[发明专利]一种机车弹簧自动设计方法及系统

权利要求书

1.一种机车弹簧自动设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、获取机车轴重、机车轴数、转向架重量、簧下重量、一系弹簧静挠度和二系弹簧静挠度信息；

步骤2、基于步骤1获取的信息，分别计算一系、二系每组弹簧的载荷；

步骤3、输入一系、二系弹簧弹簧中径D，簧丝直径d，工作高H的可行值，所述可行值在可行范围区间内；

步骤4、基于输入的可行值进行校核计算，满足约束条件要求时输出该可行值，不满足约束条件要求时返回步骤3，其中，所述校核计算包括切应力校核、最大载荷下余隙校核、弹簧疲劳校核和弹簧稳定性校核。

2.根据权利要求1所述的机车弹簧自动设计方法，其特征在于，所述步骤2中，

一系采用螺旋弹簧，载荷通过如下方式计算:P1＝(G0-G2)g/4，

其中，G1为获取的转向架重量，单位t；G2为获取的簧下重量，单位t，g为重力加速度；

单组二系弹簧的数量：m2，取值2或者3；

单个二系弹簧的载荷P2＝(n0*G0-m*G1)g/2m*m2；

其中，n0为获取的机车轴数，取值4或者6；G0为获取的机车轴重，单位t；m为获取的转向架数量，取值2或者3。

3.根据权利要求1所述的机车弹簧自动设计方法，其特征在于，所述步骤3中，可行范围区间具体为：

一系弹簧簧丝直径取值范围：20、22、24、34.75、42、42.5、44、45，单位mm；

一系弹簧中径取值范围：200～-250mm，计算中取值按照+步长2.5mm递增；

二系弹簧直径取值范围：50.6、52、54、55.8、56.5、60.5；

二系弹簧中径：240～275mm，计算中取值按照步长2.5mm递增；

一系工作高H1，设定范围150mm～-300mm，计算中取值按照步长+5mm递增；

二系工作高H2，设定范围450mm～-600mm，计算中取值按照步长+5mm递增。

4.根据权利要求2所述的机车弹簧自动设计方法，其特征在于，所述步骤4中，校核约束条件包括：旋绕比C＝D/d≥4。

5.根据权利要求4所述的机车弹簧自动设计方法，其特征在于，所述步骤4中，切应力校核具体为：

许用切应力[t]为常量，a为修正系数，其满足

6.根据权利要求2所述的机车弹簧自动设计方法，其特征在于，所述最大载荷下余隙校核具体为：

Q＝[(H0-1.4f-d)/n]-d；Q≤0.1d；

其中，弹簧工作的垂向止挡位置按照机车运用经验设定最大动载载荷系数0.4，则此时挠度为1.4f，f为静挠度，由弹簧挠度公式计算，其中，G为剪切模量，其为常量，n为弹簧有效圈数，其满足

弹簧总圈数N＝n+1.5；

弹簧自由高H0＝H+f。

7.根据权利要求2所述的机车弹簧自动设计方法，其特征在于，所述步骤4中，弹簧疲劳校核具体为：

动载荷极值的计算：P_max＝(1+μ)P，最小动载荷P_min＝(1-μ)P；

其中，μ为动载系数；

动载荷时剪应力计算：

动负荷最大剪应力t_max＝8aDP_max/(πd³)≤[t]；

动负荷最小剪应力t_min＝8aDP_min/(πd³)≤[t]；

脉冲疲劳极限应力计算：t_uo＝0.32R_m，其中，抗拉强度R_m为常量，取决于弹簧钢材材质；

疲劳安全系数计算：S＝(t_uo+0.75t_min)/t_max≥S_min

其中，S_min为最小安全系数。