09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析.docx

09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析.docx

《09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

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091

XXX

XXX

2012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

瑕人轴重

固定轴距

25*）0mm

车轮直径

860mm〔全磨耗790mm）

轮对内侧距

1353+2mm

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、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

\0pJ..0r4踊豪

警彎I□.-A小釦常購悬鮒荃砂」

,0■©L**F■■b衽酥'活

翌ISfflI：

-科］DimJtpertI賊野黑1ginwiinnf

'*

T

轴脚2•噸外«逊心_£秋!

01>]

3f5ffl

WAJil*

iz合全fl

$«晦而

&上豳itffi

番启般唯而

it.用点畑辛1

£③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。

+

*4

vmKiM«Cm/*"2]

J3i.49為524.0

.13¥,0

_124,r6Tr6ftO.0

JlDj□

$7,041h54J.a

一335,400.Q

55.412,罷生a

.4b5?

^,26fl.0

27.72t,ISti.0

J3h自冏J17.D

46.0

JKS（n血

I.OQ«e+OVI

q.239a+0CiD'

■r55?

b+0（0

_&.Tl^a+OCD

_5•訂罪5师

^5.OS^e+OCO'

4.20Ca+0C（J

3.聲0扌*M心

-Z.5£Ce+0（iDi

l.6Sfle+0Cfl

B.mfr-OflI

I.ODQt-O^D

图1.3轴箱弹簧应力图

图1.4轴箱弹簧位移图

J56,S36.0

3）

*4

图1.5轴箱弹簧应变图

求结果:

EEIJUf

4

4S6e-C04

叫血-0（4

&

IiJirW

I4阳€”004

I.I24c-CD4

T.*9北-005

3I46«-e（5

46374-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

（一）、问题描述

CRH2转向架车轴按照JISE4501进行设计，按JISE4502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JISE4501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r』THy丿iBLI*上E、

A十心msAHsOl3m*LJQ11：

AEU如•嘗#

i:

Sti■氏凸&at（E皿tt旳Ife4Bnmm9"博™™輩产■V用Am詈仙口辭轴些M二]My也林：

-■曲a和-

KI硒1•怛B>i弩anriSEi轅踰®-J-

"^二陀心百

T'

jinsH

r.Jjutr

0上施冷・

型石施Qb

i.Ki

[+-l@EW总冲z

+■

.}3i*-artH

■ffiw-arti

£B加fh

UdWortiPrwuiULZ

W开b|欢_■^厅■«..IwBJdvjttLMfj中IWJsiaL|q:

rast春工.』歸scn*F*jn・mEi...誉CSd"a厲恥"首I*事占鼻4学丄"QJ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—

•X

2）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

56.1930mm

260969mm

网格品就

咼

节总数

5453

单元息数

3206

垠大鬲宽比例

ft7150

带高宽比例的里元石■畀出＜A

B6.6

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

I

□

d

图2.5加载图

—A«由力coo0

HOELKLcax（V/g%

图2.6应力图

i.iLTi-aei

2.3CB4-Q0I

L2.Q們旷QGI

L.a^Di-aoi

丄.右的*-轴|

1.-4^Z*-Q4I

i.2E3#-aei

i.

2.ini-flGZ

tT1^1-0W

图2.7位移图

EETAH

SOSt-OcU

L33a-DC4

（IT叶08

勺54-005

i3it-00!

>lTr-0t5

r584-005

S61C-005

3FI04-Q0S

LlLfi-D03

4如-d"

3

I4JTI-UD4

图2.8应变图

3）后处理:

强度评价

在轴颈处。

JISE4502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UIC510-5:

2003（整体车轮技术）标准

根据UIC510-5:

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=7250kg

2

g：

重力加速度（m/s）

工况1:

直线运行

工况2:

曲线通过

Fy2=0.7Q.g=49.7kN

工况3:

道岔通过

Fz3=1.25Q.g=1.25X7250X9.8=88.8kN

Fy3=O.42Q.g=0.42X7250X9.8=29.8kN2.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。

ii

2）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

£53005mm

最小单元犬小

11.E577r™n

网格品

15

节总勲

4^674

单花总数

27010

S丈高宽比例

12168

舉古扔1帚犖=

图3.4车轮网格图

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

I

VftitHh3«£

341.7M,

31fl.Sit,

2S9.SJt,

.260,85$,

%0

336

T2S

.231.汕1丿104

2QZ汕2川号民。

17?

>3睥丿ST2

14<943,制自

115>&駝

图3.6应力图

图3.6位移图

5S.00X332.

2^034,774.

52.1541

S6.989,OOfr.

0

0

—k屈密力；即2用呂5・（]490

UMS（mm）

X.TUa

I

061e

SSSe

546e

ar4«

202e

001

001

001

001

001

001

O^Oe-ODl

5S6e

S63e

5.15£p

434e

002

002

0Q£

002

7174-OOZ

OOOe-030

ESTKH

9

&331

43Te

；2Si

e.I6?

a

6.803e

.5.We

003

003

003

004

…乂

I,4,0371

2.726e

1.366e

H.4胸“

啊斗

004

004

0Q4

004

004

007

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<360MPa；

2）未用加工中心加工的车轮<290MPa；

355MPa）。

3）最大VonMises应力低于车轮材料弹性极限（

经分析，车轮受力最大应力为347.158MPa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

11

1

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2957MPa,最大位移21mmo

Bi95T,

鸟TIO,&J2”5,4£4」«爲&96,£,；1J.JTJ.

.1.ISJ

.1,T2E,ITa,

1」Z32.364,JT&潞t511,T12.D■-353,酬肚0

~畑905,9磋.aIIK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。