等受力预设概念在箱体胶化弹簧构造变革里的践行是什么

产品结构特征出现疲劳破坏的轴箱弹簧,其结构示意该结构的特点为:三层橡胶高度基本相等,三层橡胶胶层等厚,内套橡胶无论是剪切承载面积还是承载体积都较中套和外套橡胶要大幅减少,因此产品承载时,虽然每层橡胶所承受的载荷相同但承受的应力相差极大,从而导致承受应力最大的内套橡胶最早破坏,而外套依旧完好的不正常情况。轴箱弹簧结构示意图针对产品结构,进一步的分析也表明:产品是首先因结构不对称在硫化后产生严重的热应力集中,在实际使用过程中承受垂向预载下,机车因加速制动提供的纵向载荷使元件形成严重的应力集中区域,这些应力集中的位置与产品实际发生破坏的区域完全相同。也就是说,热应力、垂向预载工况下的纵向承载是导致产品出现不同程度的纵向裂纹的关键载荷,因此,轴箱弹簧在硫化热应力、垂向预载和纵向承载的复合承载下因结构设计不合理从而导致产品内套过早出现严重的疲劳裂纹,这就是产品出现疲劳破坏的原因。等应力设计理念为提升结构的疲劳寿命,结合结构承载特点,结构设计应使各层橡胶无明显的应力集中,每层橡胶的最大应力应变几乎相等,而且每层最大的应力应变相比于原结构内套橡胶都要有较大幅度的降低,这就是等应力的设计思路和设计理念。对于轴箱弹簧结构来说,为使结构具有等应力分布,结构尺寸r1、l1应满足公式(1),且应力σ1控制在疲劳寿命的允许范围内。(1)3基于等应力的结构优化对于轴箱弹簧,影响产品疲劳寿命的因素,从结构的角度来说,是三层橡胶承载不均,内套橡胶承载过大,内套橡胶提前破坏,因此,产品结构改进的主要工作,是尽量使每层橡胶的受力基本相同,三层橡胶的应力分布基本均等,基于此,根据公式(1),我们设计了基于等应力的结构。基于等应力的结构这种基于等应力的改进结构,依然采用三层橡胶金属复合结构,但根据橡胶的承载应力,增加内层橡胶的初始直径,提高橡胶的承载面积;新结构设计确保厚度方向由内到外,橡胶厚度等差变小,高度方向由内到外橡胶高度由高变低,即橡胶半径与高度的关系由公式(1)控制,最终形成所示的关联关系。因此,基于这种等应力设计理念的改进结构,可使产品各层具有相同的疲劳寿命。基于等应力下的胶层半径与高度关系改进结构的产品通过进一步的有限元分析表明:经过优化的等应力结构,在产品硫化、垂向承载、纵向承载时的应力分布及应变分布状态与原结构相比,都有较大程度的改善,而且结构并没有明显的应力集中,表明新结构在设计上是合理的。