空中客车(B级)计算说明书

空中客车（B级）计算说明书作者：赵九峰赵九峰：河南平顶山人，09年大连理工大学工程机械硕士毕业，CAD/CAE工程师，仿真论坛AnsysWB版主；主要从事游乐设备设计、计算、有限元仿真，3D建模、CAD制图、撰写设计计算说明书、申报鉴定文件，并对游乐设备设计、制造、申报鉴定流程提供指导。1.掌握三维Solidworks的应用技能，熟练应用Solidworks的钣金模块、焊件模块和工程图模块；2.熟练使用ANSYS、Workbench等做机械相关领域的结构计算和仿真分析；3.掌握LS_DYNA的冲击分析和ADAMS的动力学分析；4.熟练使用ICEM前处理软件，勾画出任意结构的六面体网格。九峰游乐设备CAD/CAE工作室2016年09月赵九峰作品未经作者同意，请勿用于商业活动空中客车计算说明书（涉及企业隐私删去了数据和参数）目录第一部分总论1概述.................................................................12工作依据.............................................................13主要工作内容.........................................................24计算模型简化说明与材料参数............................................25空中客车载荷特性分析..................................................4第二部分车厢主体分析计算6满载工况首(尾)车厢主体分析（ZJFHL//2/06）.............................87偏载工况首(尾)车厢主体分析（ZJFHL//2/06）............................148满载工况中车厢主体分析（ZJFHL//4）...................................199偏载工况中车厢主体分析（ZJFHL//4）...................................2410车厢连接架局部分析（ZJFHL//202）.....................................2811车厢主体分析结果汇总.................................................35第三部分轮系组件分析计算12轮系载荷特性分析....................................................3813满载工况驱动轮系支架分析（ZJFHL//101）...............................3914偏载工况驱动轮系支架分析（ZJFHL//101）...............................4315满载工况行走轮系支架分析（ZJFHL//301）...............................4516偏载工况行走轮系支架分析（ZJFHL//301）...............................4817驱动轮（ZJFHL//106）与驱动轮轴（ZJFHL//104/0108）分析................5018行走轮（ZJFHL//308）与行走轮轴（ZJFHL//306）分析.....................5619防倾轮（ZJFHL//302）与防倾轮轴（ZJFHL//304）分析.....................6020轮系组件分析结果汇总.................................................65第四部分轨道组件分析计算21轨道载荷特性分析....................................................67赵九峰作品未经作者同意，请勿用于商业活动空中客车计算说明书（涉及企业隐私删去了数据和参数）22满载工况轨道组件分析（ZJFHL//7）.....................................6723偏载工况轨道组件分析（ZJFHL//7）.....................................7224轨道立柱屈曲分析(ZJFHL//701/02)......................................7525轨道分析结果汇总....................................................79第五部分其它分析计算26座椅组件分析（ZJFHL//204）...........................................8127驱动电机的计算......................................................8328减速机的计算........................................................8329带、链传动的计算....................................................8430圆头平键的计算......................................................8631轴承的计算..........................................................8732结论................................................................90附表1：空中客车结构分析结果一览表.........................................91附表2：空中客车其他类型分析结果一览表.....................................95第1页共96页第一部分总论1概述空中客车是一种单轨架空游览车类的游乐设备，深受人民群众的喜爱。空中客车的结构示意图如图1-1。图1-1空中客车结构示意图空中客车的基本信息如表1-1所示。表1-1空中客车的基本信息设备名称空中客车主体材质设计/制造单位技术参数轨道高度站台长度列车长度列车宽度驱动功率运行速度车厢数量乘坐人数轨道最小转弯半径2工作依据（1）“空中客车”设计图纸（图纸编号：ZJFHL）；（2）GB8408-2008《游乐设施安全规范》；（3）《游乐设施实用手册》；第2页共96页（4）《机械设计手册》化学工业出版社；（5）GB50009-2001《建筑结构荷载规范》；（6）JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》；（7）GB3811-2008《起重机设计规范》；（8）《起重机设计手册》中国铁道出版社，张质文主编；（9）《工程力学》高等教育出版社，范钦珊主编，第二版；（10）《机械设计》高等教育出版社，濮良贵主编，第二版；（11）《机械装备金属结构设计》机械工业出版社，徐格宁主编，第二版。3主要工作内容（1）建立环园座椅、列车首（尾）车厢、中车厢、驱动轮、行走轮和轨道的有限元数值分析模型；（2）座椅的强度分析校核；（3）计算空中客车车厢、轮系、轨道在满载作用下的应力；（4）计算空中客车车厢、轮系、轨道在偏载作用下的应力；（5）关键部位（销轴、螺栓连接及关键焊缝）的强度分析及疲劳校核；（6）空中客车轨道立柱的屈曲分析；（7）电机、减速器、平键、螺栓、轴承等部件的验算。4计算模型简化说明与材料参数4.1计算模型简化说明空中客车主体为型钢焊接结构，车厢主体分析采用梁体单元的力学模型。电机、减速机、座椅、螺栓等附属质量产生的载荷，施加在空中客车相应位置的钢架结构上，模拟这些附属构件对整个空中客车主体钢架结构产生的影响。座椅采用壳单元建模，轮系、销轴、连接部位等局部考虑模型细节（筋板、焊缝等），精细化建模，采用实体单元进行局部分析。4.2空中客车的材料参数空中客车部件在Solidworks软件中进行精细化建模并提取质量，如表4-1。第3页共96页表4-1主要部件及质量序号部件名称图号数量材料单重（Kg）总重（Kg）1首车厢首车厢底盘组焊件1车厢连接架组件1首尾车厢顶棚组件1座椅组件3扶手1首位车厢窗安装框1车厢首尾件12中车厢中车厢底盘组焊件1中车厢顶棚组件1其他组件（借用首车厢）/3尾车厢尾车厢底盘组焊件1车厢首尾件1其他组件（借用首车厢）/4驱动轮系25行走轮系46总车厢（包括连接风箱，不含导电组件）1主体结构材料：Q235B钢（b=375MPa）；销轴的材料为：45#钢（b=600MPa）,螺栓采用高强螺栓（b=800MPa），轮子材料为HT200（b=160MPa），扶手采用304不锈钢（b=520MPa）；材料力学参量为：弹性模量E=2×105MPa，泊松比=0.3。座椅采用玻璃钢（b=78MPa），材料力学参量为：弹性模量E=7.3×103Mpa。由JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》的表C-1，Q235B、45#钢和高强螺栓的疲劳特性参数如表4-2所示。表4-2主要材料疲劳曲线数据第4页共96页序号1234567891011循环次数（N）1020501002002E31E42E41E52E51E6应力幅（MPa）Q235B45#钢高强螺栓S-N曲线如图4-1所示：1.522.533.540.511.522.533.544.555.56循环次数(log)[N]许用应力幅(log)[MPa]Q235B45#螺栓材料图4-1主要材料的S-N曲线5空中客车载荷特性分析该空中客车的总质量0m=//7×103kg（含乘客），为开放型结构，长度为L=//.9m（其中首车厢1L=//89m，其中中车厢2L=//23m），高H=/.1m（其中封板高度，即迎风面积高度h=1.1m），由5节车厢通过6组轮系连接而成，运行速度v=/.8Km/h=/.3m/s。空中客车在高架单轨道上运行，轨道的最小转弯半径r=10m，轨道每隔8m有一个立柱支撑。空中客车驱动轮在驱动电机和减速机作用下，通过带传动和链传动，使驱动轮绕驱动轮轴转动，在驱动轮和轨道之间摩擦力作用下，带动整列车厢沿轨道向前运动。由《游乐设施安全规范》可知，乘坐成人，按照每人/00N计算，靠背、扶手等约束物处施加的载荷每人500N计算。第5页共96页由于来自轨道连接处或磨损后轨道形成的凹坑，空中客车在运行过程中有可能出现冲击，从而产生冲击载荷，设计时一般无法准确计算，因此，在进行强度计算时，其载荷必须乘以冲击系数K，空中客车的行驶速度小于10km/h，值为1.1。则每人对座椅产生的载荷：0700FK=1/×700=770N（5-1）座椅骨架上每人对应的载荷：'0(700)2zmFKg（5-2）28.811.1(7009.8)2=9/5N其中：zm-座椅和座椅预埋件的质量，值为2/81kg；g-重力加速度，值为/.8m/s2。空中客车前进时，车厢之间产生拉力的作用，则整个列车总的最大拉力为：0qFmg.（5-3）36.67109.80.05=32/8N其中：-轨道的滚动摩擦系数，值为0.05。露天工作的游乐设备，应考虑风载荷的作用，假定风载荷是沿空中客车最不利的水平方向作用的静力载荷，根据GB8408-2008《游乐设施安全规范》：游乐设施的设计，按最大运行风度sv=15m/s计算工作状态下的风载荷，计算风压：20.625spv（5-4）=0.625×152=141N/m2其中：sv-计算风速，取值为1/m/s。风向与空中客车的侧面垂直时，风载荷沿空中客车最不利的方向。首（尾）车厢的风载荷：11wFCpA.（5-5）=1.2×141×