貨車(chē)轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架搖枕優(yōu)化案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u22146貨車(chē)轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架搖枕優(yōu)化案例分析 151901.1橫向加強(qiáng)筋輕量化優(yōu)化 1237171.2旁承座加強(qiáng)筋優(yōu)化 31.1橫向加強(qiáng)筋輕量化優(yōu)化搖枕作為轉(zhuǎn)向架的重要承載部件，為了能夠有效地承載車(chē)體的重量，所以搖枕都做的比較大，以保證其使用強(qiáng)度。但是，這樣的設(shè)計(jì)使其重量也相應(yīng)的增加，給后期搖枕的檢修工作帶來(lái)了很多不便，所以對(duì)搖枕進(jìn)行減重優(yōu)化非常有必要。轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架搖枕為封閉箱型結(jié)構(gòu)，搖枕整體的重量有640kg，在搖枕中部的腹腔內(nèi)鑄造有橫向加強(qiáng)筋，起到增強(qiáng)強(qiáng)度的作用。但是橫向加強(qiáng)筋厚度達(dá)到25mm，這使得整個(gè)加強(qiáng)筋的體積過(guò)大，重量也相應(yīng)增加，一個(gè)加強(qiáng)筋的質(zhì)量達(dá)到32.7kg，如圖1.1所示。所以對(duì)其厚度進(jìn)行優(yōu)化能有效降低整體重量。圖1.1應(yīng)力與質(zhì)量圖在對(duì)其進(jìn)行厚度優(yōu)化時(shí)，我們必須要保證其強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求，不能損失強(qiáng)度已達(dá)到減輕重量的目的，這是得不償失的。橫向加強(qiáng)筋主要承載作用于心盤(pán)之上的垂向載荷，不妨平均452KN的垂向載荷，作用于橫向加強(qiáng)筋之上。這里需要說(shuō)明，作用在加強(qiáng)筋之上的平均載荷是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于真實(shí)作用于加強(qiáng)筋之上的載荷的，所以其強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。對(duì)其進(jìn)行靜應(yīng)力分析，結(jié)果如圖1.1所示，我們采用Solidworks中的優(yōu)化模塊，對(duì)搖枕橫向加強(qiáng)筋的厚度尺寸進(jìn)行優(yōu)化。下面對(duì)其優(yōu)化步驟做簡(jiǎn)單介紹：打開(kāi)零件，進(jìn)行靜力分析，分析結(jié)果前面已經(jīng)討論過(guò)，如圖1.1所示。約束條件和目標(biāo)函數(shù)。在設(shè)計(jì)樹(shù)中右擊“傳感器”，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇“添加傳感器”，傳感器類(lèi)型選擇“Simulation數(shù)據(jù)”，單擊“確定”結(jié)束。如圖1.2a所示圖1.2操作步驟圖完成應(yīng)力約束后，進(jìn)行質(zhì)量約束，同樣右擊“傳感器”，在彈出的對(duì)話(huà)框內(nèi)選擇“添加傳感器”，傳感器類(lèi)型選擇“質(zhì)量屬性”，單擊“確定”結(jié)束。如圖1.2b所示。生成優(yōu)化算例右擊“算例”，標(biāo)簽管理器中的“運(yùn)動(dòng)算例”，在彈出的菜單中選擇“生成新算例”，打開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)管理器。定義優(yōu)化要素打開(kāi)優(yōu)化管理器后，定義設(shè)計(jì)變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)。這里需要說(shuō)明的是在定義約束條件時(shí)，定義應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度200Mpa。如圖1.5所示。圖1.3優(yōu)化步驟圖優(yōu)化結(jié)果在優(yōu)化管理器中單擊“運(yùn)行”，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。結(jié)果如圖1.4所示。圖1.4優(yōu)化結(jié)果圖由圖可知，最優(yōu)解是加強(qiáng)筋的厚度為16mm。我們知道，轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架搖枕是通過(guò)鑄造的而成的，在鑄造時(shí)為了避免應(yīng)力集中和鑄造過(guò)程對(duì)鑄件的破損，對(duì)箱型鑄件加強(qiáng)筋的厚度有規(guī)定，如表1.1所示表1.1鑄造箱體加強(qiáng)筋尺寸外表面筋厚內(nèi)腔筋厚筋的高度0.8t（0.6~0.7t）≤5t轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架搖枕的壁厚不一致，最薄處為搖枕側(cè)面壁厚18mm，最厚處為搖枕底部壁厚33mm，所以平均壁厚大約21.5mm，所以橫向加強(qiáng)筋的容許厚度在11.3~17.8mm之間。因此，得出的優(yōu)化結(jié)果是符合鑄造條件的。1.2旁承座加強(qiáng)筋優(yōu)化在對(duì)轉(zhuǎn)向架搖枕進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在貨運(yùn)列車(chē)通過(guò)曲線時(shí)，搖枕旁承座的加強(qiáng)筋受到離心力的作用時(shí)應(yīng)力較大，非常接近B級(jí)合金鋼在該工況下的最大許用應(yīng)力200Mpa，這非常危險(xiǎn)。為保證貨運(yùn)列車(chē)的安全運(yùn)行，故對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。應(yīng)力過(guò)大的原因可能是加強(qiáng)筋的個(gè)數(shù)或者厚度不夠，所以，我們通過(guò)增加加強(qiáng)筋的個(gè)數(shù)和加強(qiáng)筋的厚度，來(lái)減小其應(yīng)力。由于旁承座的加強(qiáng)筋是鑄造而成，所以在優(yōu)化是我們需要注意加強(qiáng)筋的厚度與間距。通過(guò)查閱資料可知，在鑄造時(shí)，加強(qiáng)筋的厚度為所接壁厚的0.6~0.8倍，旁承座厚度19mm，所以加強(qiáng)筋的厚度需在11.4mm~11.2mm之間。再加上加強(qiáng)筋的間距在2倍壁厚，大約40mm，所以旁承座最大側(cè)面的加強(qiáng)筋個(gè)數(shù)最多為4個(gè)。因此，確定加強(qiáng)筋的個(gè)數(shù)為4個(gè)，厚度在11.4mm~11.2mm之間選取，通過(guò)強(qiáng)度分析選取最佳厚度。圖1.5應(yīng)力云圖圖1.6應(yīng)力與厚度關(guān)系圖通過(guò)對(duì)在不同厚度旁承座加強(qiáng)筋時(shí)的搖枕進(jìn)行強(qiáng)度分析，得出其最大應(yīng)力與加強(qiáng)筋厚度的關(guān)系圖，如圖1.6所示。從圖上可