PB型棚车通风器受力分析1

PB型棚车通风器紧固螺栓受力分析
一、PB型棚车通风器结构参数
通风器：M=6.77kg（质量），ho=75mm（重心高），D=φ228mm（螺栓安装位置直径），S=197.46mm（螺栓安装位置对边距），A=42680mm2（通风器迎风面积）；
螺栓：d=M6（公称直径），Ac=20.1mm2（螺栓承载面积），D0=φ12mm （螺钉头直径），L=25mm（螺钉长度），n=6个，4.8级；
橡胶垫：D1=φ250mm（外径），D2=φ200mm（内径），δ=4mm（厚度）；
平垫圈：d1=φ6.4mm（内径），d2=φ12mm（外径），h=1.6mm（厚度）；螺母：D3=M6（公称直径），d3=φ8.7mm（最大接触面直径），m=6.4mm （厚度）。

二、通风器所受力分析
1、重力W：W=k d Mg=1.2×6.77×10=81.24(N)；
式中：k d为动荷系数，取1.2；M为通风器质量；g为重力加速度，取10m/s2。

2、列车运行空气阻力W1：
方法一：按流体力学公式
w=0.5ρv2=0.5×1.225×(120×103÷3600)2=681(Pa)
式中:ρ为空气密度，取1.225kg/m3，v为流体流速，取列车运行速度120km/h。

W1=Aw=4.268×10-2×681=29(N)
方法二：按牵引计算规程公式
w =2.23+0.0053v+0.000675v2
=2.23+0.0053×120+0,000675×120×120=12.514(N/kN)
式中：v为列车运行速度，取120km/h。

W1=Mgw=6.77×10×12.514×10-3=0.85(N)（舍去）
3、风阻力W2
W2=Aw f=4.268×10-2×540=23.05(N)
式中：w f为风压，按TB1335取540 Pa。

4、振动惯性力W Z、W X、W Y
W Z = Ma z=6.77×3×10=203.1(N)
W X = Ma x=6.77×3×10=203.1(N)
W Y = Ma y=6.77×1×10=67.7(N)
式中：a z为垂直振动加速度，按TB1335取3g；
a x为纵向（列车运行方向）振动冲击加速度，按TB1335取3g；
a y为横向振动加速度，按TB1335取1g。

三、通风器安装螺栓受力分析
1、轴向力F1
F1 = (W＋W Z)/n＋(W1＋W2＋W X) ho/2S＋W Y ho/3D
=(81.24＋203.1)/6＋(29＋23.05＋203.1)×75/(197.46×2)＋67.7×75/(3×228) =103.27(N)﹤Fv=3230(N)。

式中Fv为螺栓的预紧力，查机械设计手册，Fv=3230(N)，相应的拧紧扭矩T=3.9Nm=39（kgf﹒cm）。

σ= F1/ Ac=103.27/20.1=5.14(MPa)﹤[σ] =160 MPa。

式中[σ]为许用拉应力，按TB1335，[σ]= 160 MPa。

2、剪切力F2
F2=[(W1＋W2＋W X)2＋W Y2]0.5/n
=[ (29＋23.05＋203.1)2＋67.72]0.5/6
=44(N)
τ=F2/Ac=44/20.1=2.2(MPa)﹤[τ] =96 MPa。

式中[τ]为螺栓许用剪切应力，按TB1335，[τ]=0.6[σ]。

四、结论
通风器安装有足够的强度富裕，螺栓拧紧后足于抵抗运用的各种振动而不会产生螺栓螺母松动。

五、附图
广州铁道车辆厂2013-07-13。