輪對軸箱課程設計

課程設計說明書@SOOCHOWUNIVERSITY$趙雷$趙雷06學生姓名學號"指導教師姓名專業(yè)名稱研究方向目錄同組成員朱忠奎教授城市軌道交通車輛工程(地鐵轉向架輪對軸箱沈澍東，唐聞超1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.11.計劃任務書———————————————————————————3任務的分析與確定工作——————————————————————4設計工作量———————————————————————————4車軸的計算選擇————————————————————————4車輪的設計——————————————————————————10軸承壽命計算—————————————————————————10軸箱設計———————————————————————————13軸箱定位裝置的設計———————————————————————14課程設計感受——————————————————————————15課程設計總結——————————————————————————16參考文獻————————————————————————————16、設計任務書地鐵車輛輪對軸箱的設計計算}要求以動車組車輛為虛擬對象，設計輪對軸箱，包括：輪對的結構、軸箱的結構、軸承的計算、軸箱的定位裝置的確定等。同時對軸承的壽命進行適當的計算分析。畫出系統(tǒng)的總裝配圖，并畫出軸箱的總裝配圖，3個左右的零件圖。編寫設計說明書1份。分組情況本小組三人，設組長1人，分工合作完成。參考資料遐思樓113、115房間轉向架模型。車輛結構與原理相關書籍。機械設計相關書籍及手冊。設計時間——小組成員趙雷，沈澍東，唐聞超、任務的分析與確定工作內容輪對軸箱裝置主要包括車輪、車軸、軸箱與軸箱定位裝置。前期主要是搜集相關資料，查閱有關書籍，以及對動車組模型進行觀摩研究。后期設計中，根據地鐵車輛承載情況確定車軸尺寸與材料，其次選定車輪。然后根據載荷情況選擇軸承，并對軸承進行壽命計算。最后根據地鐵車輛運行特點，考慮安全舒適，綜合比較各種軸箱定位裝置的特點，選擇一個合適的軸箱定位裝置。在確定結構后，畫出裝配圖，零件圖，并根據裝配情況對前面零件做適當修改并校核。三、設計工作量1、軸箱裝配圖一張2、車輪零件圖】3、車軸零件圖車軸的計算選擇車輛車軸設計與強度計算方法一、車軸彎矩的計算以上海2號線鐵為依據，當超員時單節(jié)車輛質量約為641,考慮到高分時期超載更嚴重，以嚴重超員時車輛重為701計算。單節(jié)車輛有兩個轉向架，每個轉向架設有兩根車軸，則每根車軸的軸荷重為70/4=。￥下面給出有關車軸計算的相關數據，參數選擇參考上海地鐵二號線車輛：根據速度以及軸重參照了GB_12814_1991_鐵道車輛用車軸型式與基本尺寸，選定的車軸為RD3形式，并根據實際車車輛要求修改了相關參數，初步選擇車軸材料為50鋼。裝有滾動軸承時，對于50鋼軸頸部位疲勞許用應力取[。一1]G=。無壓配合部位的疲勞許用應力取[o—l]G=162MPa。輪座疲勞許用應力取[。一1]G=?？箯澖孛婺Ａ堪匆韵鹿接嬎悖篧二兀d3/3270軸荷重： T=—g=175kN4車輪直徑： D=0.860m車輪滾動圓半徑：r=0.430m左右軸頸載荷作用線間距離：L=2.102m2左右車輪滾動圓中心線間距離： S=1.493m橫向載荷：H=-0.3x17.5x10=-52.5kN車輛中心至車軸中心線距離：h=1.3m左軸頸上作用的垂向總載荷：P=(1+3)x-+ay'T'h=106.844kNl2 2L2左車輪的橫向反力：F=H=52.5kN%1+aTa-T-(h+r)R=——--+ ——-——-=267.737KN左車輪的垂向反力：A2 2 S垂向動荷系數：aZ=橫向動荷系數：ay二上面的系數由下表查得TB/T2705-96使用最高速度km/h垂向動載荷aZ橫向動載荷ay120以下

120到160#為了方便計算，我們將上面算得的數據以及其它一些參數列于下表：序號內容代號單位數據1計算截面抗彎截面模量Wm32車輛自重引起的垂向靜載荷QckN￥3車輛載重引起的垂向靜載荷GkN4輪對自重引起的垂向靜載荷q!kN5軸荷重TkN6>車輪直徑Dkm7車輛滾動圓半徑rm—8車輛重心至車軸中心線距離hm9左、右軸頸載荷作用線間距離]L2m10左、右車輪滾動圓中心線間距離Sm

(11橫向載荷HkN12左軸頸上作用的垂向總載荷PL(kN13右軸頸上作用的垂向總載荷PRkN14|左車輪的橫向反力FkN15左車輪的垂向反力RAkN16右車輪的垂向反力RBkN17校核截面至Pi作用力的距離lim18校核斷現直徑dm?19校核截面彎矩MkN,m20車輛車軸鋼標準試樣疲勞極限（下限值）□-1(MPa21校核截面應力□MPa22強度安全系數n23校核斷面疲勞許用應力[□T]GMPa~24垂向動荷系數aZ25橫向動荷系數(ay

1—155CO3如上圖， ~下面我們對其做相應的彎矩計算l為PL至b—b截面的距離bl=377.5mml為PL至b—b截面的距離bl=377.5mm=0.3775mbl為RA至b—b截面的距離AlA二54mm二°.°54ml為PL至a—a截面的距離al=92.5mm=0.0925mal為PL至c—c截面的距離cl=385mm=0.385mcl為RA至c—c截面的距離Cl=61.5mm=0.0615mC則：M二P-1二106x0.091二9.646kN-maLaM二P-1+F-r-R-1二48.67kN-mb Lb AAM二P-1+F-r-R-1二78.99kN-mc Lc AC二．計算車軸扭矩我們設計的為拖車車軸，則車軸的扭矩主要體現在加速和制動的過程中。因為緊急制動時加速度大于啟動過程中的加速度，所以可以直接計算車軸緊急制動時的扭矩：取地鐵車輛緊急制動加速度為1.38m/s2車輛超載時軸重701,得車輛制動力：F=m-a=96600N總每節(jié)車輛有8個車輪，則每個車輪上受到的制動力：F二F/8二12075N總)忽略制動盤受到夾盤或閘瓦的阻力，因為夾盤和閘瓦的制動力和車輪收到的摩擦力相反，所以忽略時算得的2個車輪間的扭矩大于實際情況下的扭矩，故驗證合格時車軸即是安全的并且有一定的安全裕度。M=F-r=5.192kN-m扭其中r為車輪滾動圓半徑下面驗證車軸危險截面的強度a-a截面：Mb=a=44.7MPaaWab-b截面:i 、':M2+0.6-M2b=b d=68.16MPab Wbc-c截面：'■M2+0.6-M2b=一c d=153MPacWca-a截面為軸頸部位，b-b為輪座部位，c-c為無壓配合部位。由于算得的應力值小于50鋼的各項規(guī)定數值，所以，設計的車軸以及選用的材料符合安全要求。車輪的設計車輪內側距為1353mm。車輪按JISE5402《鐵道車輛——碳素剛整體碾壓車輪》設計和生產，車輪采用整體軋制車輪。整體輾鋼車輪直徑新輪①860mm最大磨耗直徑為790mm。材質：SSW-Q3R踏面硬度：44-50HS踏面形狀：LMA輪輞寬度：135mm非動力輪采用熱壓裝配制動盤。動車轉向架輪對由車軸，車輪（帶有制動盤，簡稱輪盤）,軸制動盤及軸承構成。為確保安全性和可靠性，車輪，大齒輪，軸盤等采用冷壓法壓裝在車軸上。車輪與車軸的裝配采用注油壓裝。為保證輪軸在裝配后形成規(guī)定的壓裝力，裝配后應進行反向壓力檢驗。下圖為車輪的草圖：(軸承壽命算下面為計算軸承壽命相關的數據環(huán)境溫度/°C -45?40軸承最高溫升/°C 5O

車輛定員質量(正常運行情況下，車輛絕大部分時間都不會達到定員，當達到定員90%時就會增派列車數，緩解車輛載荷，所以以定員時車重來計算所得的會有一定的安全裕度)簧下質量約2t軸荷重/t T=(56.91—2)一4=13.7275t左軸頸上作用的總載荷P二(1+3)--+ay'T'h二76kNl2 2L2則軸承徑向載荷F二P二76kNrL根據軸承參數如下圖@B軸頸作用載荷初步選定軸承型號為352226EKB型號【外形尺寸(mm)結構計算系數基本負荷(KN)重量*dDTCBbD1RsminrsmineY1Y2Y0動靜潤躺滑油潤滑352226EK13023014912064——41@8901760130017003522ZSEKbearm^s圓誰滾子抽承

P派生軸向載荷F=一=19.68kNa2Y地鐵車輛速度不高屬于中等沖擊，在軌道運行則更為平穩(wěn)，所以根據下表選載荷系數f二p|載荷性質載荷系數fP舉例無沖擊或輕微沖擊電機、汽輪機、通風機、水泵等中等沖擊或中等慣性力機床、車輛、動力機械、起重機、造紙機、選礦機、冶金機械、卷揚機械等強大沖擊碎石機、軋鋼機、鉆探機、振動篩等P二f(F+Y-F)二127kNpr1a根據環(huán)境溫度以及軸承最高溫升算得軸承工作溫度〈120*查下表得：f=1t溫度系數軸承工作溫度/OCw120125150175200225250300350溫度系數ft{滾子軸承￡=￡]Lo=(牛)￡=658.59x106r由車輪直徑得每轉一周Sd=2.7m總路程S二LXS二177.8萬公里總10查閱地鐵車輛軸承壽命，軸承壽命要和車輛廠修相一致，即車輛運行120萬公里路程。綜上，所選軸承滿足要求。軸箱&設計軸箱采用鑄造制成，軸箱裝在車軸兩端的軸頸上，作用是將輪對與構架聯(lián)系在一起，使輪對沿鋼軌的滾動轉化為車體沿線路的平動，傳遞個方向的作用力。潤滑高速轉動的軸頸，減少摩擦，降低運行阻力，防止熱軸；防止砂塵、雨水等異物進入軸承及軸頸等部分，保證車輛安全運行。此處軸箱為滾動軸承軸箱，因為滾動軸箱啟動阻力小，游隙小，維護方便，節(jié)油和節(jié)省有色金屬。所以現代車輛上都采用滾動軸承軸箱。軸箱用材采用鑄鋼SCA50，其許用應力見下表:性能抗拉屈服強度超常載荷需用運用載荷需用運用載荷疲勞分類強度應力應力極限485260260}110前蓋及后蓋由鋁制成，以此來達到減輕重量；軸箱體分為主體和壓板2部分，主體和壓板之間夾有定位橡膠，裝配后以組合單元件安裝在轉向架的框架上；前蓋一般用于安裝速度傳感器，主要種類有AG37、AG43、LKJ200等，無互換性，后蓋為迷宮式結構以防止雨水、塵埃等的侵入；前蓋上設有車輪踏面修正、研削時使用的橡膠蓋，橡膠蓋上有吸潮器，吸潮器能防止因軸承溫度上升引起壓力增加及防止漏油；各個車軸箱體的側面設置有對車軸軸承狀態(tài)進行監(jiān)視的軸承溫度檢測裝置，當軸承溫度達到一定值以上時，溫度保險絲就溶斷并發(fā)出軸溫異常通知的功能，裝置的規(guī)格如下：動作溫度：1650內置溫度保險絲的設定溫度：1440軸箱前蓋以及后蓋螺栓為M22軸箱定位節(jié)點壓蓋處螺栓為M10軸箱前蓋處有橡膠蓋排油孔螺栓及油封墊為M24X軸承采用油脂潤滑，使用的油脂商標為“SHIERUNERITA2858”；在使用軸承時，最為重要的是：“保持清潔”、“防銹”、“不可受沖擊”。軸箱定位裝置的設計轉臂式軸箱定位裝置采用轉臂與軸箱一體式結構，轉臂與構架通過定位節(jié)點連接。轉臂式軸箱定位裝置有如下特點：1、 軸箱與構架之間無自由游隙和滑動部件。2、 組成零件少，分解和拆裝容易。3、軸箱的上下，左右及前后的定位剛度可以獨立設定，比較容易滿足轉向架懸掛系統(tǒng)的最佳設計要求。既可以確保良好的乘坐舒適行，又能兼顧高速運行性能和良好的曲線通過性能。由于轉臂式軸箱有如上特點，所以選用轉臂式軸箱定位裝置。軸箱定位裝置結構尺寸：轉臂水平長度d=500mm。車軸中心至螺旋彈簧下端面的垂直高度為h=143mm轉臂要有足夠的剛度和強度且質量不能過大，因此，將轉臂設為空心狀以增加轉臂的抗彎能力同時降低質量。同在轉臂底板處設有橢圓形的孔以減輕轉臂質量，并且不影響轉臂的力學性能。課程設計感受相比上次課程設計，在本次課程設計中，我體會到設計過程的困難重重，從資料的搜集，材料的篩選，數據的整理，到計算方法的確定，方法的比較，材料的確定。我體會到很多不實踐就無法理會的困難。尤其是每一個部件，每一個方面都要細加斟酌。每一個部件，每一個細節(jié)都會影響設計產品的安全。本設計中，我也體會到設計人員的責任與壓力。不能馬虎從事，因為自己擔當的也許是許多人的安全。設計中也有很多找不到其他相關資料的部分，這就需要自己細加思考，往往設計會被一些細節(jié)給停頓住，這時需要組員充分發(fā)揮自己的想象。設計本來就是一種無中生有的過程。在從無到有過程中體現了設計者的聰明才智。但是要設計本沒有的東西，困難往往很大。也許我們設計的并不是最好的，但是我們的確用心去設計和校核了。團隊的合作需要組員有良好的協(xié)調能力。在有些方面組員之間會有一些意見分歧，大家共同討論，并且通過和別的團隊一起討論來克服設計中的種種困難。在這次的設計中，最大的收獲莫過于第一次用CAD畫自己設計的圖。畫圖是一個單調的過程，但是在畫自己的圖時，卻充滿著樂趣，因為我們抱著極大的熱情去面對畫圖過程中不知道的困難，很多不熟悉的，通過課本，自己自學，同時溫習了自己已經學過的，我相信，這次設計已經讓我得到了長足的進步，但是設計仍然存在很多問題，不可能解決所有的問題。望老師批評改正。課程設計總結三周的機械原理課程設計結束了，在這次實踐的過程中我以及團隊成員認真負責，完成設計任務，期間首先分析輪對軸箱組成，然后對搜集地鐵車輛相關數據