城市軌道交通車輛關鍵系統結構強度分析與計算（簡體書）

本書主要針對城市軌道交通車輛關鍵系統可靠性評估與強度計算方面的國內外發展現狀、基礎理論、強度計算、系統可靠性評估等方面進行闡述與介紹。

楊建偉，工學博士，博士生導師，2007年破格晉升教授，2009年作為高層次人才引進到北京建築工程學院（現北京建築大學），現任北京建築大學機電與車輛工程學院院長，機械工程學科負責人，城市軌道交通車輛運用安全北京市重點實驗室主任，北京建築安全監測工程技術研究中心副主任，北京市“城市軌道車輛運行狀態監測、故障診斷與自牽引關鍵技術”學術創新團隊負責人，擔任國家科學技術獎、國家自然科學基金評委。入選北京高創計劃、百千萬人才工程北京市級人選，北京市“長城學者”培育計劃，曾獲“山西省科技奉獻一等獎”，並被評為“山西省優秀青年學術帶頭人”，“山西省青年科研專家”，“太原市科技拔尖人才”，北京交通大學兼職教授等。

近5年來，主持和完成了國家自然科學基金、國家“863”計劃、國家“十一五”、“十二五”科技支撐計劃等20余項國家和省部級項目；以第一完成人身份，鑒定成果2項；獲山西省高等學校科科學技術獎一等獎3項、山西省科學技術獎自然科學類二等獎2項、山西省科技進步二等獎獎1項、北京市科學技術獎1項；在《金屬學報》、《機械工程學報》、《振動與衝擊》、《鐵道學報》、《中國鐵道科學》、《汽車工程》等國內外期刊上以第一作者身份發表科研論文

前言

隨著我國城市化進程的加速，城市軌道交通憑借其運量大、快捷、舒適、節能、環保等優勢，在緩解交通壓力方面起到了重要作用，目前已成為解決城市交通問題的有效方式。據北京地鐵運營有限公司統計，截至2018年，北京軌道交通日均客運量1000萬人次以上，占公共交通總量的50%以上。城市軌道交通的運行安全性和可靠性正日漸成為決定城市運轉效率、社會和諧程度和公共安全保障水平的重要因素。城市軌道交通有別於其他軌道交通系統，其日均啟停次數多，超載情況普遍存在，

對城市軌道車輛各關鍵系統、機構和零部件的耐久性及可靠性提出了新的要求。本書從結構強度、動力學和可靠性的角度系統

討論城市軌道交通車輛各關鍵零部件的設計和評估方法。

本書共6章，第1章介紹了城市軌道交通車輛關鍵系統組成； 第2章詳細介紹了轉向架設計及有限元計算和可靠性分析； 第3章

介紹了車體結構設計及強度有限元計算； 第4章介紹了車體連接裝置的強度與可靠性； 第5章介紹了制動裝置強度計算與可靠性分析； 第6章介紹了傳動系統強度計算。

本書編寫特點如下：

（1） 本書重點介紹具有代表性的城市軌道交通車輛的基本參數、構造、受力分析、強度及動力學特點，每章都有典型案例，重點突出、條理清晰、分析透徹，突出工程實踐的特色。

（2） 本書以理論知識為基礎，以案例分析為支撐，增加實例分析，使讀者能夠快速掌握分析問題的具體流程和方法，以增強讀者實際解決問題的能力，並突出理論與實踐相結合。由於城市軌道交通車輛類型及其關鍵系統新技術發展迅速，本書增加了新型城市軌道交通車輛關鍵系統原理和結構介紹分析的內容，注重將科研和工程實際相結合。

（3） 本書依托先進分析方法和手段，充分利用多體動力學和有限元分析技術。結合筆者多年來的研究成果和案例，對城市軌道交通車輛及其關鍵系統產品的結構強度有限元分析、系統動力學和壽命預測的計算機仿真、關鍵系統的可靠性分析等問題進行了詳細的討論。

本書既可作為大專院校相關工科專業的教學用書，也適合從事城市軌道交通車輛相關工作的人員學習和參考。

本書由北京建築大學楊建偉教授主筆，

李欣、李強兩位老師參加了相關章節的撰寫工作。研究生劉東一、陳昭、付曹政、楊玉青、趙悅等參與文字處理和繪圖工作。

本書經過仔細嚴格的審核、精細的編輯，在質量上有了一定的保障，但由於時間、水平有限，難免有不完善的地方，歡迎廣大讀者和專家對我們的工作提出寶貴建議。

作者2020年6月

目錄

第1章城市軌道交通車輛關鍵系統組成

1.1走行部系統

1.1.1轉向架的作用、組成和分類

1.1.2彈簧減振裝置

1.1.3輪對軸箱裝置

1.1.4驅動裝置

1.2制動系統

1.2.1基礎制動裝置的形式及特點

1.2.2基礎制動裝置的主要部件

1.3車鉤系統

1.3.1車鉤緩衝裝置的用途及分類

1.3.2密接式中央牽引、緩衝連掛裝置

1.3.3電氣連接裝置

1.3.4車輛貫通裝置

1.4車體結構與類型

1.4.1車體的類型

1.4.2車體的結構參數

1.4.3車體結構組成

第2章轉向架設計及有限元計算和可靠性分析

2.1轉向架總體設計的規範和標準

2.1.1作用在心盤上的垂直靜載荷pst

2.1.2經中央彈簧(搖枕彈簧)傳遞的垂直載荷

2.1.3垂直動載荷

2.1.4縱向力引起的附加垂直載荷

2.1.5牽引力

2.1.6側向力引起的附加垂直載荷

2.1.7側向力及輪軌間作用力引起的水平載荷

2.1.8垂直斜對稱載荷

2.1.9制動時的載荷

2.2轉向架結構強度設計和有限元計算

2.3轉向架構架的靜強度分析示例

2.3.1計算結構介紹

2.3.2方案選擇

2.3.3確定載荷工況與約束條件

第3章車體結構設計及強度有限元計算

3.1車體作用載荷及結構強度分析

3.1.1垂直載荷

3.1.2垂直動載荷

3.1.3縱向力

3.1.4側向力

3.1.5扭轉載荷

3.2車體結構強度有限元計算

3.3車體鋼結構的強度分析示例

3.3.1計算結構簡介

3.3.2計算簡圖的確定

3.3.3計算結果分析

第4章車體連接裝置的強度與疲勞壽命預測

4.1車鉤與緩衝裝置結構設計

4.1.1車鉤作用力的傳遞過程

4.1.2車鉤的三態作用

4.2車鉤的有限元強度計算

4.2.1拉伸工況下的車鉤裝配體有限元分析

4.2.2壓縮工況下的車鉤裝配體有限元分析

4.3鉤尾框的疲勞壽命預測

4.3.1鉤尾框疲勞壽命的計算方法

4.3.2鉤尾框的疲勞壽命計算

第5章制動裝置結構強度分析

5.1制動裝置結構設計

5.1.1制動的概念

5.1.2列車制動系統

5.1.3城市軌道車輛的制動模式

5.2地鐵車輛制動系統的組成及功能

5.2.1制動控制部分

5.2.2制動執行部分

5.3車輪及踏面有限元計算

5.4制動盤三維瞬態熱應力場有限元分析

5.4.1熱應力分析理論基礎

5.4.2有限元分析過程

5.4.3應力強度結果及分析

第6章城軌車輛傳動系統強度的仿真與試驗研究

6.1傳動齒輪強度分析的意義

6.2地鐵列車組牽引特性

6.2.1牽引電機的牽引特性

6.2.2牽引特性曲線及其計算

6.3傳動齒輪齒根彎曲疲勞分析

6.3.1齒輪嚙合過程的有限元瞬態動力學分析

6.3.2齒輪齒根處裂紋的擴展有限元分析

6.3.3齒輪齒根圓角處表面裂紋前緣的應力強度因子

6.4傳動系統疲勞強度的試驗研究

6.4.1地鐵傳動齒輪彎曲疲勞行為的試驗研究

6.4.2低高周復合載荷齒輪彎曲疲勞壽命預測

6.5齒輪箱箱體的模態試驗

6.5.1試驗物件

6.5.2試驗方案

6.5.3試驗分析與結果

參考文獻