转向架轴箱弹簧及轮对结构分析CRH2动组轮对与轴箱弹簧CADCAE设计

1、动车组设计大作业CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CA段计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以 标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究 成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版

2、 本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录 检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段 保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全 部内容。作者签名： 日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、

3、 使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名:日期： 年 月摘 要：在我国，铁路是国家的重要基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工 具，在交通运输行业中起着主导性作用。随着时速200km/h高速动车组的引进,如何评价引进动车组的安全性、可靠性等成为十分紧迫和重要的问题。对于高速 动车组而言，转向架的重要性更是不言而喻。转向架是铁路车辆的基本零件之

4、一， 其性能直接关系到铁路车辆的安全性、稳定性和可靠性。论文以CRH型车组轮对与轴箱弹簧为研究对象，并建立其有限元模型。按照UIC标准，应用solidworks对其进行CAD/CAES计分析。CRH动车组拖车转向架基本参数项目规格设计最高速度/km/h250营业最高速度/km/h200额定轴重/kN137.2（ 14t）满员时最大轴重（200%定员/kN）156.8（ 16t）编组能通过的最小曲线半径/m180转向架转角/度4.0轴距/mm2500车轮直径/mm860关键词：solidworks 轮对 轴箱弹簧CAD/CAE轮对的CAD/CAE分析车轴的CAD/CAE分析一、问题描述在国际上，

5、机车车辆车轴结构设计主要采用两种设计方法：1、日本工业标准 JIS E 4501一 1995铁道车辆一车轴强度设计方法2、国际铁路联盟标准 UIC515 3/1994铁道车辆/转向架一走行部/车轴计算方法或欧洲标准EN13103 2002轮对和转向架/非驱动车轴一一设计方法和 EN13104 2002轮对和转向架/驱动动车轴 一一设计方法拖车转向架用轮对由车轴、车轮（也带有制动盘一简称轮盘）、轴制动盘（简称轴盘）及轴承构成。车轴：采用空心车轴（$ 60mm通孔），车轴表面实施高频淬火。车轮：采用整体碾钢车轮，磨耗型踏面。车轮直径新制时为 860mm，最大磨耗时为790mm。轮盘：锻造。轮盘外径

6、为725mm （有效外径720mm）,组装时的厚度为133mm。轴盘：轴盘由压装在车轴上的轮毂和通过螺栓安装在轮毂的制动盘构成，仅安装在拖车 转向架用的车轴上。二、CADS计（CAD零件工程图）车轴的建模过程：拉伸轴身t切轴颈t切防尘板座t切轮座（切轴身）7倒角t镜像t完成 车轴零件图：0.01一I-I匸?2产L .3911吹5-4©H01?"车轴造型图: - 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卫耳祕泌曲归亠耳&0 I3M为 drlf dLH *MU-车轴工程图：见附录 1:ILi *%三、CAE设计1. 受力分析根据欧洲EN 13104对车轴进行计算:<7车辆重心117FQz对CRH2动车组，车辆重心到轴中心线高：h1=1055mm轴颈中心距2b=2000mm一根车轴的簧上质量 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近似为轴箱簧上质量，F1和F2分别为左右轴盘的质量，F11和F22分别为左右轮盘的重量，y1和y2分别为左右轴盘中心与左侧轴颈的垂直距离。以上参数的取值见表3，各种载荷的计算结果见表4。2. 应力分析1) 前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：C. 设属性：合金钢D. 分网格：2)

9、 求结果：A. 添约束：B. 加载荷：C. 查错误：载荷列表后进行检查。D. 求结果：进行有限元分析3) 后处理：A. 列结果：列约束反力B. 绘图形：绘制变形图、应力图和外边界路径图. 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卿位移图里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应变图CEH2$S rp(5«.：甄風 e a輪盘址.弊哲书曲力应力i 強农出画：t应力图C. 显动画：显示变形动画和应力动画D. 下结论：运行结果与受力分析结果比较，相差不大，结果可信。3. 强度评价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,厂 a I -(j - g)/2,l = x y 式丰.门为轴聚中心到轮座为託的距离：£为车轻宜栓：&为车轮錯面间走：方为车轴

11、丰心线 与重心住置的距离；J为轴颈间距；为轮毂长厦：2为车轮半径；2为轮座处的拭寻彙直謨 勲尸为嘖向力；为户弓起的竝颈上的垂向力：丘为户弓起的踏面上的垂向力；为琏琏弹 費上的更量 和虑分别为只垂向.加遠曳利賓向力引起的鸵座处的弯矩：兀和分别 为垂向韵苛系较勺箕向为遺系数；巩、匹七分别为轮座处车塔的工作应力和疲旁许弓应力：山 为疲劳安全系数.CRH2动车组拖车车轴材料 S38C,采用高频淬火热处理和滚压工艺，根据JIS E4502取车轴的疲劳许用应力为147MPa，可见，按照日本标准，该车轴满足设计要求。经分析，车轮受力最大处符合强度评价准则。车轮的CAD/CAE分析、问题描述车轮是轮对的重要组

12、成部分，其疲劳强度直接关系到动车组运行的安全性、可靠性、稳 定性等，故动车组车轮需进行车轮静强度、动强度和轮轴过盈配合强度等3个方面的分析。UIC 510 5/2003整体车轮技术条件EN 13979 1/2003铁路应用轮对和转向架车轮技术验收程序第一部分：锻制和轧制 车轮、CAD设计（CAD零件工程图）车轮的建模过程：拉伸轮胚t切左腹板t切右腹板t旋踏面t打轮毂孔t倒角t完成车轮的零件图:车轮的造型图:lj& fiwiTrmH*i isA-tH®（3 J4HIDiVU m邑尽盯宵西已任 HrHtt白圧*殆"CiSii仲I na Bgl II D>-.：np

13、iKi II SimmwTT好 眄«Irxts豪 M斂帔 恤 备3 zTLr神 盅IIM盟盐囂瓷总黑蕊X 二|=厶丫黑雷當®93 口S»l«l+r>i AftWFBb_J 逵gi.* TTfT'ffWT*rt-0 RfEBJlftBr-TWffl岂 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车轮的工程图：见附录 2CAE设计1. 受力分析根据UIC 510-5 : 2003 （整体车轮技术）标准进行车轮设计，对于安装到动轴上的车轮,

15、考虑车轮通过直线、曲线和道岔时的载荷。注：考虑我国车轮尺寸，图中尺寸应有所改动。3.2.1根据UIC 510-5 : 2003 （整体车轮技术）标准进行车轮设计，对于安装到动轴上的车轮, 考虑车轮通过直线运行、 曲线通过和道岔通过三种工况， CRH2动车组拖车车轮受力如图 所示，有关符号如下：Q:满轴重静态载荷 Q=7250 kgg :重力加速度（m.s-2）FZ:轮轨垂向力， Fz=1.25Q.g （ KNFY:轮轨横向力，FY=0.7Q.g（KN）工况1:直线运行Fz=1.25Q.g1.25 X 7250 X 9.8=88.8kN横向力：Fy仁0工况2:曲线通过Fz=1.25Q.g =88

16、 . 8kNFY=0.7Q.g =49 . 7kN工况3:道岔通过Fz=1.25Q.g =88 . 8kNFY2=O 42Q.g=29 . 8 kN2. 应力分析1）前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：C. 设属性：合金钢D. 分网格：如下图所示2）求结果：A. 添约束：在对称面上施加对称约束B. 加载荷：由于车轮有蠕滑现象，所以加载区域是一个面而不是一个点，C. 查错误：载荷列表后进行检查。如下图口丁茂-订18由叫-由8d 园于CSH2牛 It"半 Kh itiRRtt恆空Ik 35''a it*%G tiI +LMlSH4SM 臨：ifl刃毎岸*骨证|廉酊

17、卄站口巧：亦t 办屈勻maaL嗨rrac车說 獻心3：；云I乱 血眸耳I jjan拦 将J5 味31曲；： nnarfes3&上呻"：S- AtcmL ff.*i QM-mitJciE球 i：-&fifl-：iTiat*止力T叙说這TfflM P：l 曰二園耐吕血 鶴咖甘JRi (-H4I J -JLI«® 日a御！(fs l-3i"T1-ttffiW-J睛敦j m讹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A*n>I却飞；z&ini: *ftSdli ilicrln l*rw ££lL4D. 求结果：进行有限元分析 3）后处理：A. 列结果：列约束反力B. 绘图形：绘制变形图、应力图和外边界路径图VW? D Z.41B-II-QDZ2 214-001. Z.O3»-OOEL «12i-aO3:L tn B-4D3:L 20Bii-aD位移图4侶广砂2. QlVa-aP!t floo*-a$u«田SBfruc_r a L54i-aMJ-1.0451-004.E. F4lQg 2 J 32R-4KM- -|黠叶呻 .L

19、SAAfr-OM -E SltsrOtH-9.14lS.n?Si.-aoBi应变图":工K vfflMfl;- Mrs. IRfB *1 62? 4应力图C. 显动画：显示变形动画和应力动画D. 下结论：运行结果与受力分析结果比较，相差不大，结果可信。3. 强度评价车轮辐板上所有节点的动应力范围应低于许用应力，即：1）用加工中心加工的车轮v 360 MPa ;2）未用加工中心加工的车轮v290 MPa ;3）最大Von Mises应力低于车轮材料弹性极限（355 MPa）。经分析，车轮受力最大处符合强度评价准则。轮对的造型图、工程图及装配过程、轮对的造型图乱独塔!W *嵐弼 4HW卡

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

21、lO、轮对的装配三、轮对的工程图：见附录 3轴箱弹簧（外簧）的CAD/CAE分析、问题描述213项冃内圏簧外圏簧簧条直径/mm2641簧圈直径/mm14322()自由高度/mm240256压紧高度/'mm153.4180.4总圈数/有效圈数6.4/4449/2.9旋向左右弾性系数/kgf/inm单35.5291.51总127.03橫向弹性系数/kgf/mm28 000XOOO应力修正系数L278L286二、CAD设计（CAD零件工程图）外簧的建模过程：三段等距螺旋线t组合曲线t画簧条直径扫描t切支撑圈t完成 外簧的造型图：些4,3知pi 璋 匚 Ua * ! W * #之_二 更匕，B

22、 須 僅 申空««M 皆 * 皿iwnw 蛊可L 鼻科 B* < 斗仓问口口 4曲 專i酿怖吐耐井 品53 hBr. Ji番e 贞押闵即"* -ffi % Ut4i 9> nn 黑U丹山 网伏町环"E扫LjRAi皿""呎”旺也"护 .:" 4* 呼 .| 立 i*n.wwa巴 isirKKinMr»rt 弼莅賈興盲工“图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电LI41編八$机轉型注m星 w fUf 謀Lt馆 PfTIMSTUMm"prdii三、CAE设计1. 受力分析2. 应力分析1）前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：C. 设

24、属性：合金钢D. 分网格：如下图所示 2）求结果:A.添约束：在对称面上施加对称约束B.加载荷：由于给弹簧加力，计算过程中因受力不均将会产生偏斜，所以加载过程中采 用加位移的方法加载。C.查错误：载荷列表后进行检查。如下图裁 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鱼毎*时应Ml f 站检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厂i 4 FFS= rJ 4止Ari kE f Mi Mi:lEwrftlh ； Vff7:査黃冷 * 厂事Mj3 - am2 FL l 世 la, Evo气r巴裤吞H ffi |D.求结果：进行有限元分析 3）后处理：A. 列结果：列约束反力B. 绘图形：绘制变形图、应力图和外边界路径图VKBE CnR)3 = ogh OO09 也吕- UV3存-