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1、 2014届本科生毕业设计（论文）毕业设计(论文)题目圆柱螺旋弹簧端面接触形式对其疲劳寿命的影响学生姓名xx专业班级xx所在院系 xxxx学院指导教xx职称 x教授所在单位xxxxxx摘要 随着铁路跨越式发展，近年来，各弹簧厂在工装制备、质量保障体系、制造工艺等各方面均有长足的进步，产品质量有了很大的提高，为延长弹簧质量保证期奠定了技术基础。目前执行铁路货车转向架圆柱螺旋弹簧技术条件，铁路货车转向架圆柱螺旋弹簧保质期为9年（一个厂修期），弹簧疲劳试验次数为300万次。转K2弹簧是火车转K2型转向架上的重要配件。它主要起承载、减振作用，是保证火车正常运行、避免灾难性事故发生的重要配件。因此，提高
2、弹簧的质量无疑是十分重要的。但是，弹簧的过早断裂、磨损、腐蚀、弹力不足（松弛）及变形等失效，也是经常发生的。很显然，在上述各种失效中，以突然脆断所造成的危害性最为严重。本课题通过运用试验检验分析及CAE有限元计算分析的方法，对铁路转向架弹簧失效进行对比分析，主要研究了弹簧端圈结构形式对弹簧端圈与相邻有效圈间工作接触应力的影响，提出弹簧端圈可靠性设计方案。因此，制造工艺对端面接触形式的复检非常严格，不符合支撑圈的弹簧绝不能生产。通过对弹簧的各种疲劳断裂的原因分析，找出影响弹簧疲劳寿命的因素。有加热温度、装炉料、淬火温度、介质的选择、回火温度等，因此制造工艺都有明确的规定。本论文通过对弹簧端面接触
3、形式的研究得出，碾尖尖部应尽量与弹簧的螺旋升角一致，并且尖部应平整圆滑，避免弹簧工作时发生局部点接触。找出合理的端面接触形式能提高弹簧的使用寿命，因此在制造工艺中也对其做了明确的规定。关键字：圆柱螺旋弹簧；端面接触形式；疲劳寿命；碾尖ABSTRACTWith the railway by leaps and bounds in recent years, each spring plant preparation in all aspects of tooling, quality assurance systems, manufacturing processes have made gre
4、at progress, product quality has been greatly improved, in order to extend the period of spring to lay the technical quality assurance foundation. Currently running railway wagon bogies helical springs and technical conditions, railway wagon bogies helical springs shelf life of 9 years (a factory wa
5、rranty period), spring fatigue testing frequency is 300 million times. Spring is the turn of K2 on K2 bogie train an important accessory. It is mainly from the hosts, damping effect, is to ensure the normal operation of the train to avoid the important parts of a catastrophic accident. Therefore, to
6、 improve the quality of the spring is undoubtedly very important. However, premature spring break, wear, corrosion, lack of elasticity (relaxation) and deformation failure is a common occurrence. Obviously, in the above fail, the danger of a sudden to brittle fracture caused by the most serious. App
7、roach this subject through the use of tests and test analysis CAE finite element analysis of railway bogie spring failure were analyzed, studied the influence of the spring form ring structures work side contact stress between adjacent active spring end ring and ring, proposed spring end ring reliab
8、ility design. Therefore, the manufacturing process for face contact in the form of re-examination is very strict, does not comply with the spring support ring must not be produced. Through a variety of reasons spring fatigue fracture analysis to identify factors that affect the fatigue life of the s
9、pring. Heating temperature, loading charge, quenching temperature, the medium of choice, tempering temperature, so the manufacturing process are clearly defined. In this paper, a local point of contact occurs through the study of spring come face contact form, grind the Ministry should be consistent
10、 with the sharp spring helix angle, and the tip should be smooth and sleek, avoid spring work. Contact form to find reasonable end face can improve the life of the spring, so the manufacturing process is also made clear its provisions. Keywords:helical springs; face contact form; fatigue life; grind
11、 tip 第1章 绪论1.1课题的来源及意义 弹簧是一种利用材料特性和结构特点，在工作中通过较大的变形储存和释放能量的一种机械零件。近年来，对圆柱螺旋弹簧的研究和应用迅速发展，其圆柱螺旋弹簧因其他独有的优点而突出里其应用地位，在我国铁道车辆中应用的最为广泛，比其他种类弹簧更能满足铁路车辆的需要，而成为弹簧系列中研究更深的对象。圆柱螺旋弹簧应用广泛，弹簧的类型很多，按其承受载荷的性能可分为螺旋压缩、螺旋拉伸和螺旋扭转弹簧等，其中圆柱螺旋压缩弹簧是目前用量最大的一种，约占弹簧总量的2/3。圆柱螺旋弹簧由于调节性能精密，即作用力与位移的关系非常灵敏；柔软性能好，即变形的范围相对较宽；制造比较容易；结
12、构比较紧凑【1】；能源利用率高等一系列优点在轨道机车车辆减振中得到广泛应用，它的运行可靠关系到机车车辆运行的可靠舒适等。我国在21世纪初开始大力研究弹簧的各种性能以延长它的工作次数来提高它的疲劳寿命，在疲劳寿命寿命方面取得较大的进展。圆柱螺旋弹簧已由过去的几十万次工作次数而提高到现在的几百万次甚至更高的工作次数，这是弹簧领域的巨大进步。天津装备厂制造的弹簧大多用于客运机车的转向架处，因此对于弹簧各方面的性能要求非常严格，不允许有丝毫的问题出现。因此我们研究圆柱螺旋弹簧显得尤为重要。 本课题是研究圆柱螺旋弹簧端面接触形式对其疲劳寿命的影响。1.2铁路轨道机车车辆用一、二系悬挂圆柱螺旋弹簧研究现状
13、及应用在铁路技术引进前，由于机车车辆运行速度低，对弹簧质量要求相对较低，对弹簧早期失效破坏鲜有研究，且由于当时工艺手段相对落后，疲劳破坏多发生于弹簧工作圈，所以传统的弹簧设计及工艺控制多是针对弹簧工作圈的应力。目前，铁路客车制造过程中，广泛采用了两系弹簧装置承载和减振，圆柱螺旋弹簧作为走行部关键部位，其质量特性对车辆的动力学性能和运行品质有着重要的影响。现在的弹簧设计对弹簧的支承圈也提出了更大的要求。在制造过程中，应该避免对弹簧表面的损伤，支承圈末端与工作圈之间的间隙不能过小。当支撑圈与相邻工作圈间隙偏小时，在重载情况下，弹簧端圈支承部位与邻圈发生接触，易在邻圈圆弧面产生局部挤压损伤，引发应力
14、集中，造成弹簧断裂。弹簧疲劳寿命的薄弱环节在弹簧支承圈与工作圈的接触部位,因此该部位的几何形状尤为重要,以保证加载过程中,弹簧支撑圈与工作圈接触为较长的线接触,减小接触应力。碾尖尖部锥度应尽量与弹簧螺旋升角一致，并且尖部应平整圆滑，避免弹簧工作时发生局部点接触。如果有局部点接触的地方，此地会很有可能出现应力集中。支承圈会受到很大的压力，会可能导致弹簧过早的断裂。 随着我国铁路机车车辆的全面提速，对转向架处弹簧的要求也越来越严格。现在已将一系悬挂式弹簧改进为并列式组合弹簧，适当的改善二系悬挂式弹簧的纵向弹簧旁承距离等建议。二系悬挂式弹簧的纵向距离扩大到450mm到600mm之间，增加角刚度，由弹
15、簧横向回弹力产生回转阻力矩，减少角位移，抑制蛇行运动，有利于机车的平稳性【2】。通过对车辆运动作为动力学振动分析，并做了大量的调研工作，阅读文献，将在二系悬挂式圆柱螺旋弹簧与其他弹簧做了对比分析分析，发现圆柱螺旋弹簧好，提出应采用圆柱螺旋弹簧来达到理想减振的效果。机车车辆运行中要获得良好的运行平稳性, 需要靠弹簧减振装置来保证, 弹簧可用以缓和轨道不平顺对车辆簧上部分的动作用力。车体减振的主要弹性元件是机车车辆的一系和二系悬挂弹簧, 它起到了车辆运行时缓冲、减振、控制运动的作用。目前机车车辆广泛使用的悬挂弹簧是圆柱螺旋弹簧它的优点是: 刚度稳定, 结构简单、制造方便、应用广泛, 但该弹簧的主要
16、刚度是沿着轴线方向, 是应用于垂直方向的减振性能。1.3圆柱螺旋弹簧端面结构形式的研究现状YI型：两个端面圈均与邻圈并紧，并在专用的磨床上磨平。YII型：加热卷绕时弹簧丝两端制扁且与邻圈并紧（端面圈可磨平也可不磨平）。YIII型：两个端圈均与邻圈并紧不磨平。在重要的场合，应采用YI型，以保证两支撑端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不受倾斜。弹簧料径d0.5mm时，弹簧的两个端面可不必磨平。d0.5mm时的弹簧，两支撑端面则需磨平。磨平部分应不少于同周长的3/4，端头厚度一般不小于d/8。死圈：弹簧的两个端面圈与邻圈并紧（无间隙），只起支撑作用，不参与变形，故称为死圈。当弹簧的工作圈数n7时，弹簧每端的死圈约
