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抗側(cè)滾扭桿（簡稱扭桿）用于增加轉(zhuǎn)向架的抗側(cè)滾剛度。扭桿通過扭轉(zhuǎn)變形來抑制車體的側(cè)向滾動，扭轉(zhuǎn)變形引起的扭轉(zhuǎn)反力矩和扭轉(zhuǎn)角度比值就是抗側(cè)滾剛度。研究表明，增加抗側(cè)滾剛度能明顯減小車體側(cè)滾角度和車輛柔性系數(shù)，這提高了車輛運行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性。
扭桿的可靠性對車輛的運行品質(zhì)和安全性具有重要影響，其強度評價是至關(guān)重要的。目前國內(nèi)主要通過理論上的數(shù)學(xué)計算和傳統(tǒng)的試驗驗證來分析扭桿的剛度和強度，而計算機模擬還只在探索當(dāng)中。為此本文除了對扭桿理論計算外，還針對性地進行了有限元分析，這為扭桿的剛度和強度分析提供了一種研究途徑。
某型國內(nèi)城軌車輛抗側(cè)滾裝置的結(jié)構(gòu)，主要包括扭桿、扭臂、連桿和橡膠件等。扭桿通過壓配合與扭臂過盈連接，使得兩者成為一體；同時扭桿兩端通過橡膠軸承座安裝在車體底架上，有效降低了轉(zhuǎn)向架的簧間質(zhì)量，并起到限制車體向上產(chǎn)生過大位移的安全作用；另外連桿兩端通過自潤滑球軸承與扭臂和構(gòu)架安裝座相連。軸承件的應(yīng)用使得車體能相對于轉(zhuǎn)向架各向運動，避免了扭桿對車輛垂向、橫擺、點頭、搖頭及浮沉等運動的影響，僅抑制車體的側(cè)向滾動。根據(jù)抗側(cè)滾裝置的設(shè)計要求，其運營載荷為34 M，最大作用載荷為29 M。
在校核過程中以最大作用載荷為靜載荷，運營載荷為疲勞載荷。抗側(cè)滾裝置中扭桿是主要受力件。
如果考慮安裝件變形，那么實際上連桿的拉壓變形、橡膠軸承座變形以及構(gòu)架安裝座變形對抗側(cè)滾剛度均有貢獻。因此安裝件變形產(chǎn)生的抗側(cè)滾剛度：按照并聯(lián)剛度計算，得到扭桿實際提供的抗側(cè)滾剛度，扭桿的實際結(jié)構(gòu)由工作區(qū)域、過渡區(qū)域和連接區(qū)域組成。扭桿的剛度由各個區(qū)域的計算剛度并聯(lián)而成。
建立扭桿有限元模型時，假設(shè)扭臂和扭桿為一個部件，便于模擬實際工作情況和負荷加載。左、右扭臂內(nèi)孔的加載負荷大小一致，但方向相反，成一對力偶作用于扭桿。扭桿和扭臂不再承受其他作用力�？紤]到扭桿兩端通過橡膠軸承座懸掛在車體底架上，且僅承受支撐載荷。故建模時扭桿兩端加有橡膠件模擬實際支撐結(jié)構(gòu)，且約束時橡膠件僅施加垂向固定約束。扭桿采用非線性四面體單元劃分網(wǎng)格，并細化扭桿的過渡部分和連接部分。
工況確定和評判標(biāo)準扭桿主要校核極限靜載荷工況和疲勞動載荷工況，同時校核扭桿的最大剪切應(yīng)力。扭桿的強度評判依據(jù)如下：
載荷工況一：極限靜載荷，此時計算的最大應(yīng)力不得超過材料的屈服極限，最大剪切應(yīng)力不得超過扭桿材料許用剪切應(yīng)力；
載荷工況二：疲勞動載荷，此時計算的最大應(yīng)力不得超過材料的疲勞極限，最大剪切應(yīng)力不得超過扭桿材料許用剪切應(yīng)力。
通過有限元分析，扭桿的靜強度和疲勞強度滿足設(shè)計要求，且有較大的安全裕量；扭桿的剛度也在允許的范圍之內(nèi)。通過計算公式可知，抗側(cè)滾剛度與扭桿本身的扭轉(zhuǎn)剛度、扭桿有效長和扭臂長相關(guān)，并與扭桿有效長度成正比，而與扭臂長成反比。安裝件的變形也能影響抗測滾剛度，應(yīng)控制安裝件的變形因素。
扭桿同時承受扭矩、彎矩、剪切力等，扭桿承受扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形；找出了扭桿的應(yīng)力薄弱部位（過渡區(qū)域K/6根部），此處設(shè)計過程中應(yīng)注意結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝改進。通過表 5 的強度結(jié)果對比，可知有限元分析還需進一步優(yōu)化；通過表的剛度結(jié)果對比，可知剛度的理論計算值和有限元求解值比較理想。所述扭桿剛度和強度的計算及其評判方法為扭桿的設(shè)計和分析提供了一種研究途徑。
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