一种机车用电机悬挂座的结构质量改进

摘 要：根据某机车用电机悬挂座的受力情况和运营工况条件，采用有限元仿真分析软件对其进行了受力、变形量、外型结构分析及计算，得出电机悬挂座外型结构与受力、变形之间的关系，进而对其结构提出了可行性改进方案。结果表明，经过改进后的电机悬挂座能有效降低最大应力及变形量，是一个合理的结构质量改进。

关键词：电机悬挂座；有限元仿真；结构质量改进；机车

引言

在机车电机悬挂装置中，电机悬挂座以吊挂座形式与机车牵引电机连接，这种部件已经被广泛运用于电力机车上，在走行部分中属于重要类产品，在机车的日常运行过程中承受较高负荷以及高频次的疲劳强度，而对此种重要部件考虑如何减轻最大应力及变形对提高机车整车的可靠性以及行车安全都具有重要意义。

文章采用有限元分析软件对某机车用原电机悬挂座的受力、变形量、电机悬挂孔以及底座相交的根部结构的角度（后面简称根部角度）方面进行了系统分析和计算，通过对可能减轻最大应力及变形的方案进行优选，从而得到一个最大应力以及变形都较小的新电机悬挂座。

1 电机悬挂座的受力、变形有限元分析计算

分析某机车用电机悬挂座的受力情况及运营工况条件，设计输入电机悬挂座总载荷为80kN，依据原电机悬挂座的设计，借助有限元仿真分析软件，可以分别计算出电机悬挂座的受力、变形情况。

从计算分析的结果来看：现在的设计中电机悬挂座受力分配还不够理想，局部应力较大，其中最大应力为142.6MPa，位于电机悬挂座底座相交的根部。而较大变形量区域则集中在电机悬挂孔外侧部分，最大变形量达到0.3107mm。

2 电机悬挂座的根部角度与最大应力及变形的有限元分析计算

综合电机悬挂座结构的受力、变形计算分析结果以及装配关系来看，作者认为可以通过适当调整根部角度来达到减轻最大应力及变形量的目的。为找到最佳改良方案，借助有限元仿真分析软件，可以得到以下参考结论及数据：

电机悬挂座根部角度与最大应力变化趋势较为复杂，在考虑所有可能的根部角度条件下（即根部角度5-25度），其最大应力随根部角度的增大会无规律地出现多个应力较低和较高点，具体情况是在根部角度约为5度或16度时最大应力为最低，应力值略低于130Mpa，其次还有在23度附近会较低，应力值略高于140Mpa，在11度附近有个低点，应力值略高于150Mpa，在25度附近有个低点，应力值略低于160Mpa。

而电机悬挂座根部角度与最大变形分析变化趋势则极为简单，在考虑所有可能的根部角度情况下，其最大变形量随根部角度的增大会几乎呈单调递减的一次函数，且变化幅度不大，具体情况是在根部角度为5度时达到最大变形量，约为0.323mm，25度时达到最小变形量，约为0.283mm。

3 电机悬挂座结构改进方案分析及确定

由于根部角度与最大变形分析变化趋势为单调递减的一次函数，根部角度与最大应力分析变化趋势有5个较低点，故可以形成以下5种改进方案，其具体方案参数见表1。

由于目前产品最大应力为142.6MPa，最大变形量为0.3107mm，以此作为改善的前提，将5种方案参数与目前产品参数做比较，具体计算公式为：

最大应力改善相对百分数=*100%

最大变形改善相对百分数=*100%

转化后形成以下5种改进方案，其具体改进方案相对参数见表2

由于最大应力与变形量在电机悬挂座结构参数上均为越小越好，故最大应力改善的相对百分数与最大变形改善相对百分数应都为越大越好，若结果为负数则说明此方案还不及原电机悬挂座结构设计。显然含有负数的第1、2、5号方案都不符合本次改进的要求，那么可选的方案仅有第3、4号方案。

查询《机械设计手册》电机悬挂座所使用的E级钢材料，屈服强度不小于350MPa，抗拉强度不小于400MPa[1]，均大于电机悬挂座结构中最大应力，所以优先考虑最大变形改善情况，故在可选的第3、4号方案中，选择第4号方案根部角度为23°做为电机悬挂座结构改进方案较为合适。

根据第4号方案的参数，形成的电机悬挂座结构与原结构对比情况见图1。

4 结束语

通过对电机悬挂座根部结构的角度方案进行优选，调整了其外型结构，在设计输入载荷为84kN的情况下，与原结构相比最大应力降低3.2%，同时变形量降低7.9%，实现了双赢，有效提高了电机悬挂座的结构质量。

参考文献

[1]吴宗泽.机械设计实用手册[M].北京：化学工业出版社，2003.

作者简介：文武子（1984-），男，本科。