EMU動(dòng)車輪對(duì)三維設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書EMLgj車輪對(duì)三維設(shè)計(jì)學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號(hào)：作者姓名：指導(dǎo)教師：任務(wù)書課題EMU/J車輪對(duì)三維設(shè)計(jì)姓名專業(yè)車輛，程班級(jí)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：1 .掌握高速動(dòng)車組（EMU輪對(duì)的基本組成；2 .參照CRHa車車軸的結(jié)構(gòu)，完成對(duì)車軸的三維建模；3 .掌握CRHa車車輪的基本結(jié)構(gòu)和車輪踏面的輪廓特征，完成對(duì)車輪的三維建模；4 .了解制從動(dòng)齒輪的作用及參數(shù)，完成制動(dòng)盤的三維建模。5 .完成從動(dòng)齒輪及車輪在車軸上的裝配。系統(tǒng)功能要求：動(dòng)車輪對(duì)三維建模正確。重點(diǎn)研究問(wèn)題：EMUS車車輪對(duì)的特點(diǎn)及三維建模。需達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)：三維建模尺寸合理。設(shè)計(jì)要求1 .學(xué)會(huì)文獻(xiàn)檢索的基本方法；2 .止確測(cè)量設(shè)計(jì)

2、對(duì)象的主要尺寸；3 .使用solidworks軟件元成動(dòng)車車軸，車輪和從動(dòng)齒輪的二維建模及裝配。4 .完成3000字論文，論文格式需符合學(xué)校規(guī)定。指導(dǎo)教師簽字系主任簽字主管院長(zhǎng)簽章摘要現(xiàn)階段我國(guó)高速鐵路技術(shù)正處于飛速發(fā)展的階段，但是受我國(guó)鐵路技術(shù)起步晚、基礎(chǔ)研究薄弱、軌道交通學(xué)科發(fā)展落后這一基本現(xiàn)狀的制約，我國(guó)高速鐵路技術(shù)與德國(guó)、法國(guó)、日本這些高鐵強(qiáng)國(guó)還有很大的差距。在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，引進(jìn)國(guó)外高速鐵路技術(shù)發(fā)展我國(guó)軌道交通系統(tǒng)并于此基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)“引進(jìn)、消化、吸收與再創(chuàng)新”就顯得尤為重要。高速動(dòng)車組就是典型的高鐵技術(shù)代表之一，為實(shí)現(xiàn)高速鐵路的跨越式發(fā)展，解決我國(guó)運(yùn)輸瓶頸與科研的技術(shù)難題，20

3、04年我國(guó)開(kāi)始從日本、德國(guó)、法國(guó)引進(jìn)了一批高速動(dòng)車組并與外方進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)，現(xiàn)在我國(guó)正在不斷消化吸收高速動(dòng)車組關(guān)鍵技術(shù)，并逐步形成我國(guó)自主的技術(shù)平臺(tái)。隨著列車開(kāi)行速度的提高，對(duì)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架安全性、舒適性與曲線通過(guò)能力也就提出了越來(lái)越高的要求。高速轉(zhuǎn)向架的研發(fā)設(shè)計(jì)也就成為高速鐵路技術(shù)里一項(xiàng)極其重要的子系統(tǒng)，考慮到高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)以及相對(duì)應(yīng)的輪軌關(guān)系是消化吸收再創(chuàng)新的重點(diǎn)，本課題研究?jī)?nèi)容就是電動(dòng)車組動(dòng)力轉(zhuǎn)向架輪對(duì)的三維設(shè)計(jì)，希望通過(guò)本課題的研究加深對(duì)高速動(dòng)車組技術(shù)的理解。本文主要設(shè)計(jì)分析了CRHi型動(dòng)車輪對(duì)的基本結(jié)構(gòu)組成、主要技術(shù)參數(shù)和裝配關(guān)系，基于Solidworks三維建模軟件初步完成動(dòng)車輪對(duì)

4、的結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)，最后對(duì)車軸的應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；轉(zhuǎn)向架；輪對(duì)目錄任務(wù)書摘要I1 .緒論2 .EMU動(dòng)車組輪對(duì)2.1. 定義2.2. 作用2.3. 要求2.4. 組成2.4.1. 車軸2.4.2. 車輪2.5. 組裝I2.6. 踏面I2.6.1. 標(biāo)準(zhǔn)踏面存在的主要問(wèn)題I2.6.2. 解決方法：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面I2.6.3. 磨耗型踏面優(yōu)缺點(diǎn)I3 .三維建模I3.1. 車軸的三維建模III3.2. 車輪的三維建模IV3.3. 制動(dòng)盤的三維建模V3.4. 從動(dòng)齒輪的三維建模V3.5. 裝配VI4 .車軸強(qiáng)度分析VII參考文獻(xiàn)IX1.緒論自從1964年日本建成世界上

5、第一條東京至大阪高速運(yùn)營(yíng)鐵路以來(lái)，在短短的四十多年里，高速鐵路從無(wú)到有，發(fā)展迅速。截止2010年底前，世界投入運(yùn)營(yíng)的高速鐵路近2.5萬(wàn)公里，我國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)近萬(wàn)公里。占世界高速鐵路總里程的30%穩(wěn)占世界第一。其中主要分布在我國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)、意大利、比利時(shí)、荷蘭、瑞典、贏過(guò)、韓國(guó)我國(guó)臺(tái)灣等17個(gè)國(guó)家和地區(qū)。高速鐵路作為一種安全可靠、快捷舒適、運(yùn)載量大、低碳環(huán)保的運(yùn)輸方式，已逐漸成為世界交通發(fā)展的重要趨勢(shì)。2.EMU動(dòng)車組輪對(duì)2.1. 定義兩個(gè)車輪和一根車軸按規(guī)定的壓力和尺寸牢固的壓在一起叫做輪對(duì)。2.2. 作用輪對(duì)的作用是保證機(jī)車車輛在鋼軌上的運(yùn)行和轉(zhuǎn)向，承受來(lái)自機(jī)車車輛的全部靜、動(dòng)載

6、荷，把它傳遞給鋼軌，并將因線路不平順產(chǎn)生的載荷傳遞給機(jī)車車輛各零部件。此外，機(jī)車車輛的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)也是通過(guò)輪對(duì)起作用的。2.3. 要求1）足夠的強(qiáng)度；2）重量小，具有一定彈性；3）阻力小，耐磨性好；4）能適應(yīng)車輛直線運(yùn)行，同時(shí)又能順利通過(guò)曲線，具備必要的抵抗脫軌的安全性具有嚴(yán)格的尺寸要求。2.4. 組成2.4.1. 車軸1）軸頸：車軸上與軸承相作用的部分；2）輪座：車輪壓裝處，也是車軸上直徑最大的部分；3）防塵板座：客、貨車車軸上軸頸與輪座之間的過(guò)渡處，其上裝有滑動(dòng)軸箱的防塵板或滾動(dòng)軸箱的后擋板；4）軸身：兩車輪之間的部分，有些客、貨車車軸的軸身自輪座向中央逐漸縮小，也有一些軸身通長(zhǎng)為圓柱形，采

7、用盤形制動(dòng)的制動(dòng)盤組裝在軸身上。2.4.2. 車輪1）踏面：車輪上與鋼軌相接觸的部分。2）輪緣：位于鋼軌的內(nèi)側(cè)，可防止輪對(duì)滾動(dòng)脫軌，并起導(dǎo)向作用3）輪物：具有完整踏面的徑向厚度部分。4）輪轂：車輪緊固車軸的部分。5）輻板：輪轂與輪物的板狀連接部分。2.5. 組裝輪對(duì)的組裝工藝通常有兩種：熱套和液壓套裝。所謂熱套，就是將輪心加熱后套到車軸，輪轂加熱后套到輪心。而所謂液壓套裝，就是在車輪與車軸拆裝過(guò)程中，通過(guò)專門的液壓設(shè)備向輪座接觸面處注入高壓油，使輪座孔擴(kuò)張并同時(shí)施以軸向推力將車輪壓入或退出。2.6. 踏面1:20斜面的作用：在直線上自動(dòng)對(duì)中，在曲線上使外輪滑動(dòng)量小。1:10斜面的作用：通過(guò)小曲

8、線時(shí)，可進(jìn)一步減小外輪滑動(dòng)量。2.6.1. 標(biāo)準(zhǔn)踏面存在的主要問(wèn)題踏面和輪緣磨損嚴(yán)重，尤其是在新踏面投入運(yùn)用的前期。原因：錐形踏面與鋼軌的接觸區(qū)域，明顯地僅為狹小面積接觸，因此產(chǎn)生局部磨耗，使踏面呈凹形，但當(dāng)踏面達(dá)到某種凹形程度后，外形便保持相對(duì)穩(wěn)定。2.6.2. 解決方法：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面研究表明：當(dāng)錐形踏面磨耗到一定的凹形程度后，外形便相對(duì)穩(wěn)定，磨耗速度減?。ù藭r(shí)輪軌接觸區(qū)域較寬）。因此，我們可直接將新踏面做成磨耗形狀，即磨耗型踏面。2.6.3. 磨耗型踏面優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）延長(zhǎng)鍵輪公里因輪軌接觸點(diǎn)變化范圍較大，使輪軌磨耗較均勻,并減少鍍輪時(shí)的車削量。（2）在同樣的接觸應(yīng)

9、力下，容許更高軸重（因輪軌接觸面積較大）。（3）減少了曲線上的輪緣磨耗因錐形踏面在曲線上時(shí)輪軌為兩點(diǎn)接觸，而磨耗型踏面在曲線上時(shí)輪軌為一點(diǎn)接觸0缺點(diǎn)：等效斜度大，蛇形穩(wěn)定性差。3 .三維建模輪對(duì)為空心車軸，按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13104（動(dòng)車）和EN13103（拖車）進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)有相應(yīng)的輪座和制動(dòng)盤座。帶有拆卸用注油孔的整體式車輪，車輪材質(zhì)ER9車輪壽命150萬(wàn)km,車輪內(nèi)側(cè)距1353mm。動(dòng)車制動(dòng)盤為輪盤，每輪對(duì)2組；拖車為軸盤，每輪對(duì)3組。3.1. 車軸三維建模車軸為空心車軸，中心有一個(gè)直徑為60mm勺通孔，該通孔一方面可以減輕車軸的質(zhì)量大約5060kg,另一方面它也為超聲波無(wú)損探傷提供了很大

10、的方便，通過(guò)它可以很方便地對(duì)車軸的任何一截面進(jìn)行詳細(xì)探傷。它包括軸頸、防塵板座、輪座、軸身、齒輪座等部分。依據(jù)EN13104（動(dòng)車）進(jìn)行設(shè)計(jì)，動(dòng)車車輪上安裝制動(dòng)盤。軸頸用以與軸承配合，防塵板座是車軸與防塵板配合的部位，輪座是車輪與車軸配合的部位，為了保證輪軸之間的壓緊力，輪座直徑比輪轂孔大0.10-0.35mm。參照?qǐng)D2.69（a）2動(dòng)車車軸進(jìn)行三維建模，過(guò)程如下：以輪座處的直徑進(jìn)行草圖圓繪制一兩側(cè)拉伸一繪空心通孔草圖一拉伸切除、完全貫穿一繪軸頸草圖一反側(cè)切除一繪防塵板座草圖一反側(cè)切除一繪軸身草圖一反側(cè)切除一鏡像軸頸、以塵板座特征一繪輪座與齒輪座間的軸身草圖一反側(cè)切除一繪齒輪座槽草圖一反側(cè)切除

11、一鏡像齒輪座槽切除特征一變截面處圓角過(guò)渡。圖3.1車軸三維建模3.2. 車輪三維建模車輪踏面是按照LMAffl踏面鍍制的，車輪公差的標(biāo)注是按照適用于該車輪的規(guī)則進(jìn)行的。車輪的公稱直徑為915mm，磨耗到限的直徑為835mm。車輪輪轂上的注油孔主要是為拆裝車輪時(shí)注入高壓油而設(shè)置的。動(dòng)車車輪上安裝制動(dòng)盤，拖車車輪上不安裝制動(dòng)盤。動(dòng)車組車輪通常采用整體車輪，它包括輪緣、踏面、輪物、輪轂孔、輻板、輻板孔等部分。車輪踏面可參照?qǐng)D2.100CRH2車輪踏面形狀2和圖2.68（a）動(dòng)車車輪2進(jìn)行草圖繪制。建模過(guò)程：以車輪輪緣處最大圓周處直徑繪圓草圖一以輪轂長(zhǎng)度為厚度進(jìn)行拉伸（輪坯）一繪輪轂孔草圖一完全貫穿切

12、除一繪輪轂外側(cè)圓草圖一反側(cè)切除一繪輻板草圖一拉伸切除一繪踏面草圖一旋轉(zhuǎn)切除一繪輻板孔草圖一完全貫穿拉伸切除一繪注油孔草圖一旋轉(zhuǎn)切除一繪輪轂孔油槽草圖一拉伸切除一截面突變處圓角過(guò)渡。圖3.3車輪三維建模IB.圖3.4車輪踏面形狀示意圖3.3. 制動(dòng)盤三維建模輪裝制動(dòng)盤是動(dòng)車組輪對(duì)的重要部件，分內(nèi)盤和外盤，采用定位銷定位，用高強(qiáng)度螺栓和螺母，將制動(dòng)盤與車輪的輻板固定在一起。當(dāng)動(dòng)車組需要減速或停車時(shí)，控制各制動(dòng)單元的夾鉗收縮與制動(dòng)盤接觸，通過(guò)安裝在夾鉗上的閘片與輪裝制動(dòng)盤摩擦，實(shí)現(xiàn)列車的減速或停車。制動(dòng)輪盤可參照?qǐng)D2.68（a）動(dòng)車車輪和圖1輪裝制動(dòng)盤組裝示意圖5進(jìn)行建模。建模過(guò)程：繪輪盤草圖一拉伸

13、一繪輪盤孔草圖一完全貫穿、拉伸切除一繪凸臺(tái)草圖一拉伸切除一繪定位銷孔、螺栓孔草圖一拉伸切除一截面突變處圓角過(guò)渡圖3.5制動(dòng)盤三維建模3.4. 從動(dòng)齒輪三維建模齒輪箱里有一根小齒輪軸，它與一個(gè)直接安裝在驅(qū)動(dòng)軸上的從動(dòng)齒輪相嚙合（單級(jí)減速齒輪）。齒輪經(jīng)過(guò)硬化熱處理，其工作表面經(jīng)過(guò)磨削，能在電動(dòng)機(jī)與車軸之間進(jìn)行平滑而穩(wěn)定的動(dòng)力傳遞。齒輪箱技術(shù)數(shù)據(jù)如下表所示：表3.1齒輪箱技術(shù)數(shù)據(jù)傳動(dòng)比89/24=3.71法向模數(shù)6.0中心距355mm質(zhì)量（整個(gè)傳動(dòng)裝置）約330kg從動(dòng)齒輪采用直齒輪，參照CRH動(dòng)車組車軸齒輪箱主要技術(shù)數(shù)據(jù)，在SolidWorks三維造型軟件中打開(kāi)辦公室產(chǎn)品中的Toolbox插件，選

14、才GB中的動(dòng)力傳動(dòng)齒輪，對(duì)齒輪配置零部件，選擇對(duì)應(yīng)的參數(shù)，生成所需的零部件。再繪制草圖，切除，形成齒輪孔槽、輻板。圖3.6從動(dòng)齒輪三維建模3.5. 裝配輪對(duì)組裝過(guò)程采用熱壓裝配整體車輪工藝方法。動(dòng)力輪對(duì)采用熱壓裝配齒輪，非動(dòng)力輪對(duì)則采用熱壓裝配制動(dòng)盤的工藝方法。車輪內(nèi)側(cè)距為1353mm車輪與車軸為過(guò)盈配合，車輪與從動(dòng)齒輪采用熱壓裝配。制動(dòng)輪盤通過(guò)定位銷定位，用螺栓與螺母將輪盤與車輪輻板連接起來(lái)。圖3.7裝配模型4 .車軸強(qiáng)度分析根據(jù)最大軸重、牽引電動(dòng)機(jī)軸最大牽引扭矩來(lái)計(jì)算車軸所受載荷，軸重不超過(guò)16t,電動(dòng)機(jī)軸最大牽引扭Td=2155Nm。齒輪箱傳動(dòng)比i=3.71,齒輪傳動(dòng)效率=0.99。車軸

15、所受扭矩:TTdi21553.710.997915.1Nm軸頸處所受載荷：F1610009.81.52117600NT1Tl1/（l112）T2Tl2/（l1l2）其中：1i=1184mml2=324mm（1i為遠(yuǎn)離齒輪輪座處扭矩作用點(diǎn)，l2為靠近齒輪輪座處扭矩作用點(diǎn)）由上式計(jì)算可得出輪座處所受扭矩：Ti6214.5Nm（遠(yuǎn)離齒輪處）T21700.6Nm（靠近齒輪處）在solidworks中打開(kāi)Simulation插件，選擇車軸材料，在車軸相應(yīng)位置處，依據(jù)以上載荷、扭矩進(jìn)行約束及加載荷，進(jìn)行強(qiáng)度分析，分析結(jié)果如下圖所示。由分析結(jié)果可知，車軸軸頸處變形較大，變形量可達(dá)0.157mm,故車軸符合要

16、求,設(shè)計(jì)也合理。參考文獻(xiàn)1王伯銘.高速動(dòng)車組總體及轉(zhuǎn)向架M.成都：西南交通大學(xué)出版，20082商躍進(jìn).動(dòng)車組車輛構(gòu)造與設(shè)計(jì)M.成都：西南交通大學(xué)出版社，20103張曙光.CRH型動(dòng)車組M.北京：中國(guó)鐵道出版社，20084商躍進(jìn)，曹茹.Solidworks2014三維設(shè)計(jì)及應(yīng)用教程M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20145王進(jìn)寶.動(dòng)車輪對(duì)制動(dòng)盤螺母開(kāi)裂原因分析及建議J.機(jī)車車輛工藝，第3期2011課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書EMLgj車輪對(duì)三維設(shè)計(jì)學(xué)科、專業(yè)：車輛工程學(xué)號(hào)：作者姓名：指導(dǎo)教師：蘭州交通大學(xué)LanzhouJiaotongUniversity任務(wù)書課題EMU/J車輪對(duì)三維設(shè)計(jì)姓名專業(yè)車輛，程班級(jí)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：1 .掌握高速動(dòng)車組（EMU輪對(duì)的基本組成；2 .參照CRHa車車軸的結(jié)構(gòu)，完成對(duì)車軸的三維建模；3 .掌握CRHa車車