09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析.docx

1、09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析CAD/CA设CRH2动车组轮对与轴箱弹簧iiaM吏:班级学号姓名车辆091XXXXXX2012年12月18日随着列车速度的不断提高，对转向架性能的要求越来越高。与传统转 向架相比，保持高速运行稳定性、充分利用轮轨之间的粘着和减轻轮轨 相互作用力是动车组转向架特有的任务和技术关键。转向架可以说是铁 道车辆上最重要的部件之一，它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过 曲线。同时，转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘 坐舒适性。尤其是轮对装置，轴箱弹簧。从而保证转向架的各个部分有 足够的强度，稳定性。本文将以CRH2动车轮对与轴箱弹簧研究对象，建立有

2、限元模型。并对产生结构进行分析。其相关参数如表二。CRH2型动车组转向架的丄要参数技术参数动车转向架 拖车转向架展高运营速度550km/h最高试验速度362km/h齿轮件动比3.036 S5/2S)瑕人轴重Ut固定轴距25*)0 mm车轮直径860 mm全磨耗790 mm)轮对内侧距1353 +2 mm空簧支撑高度IrtOO系悬挂钢弹赞十减振器+转臂定位.二系悬挂空气弄簧十橡胶空气惮簧帶固足苛流装置牵引装置单拉杆方式车轴形式空心车轴表二（一 ）轴箱弹簧CAD/CAE分析1、制造工艺过程修正下料7端部加热7锻尖7加热7卷绕7淬火7回 火7强化处理（喷丸、强压、渗碳）7磨平端面7试验或 验收。2、

3、用三段直线扫描法绘制轴箱外弹簧弹簧是由簧条圆绕三条首尾相连的直线扭转而成的，故其造型过程为：先绘制三条首尾相连的直线，再绘制簧条圆，然后利用扫描特征中的沿路径扭转命令依次创建弹簧基体，最 后利用拉伸切除特征创建支撑圈。如图 1所示CRH2轴箱外簧。其基本参数如表一所示灿 阳.”一2：- 1 由窘已 3f5fflWAJil*iz合全fl$晦而&上豳itffi番启般唯而it .用点 畑辛1却 S圖理ft抽机UXLUA二、CAE分析1.受力分析：弹簧下端受到轴箱支撑面的支持力，上端受到簧上质量的压力，分析时可简化为一端固定，另一端受到向下压力作用。2.应力分析1）前处理:定类型：静态分析 建模型：运

4、用solidworks2012 建立弹簧模型。设属性：合金钢分网格：共4572个节点，2147个单元结果如图1.2示。图1.2螺旋弹簧网格划分2）求结果:求结果：进行有限元分析。如下图所示。+* 4vm KiM Cm/*2J3i. 49為 524. 0.13, 0_ 124, r6Tr6ftO. 0,JlDj $7, 041h 54J. a一 335,400. Q55.412,罷生 a.4b 5?, 26fl. 027. 72t, ISti. 0J3h 自冏 J17. D46.0JKS (n血I. OQe+OVIq. 239a+0CiD r 55?b+0(0_ &. Tla+OCD_ 5訂罪5

5、师5. OSe+OCO4. 20Ca+0C(J3.聲0扌*M心-Z. 5Ce+0(iDil.6Sfle+0CflB. mfr-OflII. ODQt-OD图1.3轴箱弹簧应力图图1.4轴箱弹簧位移图J56, S36.03)* 4图1.5轴箱弹簧应变图求结果:EEIJUf 44S6e-C04叫血-0(4&I iJirWI 4阳”004I.I24c-CD4T.*9北-0053I46-e(546374-Cie强度评价1端部。2 ）校核强度：应力小于 TB/T1335-1996规定轴箱弹簧的材料的许用应力 340MPa故弹簧强度符合设计要求。（二）车轴的CAD/CAE分析一、车轴的 CAD/CAE分析

6、（一）、问题描述CRH2转向架车轴按照 JIS E 4501进行设计，按 JIS E 4502标准进行生产。为了研究CRH2动车组运行的安全性和可靠性，按照 JIS E4501标准，对该车轴进行强度分析。其尺寸如图2.1所示。（二）、车轴的CAD设计5,车轴的建模过程：拉伸轴身7切轴颈7切防尘板座7切轮座像7完成如图2.2 JOUDkWKS 二 二 rT H y 丿 iBLI*上 E、 A 十心 ms A H s O l3m*L JQ 11： A E U 如嘗 #i:Sti 氏凸& at(E皿tt旳Ife 4Bn mm 9 博 輩产 V用A m 詈仙 口辭 轴些 M二My也林：- 曲a和 -K

7、 I 硒 1 怛Bi弩anriSEi 轅踰- J-二陀心百T ji nsHr. Jjutr0上施冷型石施Qbi. Ki+-l EW 总冲z+.3i*-artH ffiw-artiB 加 fhUdWortiPrwui ULZW 开b| 欢 _ 厅. I w BJdvjttLMfj中 I WJsia L | q :rast 春工.歸 scn*F*jnmEi. 誉 CS d a 厲恥 首 I * 事占鼻4 学丄Q J 赠 尹图2.2车轴造型图（三）、车轴的CAE设计图2.3车轴受力2.应力分析前处理:定类型:静态分析画模型:运用 solidworks2012 车轴模型设属性:合金钢lojium X2

8、）求结果:添约束：加载荷：查错误：求结果：算例2獸认1也括网*&目葫歼关闭雅可比点*点单元犬小56.1930 mm260969 mm网格品就咼节总数5453单元息数3206垠大鬲宽比例ft 7150带高宽比例的里元 石畀出 AB6.6图2.4 网格划分图在轮座处添加固定约束，如图 在轴颈处施加载荷。载荷列表后进行检查。进行有限元分析。如图5。2.5所示Id图2.5加载图A 由力 coo 0HOEL KLcax (V/g%图2.6应力图i. iLTi-aei2. 3CB4-Q0IL 2. Q們旷QGIL. aDi-aoi丄.右的*-轴|1.-4Z*-Q4Ii. 2E3#-aeii.2. ini-

9、flGZt T11-0W图2.7位移图EETAHSOSt-OcUL33a-DC4(IT 叶 08勺 54-005i3it-00!lTr-0t5r584-005S61C-0053FI04-Q0SLlLfi-D034 如-d3I 4JTI-UD4图2.8应变图3） 后处理:强度评价在轴颈处。JIS E4502取车轴的疲CRH2动车组车轴材料 S38C,采用高频淬火热处理和滚压工艺，根据劳许用应力为147MPa可见，按照日本标准，该车轴满足设计要求。经分析，车轴结构强 度符合设计。（二）车轮的 CAD/CAE分析（一）、问题描述3个方面的分析。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

10、合强度等如图3.1所示。ULEUmi图3.1车轮零件图车轮的建模过程：拉伸轮胚7切左腹板7切右腹板7旋踏面7打轮毂孔7倒角7完成如图3.2所示图3.2车轮造型图三）车轮的CAE设计1.受力分析根据UIC 510-5 : 2003 （整体车轮技术）标准根据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、曲线和道岔时的载荷。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。 如图3.3.图3.3有关符号如下:Q满轴重静态载荷 Q=7250 kg2g：重力加速度（m/s ）工况1:直线运行工况2:曲线通过F

11、y2=0.7Q.g =49.7kN工况3:道岔通过Fz3=1.25Q.g =1.25 X 7250X 9.8=88.8kNFy3=O.42Q.g=0.42 X 7250 X 9.8=29.8 kN 2.应力分析1）前处理：定类型：静态分析画模型：运用solidworks2012 建立车轮模型。设属性：合金钢分网格：共44674个节点，27810个单元，如图3.4所示。ii2）求结果:II算例；a秫烷例1廖讪网格矣型所用网格器基于曲宰的网格4克最大单元大小53005 mm最小单元犬小11.E577rn网格品15节总勲4674单花总数27010S丈高宽比例12168舉古扔1帚犖=图3.4车轮网格图

12、添约束：在轮毂处上施加固定约束。加载荷：由于车轮有蠕滑现象，所以踏面加载区域是一个椭圆面而不是一个点，如图3.5所示。查错误：载荷列表后进行检查。求结果：进行有限元分析图3.5加载图IVftit Hh3341. 7M,31fl. Sit,2S9. SJt,.260, 85$,%0336T2S.231.汕1丿 1042QZ汕2川号民。17? 3睥丿 ST214 &駝图3.6应力图图3.6位移图5S. 00X332.2034,774.52.154 1S6. 989, OOfr.00k屈密力；即2用呂5(49 0UMS (mm)X. TUaI061eSSSe546ear4202e0010010010

13、01001001OOe-ODl5S6eS63e5. 15p434e0020020Q0027174-OOZOOOe-030ESTKH9&33143Te；2Sie. I6?a6.803e.5.We003003003004乂I , 4,03712. 726e1.366eH. 4 胸“啊斗0040040Q4004004007图3.7 应变图强度评价：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 360 MPa；2） 未用加工中心加工的车轮 290 MPa；355 MPa）。3） 最大Von Mises应力低于车轮材料弹性极限（经分析，车轮受力最大应力为 347.158M

14、Pa发生在踏面符合强度评价准则。（四）轮对的CAD/CAE分析轮对受力如图4.1二、轮对的组装4.3轮对装配模型111三轮对冷缩配合 轮对为两轮加一轴, 冷缩配合。4.2轮对组装过程压装在一起。因而要分析轮对的强度我们很有必要去分析轮和轴的的不仅是动车组的相关设计，更重要的是使我对solidworks这门软件得以灵活四CAE设计1.打开simulation 模块，由于在solidworks 材料库力没有车轴材料 S38C,这里都选用合金钢代替。2.建立新算例，命名为轮对冷缩分析3.为车轴中部添加全约束，车轴轮座和车轮添加面相接触，施加冷缩配合。4 . 求结果 最大应力2957 MPa,最大位移

15、21mmoBi 95T,鸟 TIO, &J2 ” 5,44爲&96 , ；1J. JTJ.1. ISJ.1, T2E, ITa,1Z32. 364, JT& 潞t 511, T12. D - 353,酬肚 0畑 905, 9磋.a IIK常& 4隔圈I ：15. a（五）大作业心得体会通过本学期对动车组设计这门课程的学习，使我在动车组设计方面受益匪浅0在课堂上，基本掌握了动车组车辆设计的相关知识， 动车组总体设计的相关方 法，动车组零部件强度设计方法等。 并通过这次大作业，将所学的知识运用到了通过这次大作业，使我最受益CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CA设计之中。自己，对所做的事要持认真态度。争取使自己动手能力得到更高的提高。