良的特性,用于车辆悬架装置中可以明显改善车辆的动力性,可减小车辆对路面的破坏并显著提高运行舒适性。
所以,空气弹簧在商用车上得到广泛应用。
目前空气弹簧的生产主要以试验和经验为依据,在传统的空气弹簧生产过程中,得到帘线参数对空气弹簧横向特性的影响,需反复试验修改试件参数,耗时长,成本高,且难以得到精确数据。
本文采用非线性有限元技术, 通过非线性有限元软件ABAQUS,建立有效的有限元模型, 可方便改变帘线角、帘线层间距、帘线密度、帘线层数等参数,迅速得到其对空气弹簧横向刚度特性的影响,可缩短时间,节约成本,为空气弹簧的数字设计提供参考。
1 膜式空气弹簧的结构
膜式空气弹簧主要由橡胶气囊、上盖板、活塞底座和缓冲块等部
件组成,如图1所示。
橡胶气囊一般由内覆层、外覆层、帘线层和成型钢丝圈硫化而成,内覆层主要用于密封;外覆层除了起密封作用外,还起保护作用;帘线层为空气弹簧的受力骨架。
2 空气弹簧有限元模型建立
2.1 非线性分析
在空气弹簧的大变形位移中存在橡胶材料非线性等非线性问题,因此,在空气弹簧的有限元分析模型中需考虑非线性问题。
①橡胶材料非线性采用非线性特性材料来描述空气弹簧胶囊和帘线层。
②胶囊发生大位移、大变形的几何非线性,采用大变形理论对空气弹簧大变形量进行描述。
③上盖板、底座与胶囊的接触边界条件非线性,采用边界非线性对上盖板与胶囊的接触面积变化进行描述。
④内部气压变化大,应用流体力学对空气弹簧内部压力变化进行描述。
2.2 模型建立
本文研究的是贵州宏洋橡胶制品有限公司644N商用车膜式空气弹簧,其技术指标如表所示。
在模型上定义好材料特性、rebar单元、边界条件、内部气压、分析步和划分好网格后,在模型上加载荷提交作业,空气弹簧发生垂向位移,其内容积变化较大,需要对其内气体进行恰当的模拟。
本文用A B A Q U S 中的流体单元
来定义空腔并施加空腔的压力载荷。
胶囊橡胶材料使用
图 1
空气弹簧的结构
Q i c h e j i s h
u
基于A B A Q U S 的帘线参数对膜式空气弹簧横向特性影响研究2009.4.HEAVY TRUCK《重型汽车》
15
Mooney模型,上下盖板定义为刚体。
利用Rebar单元来定义胶囊的帘线层数和帘线角。
考虑到模型的轴对称性以及垂直刚度的轴对称性,本文的有限元计算模型将空气弹簧沿轴向剖开,取一半建立模型。
空气弹簧的有限元计算模型如图2所示。
表 644N 基本数据
图 2 空气弹簧有限元计算模型
3 空气弹簧有限元模拟
3.1 空气弹簧囊体模拟
空气弹簧胶囊是由帘线和橡胶硫化而成,根据帘线的层数可将胶囊分为若干铺层,各铺层互成一定角度布置, 帘线是主要的承载部件,因而呈现出各向异性的特点。
由于橡胶材料是体积模量远远大于其弹性模量的各向同性的不可压缩的超弹性材料 , 橡胶材料模型采用 Mooney-Rivlin模型:
W = C 10 (I -
1- 3 + C 01(I -
2 -
3 式中 W——为应变能函数;
I 1、 I 2——分别为橡胶材料的第一、第二应变不变量; C 10、 C 01——材料常数,可通过单轴拉伸试验获得。
橡胶材料参数还可以通过在程序中给出试验数据让 A B A Q U S 计算材料参数的方法来定义。
3.2 空气弹簧接触模拟
空气弹簧在工作中,上盖板、底座和胶囊的接触边界
在发生变化,在计算中,盖板和胶囊的接触定义为壳单元和刚性曲面的接触。
当其与胶囊接触时摩擦很大,所以假设胶囊和盖板之间的接触是无相对滑移的。
其中上盖板和胶囊的接触是影响整个空气弹簧横向和轴向力学特性的主要因素。
连接应用A B A Q U S 多点约束来使空气弹簧的各个部件连为一体。
从上而下,用ABAQUS的TIE功能,将空气弹簧模型上半部的流体单元的重复节点和上盖板刚性曲面的参考点固定在一起;用A B A Q U S 的B E A M 功能将胶囊上沿的节点和上盖板刚性曲面的参考点连接在一起,将胶囊下沿以及底座的上沿节点也通过B E A M 关键字与底座刚性曲面的参考节点连接起来,这样胶囊就与上盖板和底座联系起来了。
3.3 空气弹簧气体模拟
实际工作情况下,空气弹簧上面载荷的变化改变胶囊的形状,从而胶囊内气体的容积发生变化,气体的压力就发生变化,实现支撑力的载荷的动态平衡。
A B A Q U S 提供的两种气体单元:三维三节点 (A B A Q U S 定义为F 3D 3单元类型和三维四节点 (A B A Q U S 定义为F 3D 4单元类型气体单元 (节点的个数不包括参考节点。
4变帘线参数对空气弹簧横向特性的影响
帘线层作为空气弹簧的主要承载部件,这里仅考虑空气弹簧胶囊帘线层的帘线角、帘线密度、帘线层间距、帘线层数的影响。
4.1帘线角的影响
在空气弹簧有限元模型中,定义Rebar与空气弹簧胶囊子午线夹角为帘线角。
由图3可知,在相同位移下,空气弹簧的横向刚度将随帘线角的增大而增大。
图 3
不同帘线角时空气弹簧横向位移——载荷曲线
Q i c h e j i s h u
164.2 帘线层间距的影响
定义相邻两帘线层间距离为帘线层间距。
根据图4,在相同位移内,随着帘线层间距的增加,空气弹簧横向刚度减小。
图 4 不同帘线层间距时空气弹簧横向位移——载荷曲线
4.3 帘线层数的影响
为了满足各向异性的要求,胶囊至少需要由4层不同方向的纤维构成。
根据图5可以得出,帘线层数对横向刚度的影响较大。
随着帘线层数增多,空气弹簧的横向刚度增大且变化较明显。
图 5 不同帘线层数时空气弹簧横向位移——载荷曲线 4.4 帘线密度的影响
图6表示了不同帘线密度时,空气弹簧横向特性曲线。
从图6可知,在一定范围以内,帘线密度对空气弹簧的横向刚度影响不大。
图 6 不同帘线密度时空气弹簧横向位移——载荷曲线
5 结论
通过运用C A E 技术,借助A B A Q U S 非线性有限元软件,对影响空气弹簧横向特性的帘线参数进行了仿真模拟,打破了传统的计算和试验方法,能够从结构和工艺参数上了解空气弹簧的横向刚度特性及其变化规律,为空气弹簧参数化设计开发提出了理论依据。
经计算对比,采用优化帘线参数组合,可缩短新产品开发周期,降低新产品开发成本,提高新产品质量。
参考文献略。
Q i c h e j i s h
u。