《铁路车辆非动力车轴设计方法GBT+37454-2019》详细解读

《铁路车辆非动力车轴设计方法GB/T37454-2019》详细解读contents目录1范围2符号3概述4设计需要考虑的基于质量和制动工况的力和力矩4\.1力的类型4\.2运动中质量的作用contents目录4\.3制动作用4\.4曲线通过和车轮几何形状的影响4\.5合成力矩的计算5车轴各部分几何特性的确定5\.1车轴各截面的应力5\.2轴颈和轴身直径的确定5\.3车轴各座直径的确定6许用应力contents目录6\.1通则6\.2JZ6钢6\.3JZ6以外的钢附录A(资料性附录)车轴计算模板附录B(资料性附录)摆式车辆载荷系数计算方法附录C(资料性附录)设计米轨或接近米轨的窄轨轮对考虑的力contents目录附录D(规范性附录)新钢种全尺寸疲劳极限的确定方法参考文献011范围包括轴身直径、长度、材料选择等具体要求，确保车轴具有足够的强度和刚度。轴身结构设计规定了轴承类型、尺寸、安装方式和轴箱的设计要求，以保障车轴的稳定运行。轴承及轴箱设计提出了车轴的静平衡和动平衡标准，以减少车辆运行中的振动和噪音。平衡及动平衡要求1范围010203022符号符号在设计中的应用这些符号不仅用于设计计算，还广泛应用于车轴图纸的标注、技术条件的说明以及质量检测的报告中，从而确保设计的精准性和生产的规范性。符号的标准化在GB/T37454-2019标准中，各种符号均遵循国家标准的命名和表示方法，确保设计图纸、技术文件以及实际生产中的一致性和准确性。符号的详细说明标准中对使用的所有符号都进行了详细说明，包括符号代表的物理量、单位以及计算或测定的方法，这为设计师和工程师提供了清晰的指导。2符号033概述3概述行业需求随着我国铁路运输的快速发展，非动力车轴的设计变得越来越重要，需要统一的设计标准来确保安全性和可靠性。技术进步国际化趋势随着材料科学、制造工艺和检测技术的不断进步，非动力车轴的设计方法也需要不断更新和完善。为了与国际接轨，提高我国铁路车辆在国际市场的竞争力，需要制定符合国际标准的非动力车轴设计方法。044设计需要考虑的基于质量和制动工况的力和力矩垂直静载荷分析列车在启动、制动及运行过程中产生的纵向力，确保车轴设计能够承受这些力的作用。纵向力制动力矩根据制动系统的特性和制动距离要求，计算制动力矩，以确保列车能够在规定距离内安全停车。考虑车辆自重、载重及运行过程中产生的动态载荷等因素，计算车轴所受的垂直静载荷。4设计需要考虑的基于质量和制动工况的力和力矩054.1力的类型由于车辆重量和载重产生的垂直向下的力，对车轴产生压力。垂直力由于车辆在运行过程中产生的横向力，包括风力、离心力等，对车轴产生弯矩。水平力在制动过程中，由于车轮与轨道之间的摩擦力产生的力，它会对车轴产生拉应力。制动力4.1力的类型064.2运动中质量的作用质量越大，车辆在运动过程中产生的惯性也越大，对车辆的加速、减速和转向等动态性能产生影响。增加车辆惯性车辆质量的增加会导致在运行过程中耗能增加，包括摩擦损耗和空气阻力等。耗能增加较大的车辆质量会加剧对轨道的磨损，影响轨道使用寿命。轨道磨损4.2运动中质量的作用074.3制动作用制动力与力矩考虑在设计非动力车轴时，需要详细考虑制动过程中产生的力和力矩。这包括车辆在不同制动情况下的动态响应，以及如何优化车轴设计来承受这些力和力矩，确保行车安全。4.3制动作用热负荷与材料选择由于制动过程中会产生大量的热，车轴材料的选择必须考虑到其热稳定性和抗热疲劳性能。标准中可能规定了材料的抗热性能要求，以确保在频繁制动下车轴的耐用性。制动系统兼容性车轴设计还需与车辆的制动系统相兼容，确保在制动过程中各个部件能够协同工作，减少磨损，提高制动效率。这可能涉及到车轴与制动盘、刹车片等部件的接口设计。084.4曲线通过和车轮几何形状的影响4.4曲线通过和车轮几何形状的影响曲线通过时的车轴受力分析在曲线通过时，车轴会受到额外的横向力和纵向力，这些力的大小与曲线的半径、车速以及车轮的几何形状有关。车轮几何形状对曲线通过的影响车轮的几何形状，特别是踏面的形状和锥度，会直接影响曲线通过时的稳定性和车轮与轨道的接触情况。优化设计以提高曲线通过性能为了提高车辆在曲线上的通过性能，需要对车轴和车轮进行优化设计，包括选择合适的车轮踏面形状、调整车轮锥度以及优化车轴的结构强度等。094.5合成力矩的计算4.5合成力矩的计算力矩的平衡与车轴设计在车轴设计中，需要确保车轴在各种工况下都能保持力矩的平衡，防止因力矩不平衡而导致的车轴变形或损坏。因此，设计师需要综合考虑车轴的材料、结构以及受力情况，通过精确计算和优化设计来确保车轴的安全性和稳定性。合成力矩的计算方法根据GB/T37454-2019标准，合成力矩的计算需要考虑车轴所受到的所有外力，包括车轮传递的牵引力或制动力、车轴自身的重力以及可能存在的其他外力。这些力产生的力矩需要按照矢量合成的方法进行计算，以得出车轴所受到的总力矩。力矩的基本概念力矩是描述力的旋转效应的物理量，由力的大小和力臂的长度共同决定。在铁路车辆非动力车轴设计中，合成力矩的计算是评估车轴在复杂受力情况下的稳定性和安全性的重要步骤。105车轴各部分几何特性的确定根据列车使用环境选择不同的列车使用环境对轴颈直径有不同的要求，需根据实际情况进行选择。考虑车轮型号和轴承类型轴颈直径的选择还需与车轮型号和轴承类型相匹配，以确保列车的稳定运行。符合相关标准和规范轴颈直径的确定需符合国家及行业标准，确保车轴的安全性和可靠性。5车轴各部分几何特性的确定115.1车轴各截面的应力5.1车轴各截面的应力车轴各截面的应力分布受载荷、截面形状和材料特性等因素影响，需进行详细分析和计算。截面应力分布在车轴截面变化处、孔洞、槽口等部位，容易出现应力集中现象，需要进行局部加强和优化设计。应力集中车轴在长期使用过程中，受循环载荷作用，容易产生疲劳破坏，因此需要对各截面进行疲劳强度校核。疲劳强度125.2轴颈和轴身直径的确定5.2轴颈和轴身直径的确定轴身直径的确定轴身是连接轴颈和轴承座的部分，其直径也需要根据设计要求和实际使用条件来确定。通常，轴身直径会略小于轴颈直径，但也需要保证足够的强度和刚度，以支撑车轮和传递牵引力或制动力。轴颈直径的确定轴颈是车轴与轴承接触的部分，其直径的确定至关重要。根据GB/T37454-2019标准，轴颈直径应根据列车运行条件、车轮尺寸以及所选用的轴承类型进行合理选择，以确保轴承能够稳定地支撑车轮并承受相应的荷载。设计因素考虑在确定轴颈和轴身直径时，需综合考虑列车使用环境、车轮型号、轴承类型以及承受的力和力矩等因素。这些因素对车轴的强度和耐久性有着直接影响。135.3车轴各座直径的确定不同车轮型号和使用环境对车轴直径有不同要求，需根据实际情况进行选择。根据车轮型号和使用环境车轴直径需要与所选轴承类型和尺寸相匹配，以确保轴承能够正确安装和运行。考虑轴承类型和尺寸车轴直径的确定还需满足车轴的强度和刚度要求，以保证车轴在使用过程中的安全性和稳定性。满足强度和刚度要求5.3车轴各座直径的确定146许用应力要点三定义与重要性许用应力是机械设计或工程结构设计中允许零件或构件承受的最大应力值。它是判定零件或构件在运转过程中是否安全的重要标准。只有当工作应力不超过许用应力时，零件或构件才能被视为安全的。计算方法许用应力的计算涉及材料的多个参数，如弹性极限、屈服极限和强度极限等。常见的计算方法有经验公式法、安全系数法和疲劳强度法等。这些方法的选择取决于具体的应用场景和材料性质。应用与标准许用应力在众多工程领域都有应用，包括机械制造、航空航天等。在铁路车辆非动力车轴设计中，许用应力的确定至关重要，它关系到车轴的安全性和可靠性。我国已经制定了相关标准，如GB/T37454-2019，为车轴设计提供了指导。6许用应力010203156.1通则6.1通则设计原则非动力车轴的设计应遵循安全、可靠、经济的原则，确保在各种工况下均能满足使用要求，同时考虑制造的工艺性和维修的便利性。01设计依据设计方法应依据相关标准和规范进行，如《铁道车辆滚动轴承技术条件》(TB/T2943)和《铁道车辆车轴热处理技术条件》(TB/T3131)等，确保设计的合规性和标准化。02适用范围该设计方法适用于铁路客车、货车用实心和空心非动力车轴的设计。对于轻轨车辆和有轨电车的非动力车轴设计，也可以参照该方法进行。但需要注意的是，该方法不适用于机车和动力转向架非动力车轴的设计。03166.2JZ6钢JZ6钢是一种优质的碳素结构钢，其化学成分经过严格控制，以保证材料的均匀性和稳定性。这种钢材具有高强度、良好的塑性和韧性，能够承受铁路车辆运行过程中的复杂载荷。6.2JZ6钢JZ6钢的机械性能符合《铁道车辆车轴热处理技术条件》(TB/T3131)标准，确保车轴在使用过程中的安全性和可靠性。176.3JZ6以外的钢6.3JZ6以外的钢材料性能要求所选钢材需要符合《铁道车辆车轴热处理技术条件》(TB/T3131)等相关标准，确保材料的化学成分、机械性能、热处理状态等均达到设计要求，以保证车轴的安全性和可靠性。加工和热处理对于JZ6以外的钢材，同样需要进行特殊的加工和热处理。通过合理的热处理工艺，可以改善钢材的内部组织，提高其机械性能和使用寿命。同时，精确的机械加工也能确保车轴的精度和装配质量。钢材选择在设计非动力车轴时，除了JZ6型钢材外，还可以选择其他符合标准的钢材。这些钢材需要具备足够的强度和韧性，以满足车轴在运行过程中的承载能力和抗冲击性能。03020118附录A(资料性附录)车轴计算模板010203确定车轴材料的基本力学性能，如弹性模量、屈服强度和抗拉强度等。根据车轴的结构尺寸和使用工况，计算车轴各部位的应力分布。对比车轴材料的许用应力，评估车轴的强度是否满足设计要求。附录A(资料性附录)车轴计算模板19附录B(资料性附录)摆式车辆载荷系数计算方法表示车辆在运行过程中，横向力作用下产生的加速度与重力加速度之比。横向载荷系数纵向载荷系数垂向载荷系数表示车辆在运行过程中，纵向力作用下产生的加速度与重力加速度之比。表示车辆在运行过程中，垂向力作用下产生的加速度与重力加速度之比。附录B(资料性附录)摆式车辆载荷系数计算方法20附录C(资料性附录)设计米轨或接近米轨的窄轨轮对考虑的力静载荷包括车辆自重和载重引起的轮对上的垂直力。动载荷由于轨道不平顺、车辆运行中的振动和冲击引起的附加垂直力。偏载由于车轮踏面磨耗、轨道几何尺寸偏差等原因，导致轮对一侧承受的垂直力大于另一侧。附录C(资料性附录)设计米轨或接近米轨的窄轨轮对考虑的力21附录D(规范性附录)新钢种全尺寸疲劳极限的确定方法附录D(规范性附录)新钢种全尺寸疲劳极限的确定方法010203单点疲劳试验法通过单点疲劳试验，得到新钢种在不同应力水平下的疲劳寿命数据。升降法疲劳试验采用升降法测定新钢种的疲劳极限，可较为精确地确定材料的疲劳性能。红外热像技术疲劳试验利用红外热像技术实时监测材料在疲劳过程中的温度变化，进而分析材料的疲劳特性。22参考文献GB/T37454-2019标准这是关于铁路车辆非动力车轴设计方法的最新国家标准，详细规定了设计的各个方