CRH2動(dòng)車(chē)組輪對(duì)及軸箱彈簧CADCAE設(shè)計(jì)

1、-CRH2動(dòng)車(chē)組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)班級(jí)：車(chē)輛091 ：wuwuwuww*：2021048022012/12/24摘 要:隨著時(shí)速200km/h高速動(dòng)車(chē)組的引進(jìn),如何評(píng)價(jià)引進(jìn)動(dòng)車(chē)組的平安性,可 靠性等成為十分緊迫和重要的問(wèn)題.論文以CRH2動(dòng)車(chē)組拖車(chē)輪對(duì)和軸箱為研究對(duì) 象,進(jìn)展疲勞強(qiáng)度計(jì)算分析,以期望為我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù). 從過(guò)盈配合強(qiáng)度,靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度三個(gè)方面對(duì)CRH2動(dòng)車(chē)組拖車(chē)車(chē)輪進(jìn)展疲 勞強(qiáng)度分析.按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),考慮新車(chē)輪和磨耗到限車(chē)輪的不同,分別建立模型 并施加不同的過(guò)盈量;考慮到車(chē)輪輻板孔的影響,載荷分兩個(gè)方向施加;分有無(wú)制動(dòng)力兩種工況,實(shí)施車(chē)輪動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算.

2、 CRH2動(dòng)車(chē)組拖車(chē)轉(zhuǎn)向架根本參數(shù)工程規(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/kN137.214t滿(mǎn)員時(shí)最大軸重(200%定員/kN)156.816t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(chē)輪直徑/mm860輪對(duì)的CAD/CAE分析車(chē)軸的CAD/CAE分析問(wèn)題描述CRH2轉(zhuǎn)向架車(chē)軸按照J(rèn)IS E 4501進(jìn)展設(shè)計(jì)，按JIS E 4502標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展生產(chǎn)。為了研究CRH2動(dòng)車(chē)組運(yùn)行的平安性和可靠性，按照J(rèn)IS E4501 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該車(chē)軸進(jìn)展強(qiáng)度分析。二、車(chē)軸的CAD設(shè)計(jì)車(chē)軸尺寸圖：圖1.1車(chē)軸零件圖1、 CAD設(shè)計(jì)CAD零件工程圖車(chē)軸的

3、建模過(guò)程：拉伸軸身切軸頸切防塵板座切輪座切軸身倒角鏡像完成2、 CAE設(shè)計(jì)1. 應(yīng)力分析1) 前處理：A. 定類(lèi)型：靜態(tài)分析B. 畫(huà)模型：畫(huà)出加約束和載荷時(shí)的分割線C. 設(shè)屬性：碳鋼板D. 分網(wǎng)格：自動(dòng)生成 2) 求結(jié)果：A. 添約束：高級(jí)夾具將中心定位，在輪座處加彈性支撐，彈性剛度為10e11B. 加載荷：按軸重14t 算在軸頸處施加70000N的載荷網(wǎng)格和載荷圖C. 查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)展檢查。D. 求結(jié)果：進(jìn)展有限元分析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位移圖應(yīng)變圖應(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

4、結(jié)果比較，相差不大，結(jié)果可信。位移圖3.強(qiáng)度評(píng)價(jià)1)確定危險(xiǎn)點(diǎn)：由分析結(jié)果可得出，車(chē)軸最大應(yīng)力為36.759MPa，發(fā)生在軸頸處。2CRH2動(dòng)車(chē)組車(chē)軸材料S38C，采用高頻淬熾熱處理和滾壓工藝，根據(jù)JIS E4502取車(chē)軸的疲勞許用應(yīng)力為147MPa，可見(jiàn)，按照日本標(biāo)準(zhǔn)，該車(chē)軸滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)分析，車(chē)軸構(gòu)造強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。車(chē)輪的CAD/CAE分析一、問(wèn)題描述車(chē)輪是輪對(duì)的重要組成局部，其疲勞強(qiáng)度直接關(guān)系到動(dòng)車(chē)組運(yùn)行的平安性、可靠性、穩(wěn)定性等，故動(dòng)車(chē)組車(chē)輪需進(jìn)展車(chē)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 5105/2003?整體車(chē)輪技術(shù)條件?EN 13979l/2003?鐵路應(yīng)

5、用輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架車(chē)輪技術(shù)驗(yàn)收程序?第一局部：鍛制和軋制車(chē)輪二、CAD設(shè)計(jì)CAD零件工程圖車(chē)輪的建模過(guò)程：拉伸輪胚切左腹板切右腹板旋踏面打輪轂孔完成車(chē)輪的尺寸圖：3、 CAE設(shè)計(jì)1. 受力分析根據(jù)UIC 510-5：2003整體車(chē)輪技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展車(chē)輪設(shè)計(jì)，對(duì)于安裝到動(dòng)軸上的車(chē)輪，考慮車(chē)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(chē)組拖車(chē)車(chē)輪受力如上圖所示，有關(guān)符號(hào)如下：Q：滿(mǎn)軸重靜態(tài)載荷 Q=160/2 kgFZ：輪軌垂向力，F(xiàn)z=1.25QKNFY：輪軌橫向力，F(xiàn)Y=0.7Q(KN)此處只進(jìn)展直線工況下的CAE分析，受力如下：垂向力：Fz1=1.25Q=1.25*160/2=100kN橫

6、向力：Fy1=02. 應(yīng)力分析1) 前處理：A. 定類(lèi)型：靜態(tài)分析B. 畫(huà)模型：用分割線畫(huà)出受力的接觸斑C. 設(shè)屬性：碳鋼板D. 分網(wǎng)格：如以下圖所示2) 求結(jié)果：A. 添約束：在輪轂孔處用高級(jí)夾具施加約束B(niǎo). 加載荷：在接觸斑上施加70000N的力C. 查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)展檢查。D. 求結(jié)果：進(jìn)展有限元分析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位移圖應(yīng)變圖應(yīng)力圖C. 顯動(dòng)畫(huà)：觀察變形動(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)依據(jù)相關(guān)資料知在標(biāo)準(zhǔn)EN13104中動(dòng)車(chē)組車(chē)輪輻板上所有節(jié)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力圍應(yīng)低

7、于許用應(yīng)力，即：1) 用加工中心加工的車(chē)輪 360 MPa；2) 未用加工中心加工的車(chē)輪290 MPa；3) 最大Von Mises應(yīng)力低于車(chē)輪材料彈性極限355 MPa。經(jīng)分析，車(chē)輪受力最大處符合強(qiáng)度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析得最大應(yīng)力約為176.8MPa，最小應(yīng)力約為0.018MPa。最大應(yīng)力發(fā)生在軸承座與防塵座連接處。 最大變形為0.02517mm。故該車(chē)輪分析滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。輪對(duì)的分析：1、 輪對(duì)的裝配1、輪對(duì)壓裝位置要求：(1)輪對(duì)側(cè)距離L=(1 353±2) mm,且任意3處距離差不大于1 mm。當(dāng)側(cè)距離L不符合規(guī)定時(shí),不得向外側(cè)調(diào)壓,但當(dāng)輪對(duì)側(cè)距離比規(guī)定的最小距離小1 mm以

8、下時(shí)或因車(chē)輪輾制不均勻而致使任3處距離差超過(guò)規(guī)定時(shí),可以通過(guò)旋削輪輞側(cè)面進(jìn)展調(diào)整。(2)輪對(duì)輪位差: L1-L2 3 mm。2、裝配過(guò)程：添加車(chē)軸固定添加車(chē)輪同軸心配合對(duì)稱(chēng)約束添加距離完成2、 輪對(duì)的CAE分析1、理論要求：為保證運(yùn)行過(guò)程中，車(chē)輪不會(huì)與車(chē)軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或脫離，輪軸之間應(yīng)有足夠的接觸壓應(yīng)力。在標(biāo)準(zhǔn)EN13260:1998對(duì)輪對(duì)輪軸過(guò)盈量j有如下規(guī)定：a)采用收縮裝配:0.0009dmj 0.0015dm;b)采用壓力裝配:0.0010dmj0.0015dm+0.06;其中:dm表示輪座位置軸的平均直徑，單位為mm。dm=194mm時(shí)，0.174mmj0.291mm2、應(yīng)力分析1)

9、前處理：A定類(lèi)型：靜態(tài)分析B畫(huà)模型：將裝配圖進(jìn)展爆炸，方便選擇配合的面C設(shè)屬性：將所有零件材料選擇碳鋼板，將軸頸和輪轂孔處添加冷縮配合D分網(wǎng)格：自由網(wǎng)格劃分2)求結(jié)果：添約束：車(chē)軸中間面處固定幾何體約束加載荷：在軸頸和車(chē)輪接觸斑處施加70000N的力查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)展檢查。求結(jié)果：進(jìn)展有限元分析3)后處理： 列結(jié)果：列約束反力繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖位移圖應(yīng)變圖應(yīng)力圖 顯動(dòng)畫(huà)：觀察變形動(dòng)畫(huà)和應(yīng)力動(dòng)畫(huà) 下結(jié)論：運(yùn)行結(jié)果與受力分析結(jié)果比較3、 強(qiáng)度評(píng)價(jià)車(chē)輪和車(chē)軸之間的裝配屬于壓裝配合。又因?yàn)樵谲?chē)軸的車(chē)輪座直徑為202+1mm，車(chē)輪的輪轂孔位200-2mm，輪座和輪轂孔間所受的作

10、用力最大。軸箱彈簧外簧的CAD/CAE分析1、 問(wèn)題描述制造工藝過(guò)程: 修正下料端部加熱鍛尖加熱卷繞淬火回火強(qiáng)化處理噴丸、強(qiáng)壓、滲碳磨平端面試驗(yàn)或驗(yàn)收。三段直線掃描法: 彈簧是由簧條圓繞三條首尾相連的直線扭轉(zhuǎn)而成的，故其造型過(guò)程為：先繪制三條首尾相連的直線，再繪制簧條圓，然后利用掃描特征中的沿路徑扭轉(zhuǎn)命令依次創(chuàng)立彈簧基體，最后利用拉伸切除特征創(chuàng)立支撐圈。彈簧的尺寸如以下圖，此處以右旋外圈簧為例進(jìn)展分析。2、 CAD設(shè)計(jì)CAD零件工程圖外簧的建模過(guò)程：三段直線線簧條圓三次掃描切支撐圈完成3、 CAE設(shè)計(jì)1. 受力分析彈簧下端壓在軸箱支座上，上端受壓力作用，發(fā)生大的彈性變形。2. 應(yīng)力分析1) 前

11、處理：A. 定類(lèi)型：靜態(tài)分析B. 畫(huà)模型：三段直線法C. 設(shè)屬性：合金鋼D. 分網(wǎng)格：2) 求結(jié)果：A. 添約束：在底面上添加固定幾何體約束。B. 加載荷：采用加位移的方法加載。C. 查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)展檢查。D. 求結(jié)果：進(jìn)展有限元分析。3) 后處理：A. 列結(jié)果B. 繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖。位移圖應(yīng)變圖應(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3. 強(qiáng)度評(píng)價(jià)彈簧位移1mm時(shí)的力即為彈簧的剛度，可看出的靜強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。在進(jìn)展CAE設(shè)計(jì)時(shí)，由于支撐圈會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果有影響，所以將支撐圈壓縮，并將有效圈切割后分析。螺旋彈簧在壓縮變形過(guò)程中，彈簧截面所承受的載荷包括剪應(yīng)力、扭矩、轉(zhuǎn)矩、壓應(yīng)力，加上彈簧絲有一定的曲率，其實(shí)際變形以及應(yīng)力分布相當(dāng)復(fù)雜。而其位置出現(xiàn)在圓柱螺旋彈簧的位置在一側(cè)，符合了經(jīng)典理論對(duì)圓柱螺旋彈簧的分析結(jié)果在受壓縮情況下，圓柱螺旋壓縮彈簧任意截面所作的應(yīng)力分析的根底上得出,與彈簧線材軸線成=135°斜截面上的為最大正應(yīng)力。因此這類(lèi)彈簧的疲勞開(kāi)裂大多起裂于圓外表,沿=135°斜截面擴(kuò)展并導(dǎo)致疲勞斷裂。收獲：在即將完畢的本學(xué)期完成了這次輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)，雖然做到的有點(diǎn)匆忙，但還是學(xué)到了很多東西。首先通過(guò)商教師的動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)我學(xué)到