轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧及輪對(duì)結(jié)構(gòu)分析CRH2動(dòng)組輪對(duì)與軸箱彈簧CADCAE設(shè)計(jì)

1、動(dòng)車組設(shè)計(jì)大作業(yè)CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CA段計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師 的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以 標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究 成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版

2、 本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄 檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段 保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全 部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究 所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不 包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究 做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全 意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、

3、 使用學(xué)位論文的規(guī)定，同 意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允 許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或 掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名:日期： 年 月摘 要：在我國(guó)，鐵路是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化交通工 具，在交通運(yùn)輸行業(yè)中起著主導(dǎo)性作用。隨著時(shí)速200km/h高速動(dòng)車組的引進(jìn),如何評(píng)價(jià)引進(jìn)動(dòng)車組的安全性、可靠性等成為十分緊迫和重要的問(wèn)題。對(duì)于高速 動(dòng)車組而言，轉(zhuǎn)向架的重要性更是不言而喻。轉(zhuǎn)向架是鐵路車輛的基本零件之

4、一， 其性能直接關(guān)系到鐵路車輛的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。論文以CRH型車組輪對(duì)與軸箱彈簧為研究對(duì)象，并建立其有限元模型。按照UIC標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用solidworks對(duì)其進(jìn)行CAD/CAES計(jì)分析。CRH動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架基本參數(shù)項(xiàng)目規(guī)格設(shè)計(jì)最高速度/km/h250營(yíng)業(yè)最高速度/km/h200額定軸重/kN137.2（ 14t）滿員時(shí)最大軸重（200%定員/kN）156.8（ 16t）編組能通過(guò)的最小曲線半徑/m180轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)角/度4.0軸距/mm2500車輪直徑/mm860關(guān)鍵詞：solidworks 輪對(duì) 軸箱彈簧CAD/CAE輪對(duì)的CAD/CAE分析車軸的CAD/CAE分析一、問(wèn)題描述在國(guó)際上，

5、機(jī)車車輛車軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要采用兩種設(shè)計(jì)方法：1、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JIS E 4501一 1995鐵道車輛一車軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法2、國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn) UIC515 3/1994鐵道車輛/轉(zhuǎn)向架一走行部/車軸計(jì)算方法或歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13103 2002輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架/非驅(qū)動(dòng)車軸一一設(shè)計(jì)方法和 EN13104 2002輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架/驅(qū)動(dòng)動(dòng)車軸 一一設(shè)計(jì)方法拖車轉(zhuǎn)向架用輪對(duì)由車軸、車輪（也帶有制動(dòng)盤一簡(jiǎn)稱輪盤）、軸制動(dòng)盤（簡(jiǎn)稱軸盤）及軸承構(gòu)成。車軸：采用空心車軸（$ 60mm通孔），車軸表面實(shí)施高頻淬火。車輪：采用整體碾鋼車輪，磨耗型踏面。車輪直徑新制時(shí)為 860mm，最大磨耗時(shí)為790mm。輪盤：鍛造。輪盤外徑

6、為725mm （有效外徑720mm）,組裝時(shí)的厚度為133mm。軸盤：軸盤由壓裝在車軸上的輪轂和通過(guò)螺栓安裝在輪轂的制動(dòng)盤構(gòu)成，僅安裝在拖車 轉(zhuǎn)向架用的車軸上。二、CADS計(jì)（CAD零件工程圖）車軸的建模過(guò)程：拉伸軸身t切軸頸t切防塵板座t切輪座（切軸身）7倒角t鏡像t完成 車軸零件圖：0.01一I-I匸?2產(chǎn)L .3911吹5-4©H01?"車軸造型圖: - fl .LT*T .VIAH11耳fBCk* >»C-i.：> SmicZd2d W r Al Fl12 *IJS flktMrii*Cft h rt*r*-H 逹:：価由 Xu BP.<

7、 r lb 凸自 ur*± 底 i*ta MiVm V.AH-RIW frWH>wi P>s nr*v Ui'iii衛(wèi)耳祕(mì)泌曲歸亠耳&0 I3M為 drlf dLH *MU-車軸工程圖：見(jiàn)附錄 1:ILi *%三、CAE設(shè)計(jì)1. 受力分析根據(jù)歐洲EN 13104對(duì)車軸進(jìn)行計(jì)算:<7車輛重心117FQz對(duì)CRH2動(dòng)車組，車輛重心到軸中心線高：h1=1055mm軸頸中心距2b=2000mm一根車軸的簧上質(zhì)量 m<| =12.4t (其中 g=9.8N/kg)P1 二(0.6250.0875 h1 / b)m1gP2 =(0.625- 0.0875

8、h1/b)m1gY 1 = 0.35 m 1 gY 2 = 0.175 m 1gQ 1 = P 1(bs) P 2(b s) (Y1 Y 2)R F 1(2 s y 1) F 2(2 s y2) / 2 s F 11Q2=P2(bs) P1(bs)(Y1Y2)R F1y1 F2y2/2s F 22以上各式中ml近似為軸箱簧上質(zhì)量，F(xiàn)1和F2分別為左右軸盤的質(zhì)量，F(xiàn)11和F22分別為左右輪盤的重量，y1和y2分別為左右軸盤中心與左側(cè)軸頸的垂直距離。以上參數(shù)的取值見(jiàn)表3，各種載荷的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。2. 應(yīng)力分析1) 前處理：A. 定類型：靜態(tài)分析B. 畫(huà)模型：C. 設(shè)屬性：合金鋼D. 分網(wǎng)格：2)

9、 求結(jié)果：A. 添約束：B. 加載荷：C. 查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)行檢查。D. 求結(jié)果：進(jìn)行有限元分析3) 后處理：A. 列結(jié)果：列約束反力B. 繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖. LOTb 1騒*ODLOOi_ 1. F3-3>ODL-1.OOi-.4>MibDDE.-1 丹“ODL-JODE-氛W帕2_70D2- 白.a w9DZa gg0卿位移圖里H純w豊-VEFT MTL-4 b-l>n4 9&：3*-O04 畑-004 60Gt-G04 42T*-aO4 吝-00# OT J t-fl04 321bOOS LS：T*aO5FSSi-OO? 5154-o

10、ne應(yīng)變圖CEH2$S rp(5«.：甄風(fēng) e a輪盤址.弊哲書(shū)曲力應(yīng)力i 強(qiáng)農(nóng)出畫(huà)：t應(yīng)力圖C. 顯動(dòng)畫(huà)：顯示變形動(dòng)畫(huà)和應(yīng)力動(dòng)畫(huà)D. 下結(jié)論：運(yùn)行結(jié)果與受力分析結(jié)果比較，相差不大，結(jié)果可信。3. 強(qiáng)度評(píng)價(jià)Mi = (j - g)W/4,M? = sMi,M3 = rP + Q°(a + 1)- yR°、b =m(M M 2 M 3) / Zn = awb b-I IQ = hp/j,R)= (h r)P/gP 二：lW,廠 a I -(j - g)/2,l = x y 式豐.門為軸聚中心到輪座為託的距離：£為車輕宜栓：&為車輪錯(cuò)面間走：方為車軸

11、豐心線 與重心住置的距離；J為軸頸間距；為輪轂長(zhǎng)廈：2為車輪半徑；2為輪座處的拭尋彙直謨 勲尸為嘖向力；為戶弓起的竝頸上的垂向力：丘為戶弓起的踏面上的垂向力；為璉璉彈 費(fèi)上的更量 和慮分別為只垂向.加遠(yuǎn)曳利賓向力引起的鴕座處的彎矩：兀和分別 為垂向韻苛系較勺箕向?yàn)檫z系數(shù)；鞏、匹七分別為輪座處車塔的工作應(yīng)力和疲旁許弓應(yīng)力：山 為疲勞安全系數(shù).CRH2動(dòng)車組拖車車軸材料 S38C,采用高頻淬火熱處理和滾壓工藝，根據(jù)JIS E4502取車軸的疲勞許用應(yīng)力為147MPa，可見(jiàn)，按照日本標(biāo)準(zhǔn)，該車軸滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)分析，車輪受力最大處符合強(qiáng)度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。車輪的CAD/CAE分析、問(wèn)題描述車輪是輪對(duì)的重要組

12、成部分，其疲勞強(qiáng)度直接關(guān)系到動(dòng)車組運(yùn)行的安全性、可靠性、穩(wěn) 定性等，故動(dòng)車組車輪需進(jìn)行車輪靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度和輪軸過(guò)盈配合強(qiáng)度等3個(gè)方面的分析。UIC 510 5/2003整體車輪技術(shù)條件EN 13979 1/2003鐵路應(yīng)用輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架車輪技術(shù)驗(yàn)收程序第一部分：鍛制和軋制 車輪、CAD設(shè)計(jì)（CAD零件工程圖）車輪的建模過(guò)程：拉伸輪胚t切左腹板t切右腹板t旋踏面t打輪轂孔t倒角t完成車輪的零件圖:車輪的造型圖:lj& fiwiTrmH*i isA-tH®（3 J4HIDiVU m邑盡盯宵西已任 HrHtt白圧*殆"CiSii仲I na Bgl II D>-.：np

13、iKi II SimmwTT好 眄«Irxts豪 M斂帔 恤 備3 zTLr神 盅IIM盟鹽囂瓷總黑蕊X 二|=厶丫黑雷當(dāng)®93 口S»l«l+r>i AftWFBb_J 逵gi.* TTfT'ffWT*rt-0 RfEBJlftBr-TWffl豈 v«nti# m宕戸CPvJfiRti£fcQp".Elf9rJriaaife KAFbNiii Hh axEFI ra *mMlabI !* ardd ,ArHblte fabh!H> PPH mi yi h: <aLa 11 k id Ail.Hxw

14、 EbBA'i WnH Tvp IE!、AuMlahlB KEiFIiksiR®* + -K'! MVIBM-O*l *Fl*5 4*akHi'B jQ-l-i *i-J'adFJt+ HeI ddn*lBd-土乳UH *««.1：11鼻4Fwir»r £cU»nii：JVHI7rV,i 仇.“ 7 L如7 VUCLt<lLf1 !*nMimKEni39車輪的工程圖：見(jiàn)附錄 2CAE設(shè)計(jì)1. 受力分析根據(jù)UIC 510-5 : 2003 （整體車輪技術(shù)）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車輪設(shè)計(jì)，對(duì)于安裝到動(dòng)軸上的車輪,

15、考慮車輪通過(guò)直線、曲線和道岔時(shí)的載荷。注：考慮我國(guó)車輪尺寸，圖中尺寸應(yīng)有所改動(dòng)。3.2.1根據(jù)UIC 510-5 : 2003 （整體車輪技術(shù)）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車輪設(shè)計(jì)，對(duì)于安裝到動(dòng)軸上的車輪, 考慮車輪通過(guò)直線運(yùn)行、 曲線通過(guò)和道岔通過(guò)三種工況， CRH2動(dòng)車組拖車車輪受力如圖 所示，有關(guān)符號(hào)如下：Q:滿軸重靜態(tài)載荷 Q=7250 kgg :重力加速度（m.s-2）FZ:輪軌垂向力， Fz=1.25Q.g （ KNFY:輪軌橫向力，F(xiàn)Y=0.7Q.g（KN）工況1:直線運(yùn)行Fz=1.25Q.g1.25 X 7250 X 9.8=88.8kN橫向力：Fy仁0工況2:曲線通過(guò)Fz=1.25Q.g =88

16、 . 8kNFY=0.7Q.g =49 . 7kN工況3:道岔通過(guò)Fz=1.25Q.g =88 . 8kNFY2=O 42Q.g=29 . 8 kN2. 應(yīng)力分析1）前處理：A. 定類型：靜態(tài)分析B. 畫(huà)模型：C. 設(shè)屬性：合金鋼D. 分網(wǎng)格：如下圖所示2）求結(jié)果：A. 添約束：在對(duì)稱面上施加對(duì)稱約束B(niǎo). 加載荷：由于車輪有蠕滑現(xiàn)象，所以加載區(qū)域是一個(gè)面而不是一個(gè)點(diǎn)，C. 查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)行檢查。如下圖口丁茂-訂18由叫-由8d 園于CSH2牛 It"半 Kh itiRRtt恆空Ik 35''a it*%G tiI +LMlSH4SM 臨：ifl刃毎岸*骨證|廉酊

17、卄站口巧：亦t 辦屈勻maaL嗨rrac車說(shuō) 獻(xiàn)心3：；云I亂 血眸耳I jjan攔 將J5 味31曲；： nnarfes3&上呻"：S- AtcmL ff.*i QM-mitJciE球 i：-&fifl-：iTiat*止力T敘說(shuō)這TfflM P：l 曰二園耐呂血 鶴咖甘JRi (-H4I J -JLI«® 日a御！(fs l-3i"T1-ttffiW-J睛敦j m訛twiHi i：-aiiHtt JB卅=昏IE去那釈 &*jyt：ai£d«4S-a p.irffai-卿rWSW：丈便仔心!fl或罰!下i*囲之

18、Q -爾翌凱=風(fēng)A*n>I卻飛；z&ini: *ftSdli ilicrln l*rw ££lL4D. 求結(jié)果：進(jìn)行有限元分析 3）后處理：A. 列結(jié)果：列約束反力B. 繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖VW? D Z.41B-II-QDZ2 214-001. Z.O3»-OOEL «12i-aO3:L tn B-4D3:L 20Bii-aD位移圖4侶廣砂2. QlVa-aP!t floo*-a$u«田SBfruc_r a L54i-aMJ-1.0451-004.E. F4lQg 2 J 32R-4KM- -|黠葉呻 .L

19、SAAfr-OM -E SltsrOtH-9.14lS.n?Si.-aoBi應(yīng)變圖":工K vfflMfl;- Mrs. IRfB *1 62? 4應(yīng)力圖C. 顯動(dòng)畫(huà)：顯示變形動(dòng)畫(huà)和應(yīng)力動(dòng)畫(huà)D. 下結(jié)論：運(yùn)行結(jié)果與受力分析結(jié)果比較，相差不大，結(jié)果可信。3. 強(qiáng)度評(píng)價(jià)車輪輻板上所有節(jié)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力范圍應(yīng)低于許用應(yīng)力，即：1）用加工中心加工的車輪v 360 MPa ;2）未用加工中心加工的車輪v290 MPa ;3）最大Von Mises應(yīng)力低于車輪材料彈性極限（355 MPa）。經(jīng)分析，車輪受力最大處符合強(qiáng)度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。輪對(duì)的造型圖、工程圖及裝配過(guò)程、輪對(duì)的造型圖亂獨(dú)塔!W *嵐弼 4HW卡

20、 THSSnMnicniaa眄叩傅r ©JU/i>3li匚方d i山燉kijj liS 皿tW?¥l黑V.r比購(gòu)IKREJiT飾 辱 肝MWU53I X-T 蟲(chóng) flisHr Jd i-zM0 ±ixmasfc右催輩mlfiL. H .< 靜gnH：i IHC車書(shū)g * 邛寶鈿甲HUfiU K«HixMHR a=dlT1 ntftrwIE 上"曇皿-0 :貽,舖 A (113 伽 L* CU&jhK：* ®XA ：童ie=wssra-flUnaGM 尸 HP 辭WE.'JFitffittLd SWafcgf

21、lO、輪對(duì)的裝配三、輪對(duì)的工程圖：見(jiàn)附錄 3軸箱彈簧（外簧）的CAD/CAE分析、問(wèn)題描述213項(xiàng)冃內(nèi)圏簧外圏簧簧條直徑/mm2641簧圈直徑/mm14322()自由高度/mm240256壓緊高度/'mm153.4180.4總?cè)?shù)/有效圈數(shù)6.4/4449/2.9旋向左右弾性系數(shù)/kgf/inm單35.5291.51總127.03橫向彈性系數(shù)/kgf/mm28 000XOOO應(yīng)力修正系數(shù)L278L286二、CAD設(shè)計(jì)（CAD零件工程圖）外簧的建模過(guò)程：三段等距螺旋線t組合曲線t畫(huà)簧條直徑掃描t切支撐圈t完成 外簧的造型圖：些4,3知pi 璋 匚 Ua * ! W * #之_二 更匕，B

22、 須 僅 申空««M 皆 * 皿iwnw 蠱可L 鼻科 B* < 斗倉(cāng)問(wèn)口口 4曲 專i釀怖吐耐井 品53 hBr. Ji番e 貞押閔即"* -ffi % Ut4i 9> nn 黑U丹山 網(wǎng)伏町環(huán)"E掃LjRAi皿""呎”旺也"護(hù) .:" 4* 呼 .| 立 i*n.wwa巴 isirKKinMr»rt 弼蒞賈興盲工“圖ILK1:尸 roj*r AM-lriblB KbhiiHDlii|3IHfl a*ABlub I - aiaBV. . dftiwlahla ii alwinHH FDW T

23、D11EF-I ir»Hna »* Wtalri rap ID%avAulahlB feriWiAa 33 It »Frf & j hijn 4> *i 4 <» I p 0 V.AnailahlB -»»*-*- *" I I 平平；|1+ *H*H«-1£3打 JVtaX砂 FwtrwWiFi電LI41編八$機(jī)轉(zhuǎn)型注m星 w fUf 謀Lt館 PfTIMSTUMm"prdii三、CAE設(shè)計(jì)1. 受力分析2. 應(yīng)力分析1）前處理：A. 定類型：靜態(tài)分析B. 畫(huà)模型：C. 設(shè)

24、屬性：合金鋼D. 分網(wǎng)格：如下圖所示 2）求結(jié)果:A.添約束：在對(duì)稱面上施加對(duì)稱約束B(niǎo).加載荷：由于給彈簧加力，計(jì)算過(guò)程中因受力不均將會(huì)產(chǎn)生偏斜，所以加載過(guò)程中采 用加位移的方法加載。C.查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)行檢查。如下圖裁 rrhPHiM OfryW亠HUHi-ZAP MA :Fnaifii-rtiiFvfifWB a- -bw-jtl* 曰口更 tif HX-i 口在甲扳上-j C：-Il M ?# h|iW4JqA魚(yú)毎*時(shí)應(yīng)Ml f 站檢tfcl i-ttM-i -!>-.>Sirnutnann I"嗎Ifl.毛世*FWiSErtifrffq2i-W-L>.|

25、 IlDMSmTi Q.EaZ24C-w A.MM7|嘟IJ 171327lax君f*ldJ1-br>a AlftM幵MiJl MiznWJ"M一T 忡-flrspa«&O M 戶 HPJ JSi+H&tt包茁干相1便r *r>ldBlk汕WIHJI n pxpl0l.i MiAulabla UvnsB PbW 3HT 1API U Jr>lllil4 Nl 尿H24JHI.H0M -SfflaK WHH T<-C- 1E>UhmB ftMlahia EahriMaAa 33 It KFF drdU” W *«1*#；.*v.»lai!'fi Gfl'iW?4a,iCI11' jiaftUMa* ! rinnlajdl卜 MrU*I廠i 4 FFS= rJ 4止Ari kE f Mi Mi:lEwrftlh ； Vff7:査黃冷 * 廠事Mj3 - am2 FL l 世 la, Evo氣r巴褲吞H ffi |D.求結(jié)果：進(jìn)行有限元分析 3）后處理：A. 列結(jié)果：列約束反力B. 繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖VKBE CnR)3 = ogh OO09 也呂- UV3存-