CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CADCAE设计.doc

CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计班级：车辆091 某某：wuwuwuww学号：200904802〔2012/12/24〕摘 要: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.论文以CRH2动车组拖车轮对和轴箱为研究对 象,进展疲劳强度计算分析,以期望为我国高速动车组标准的制定提供依据. 从过盈配合强度,静强度和动强度三个方面对CRH2动车组拖车车轮进展疲 劳强度分析.按照相关标准,考虑新车轮和磨耗到限车轮的不同,分别建立模型 并施加不同的过盈量;考虑到车轮辐板孔的影响,载荷分两个方向施加;分有无制动力两种工况,实施车轮动强度计算. CRH2动车组拖车转向架根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轮对的CAD/CAE分析车轴的CAD/CAE分析问题描述CRH2转向架车轴按照JIS E 4501进展设计，按JIS E 4502标准进展生产。

为了研究CRH2动车组运行的安全性和可靠性，按照JIS E4501 标准，对该车轴进展强度分析〔二〕、车轴的CAD设计车轴尺寸图：图1.1车轴零件图一、 CAD设计〔CAD零件工程图〕车轴的建模过程：拉伸轴身→切轴颈→切防尘板座→切轮座〔切轴身〕→倒角→镜像→完成二、 CAE设计1. 应力分析1) 前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：画出加约束和载荷时的分割线C. 设属性：碳钢板D. 分网格：自动生成 2) 求结果：A. 添约束：高级夹具将中心定位，在轮座处加弹性支撑，弹性刚度为10e11B. 加载荷：按轴重14t 算在轴颈处施加70000N的载荷网格和载荷图C. 查错误：载荷列表后进展检查D. 求结果：进展有限元分析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位移图应变图应力图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拟，相差不大，结果可信位移图3.强度评价1)确定危险点：由分析结果可得出，车轴最大应力为36.759MPa，发生在轴颈处2〕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，车轴结构强度符合设计要求车轮的CAD/CAE分析一、问题描述车轮是轮对的重要组成局部，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，故动车组车轮需进展车轮静强度、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—l/2003《铁路应用轮对和转向架车轮技术验收程序》第一局部：锻制和轧制车轮二、CAD设计〔CAD零件工程图〕车轮的建模过程：拉伸轮胚→切左腹板→切右腹板→旋踏面→打轮毂孔→完成车轮的尺寸图：三、 CAE设计1. 受力分析根据UIC 510-5：2003〔整体车轮技术〕标准进展车轮设计，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上图所示，有关符号如下：Q：满轴重静态载荷 Q=160/2 kgFZ：轮轨垂向力，Fz=1.25Q〔KN〕FY：轮轨横向力，FY=0.7Q(KN)此处只进展直线工况下的CAE分析，受力如下：垂向力：Fz1=1.25Q=1.25*160/2=100kN横向力：Fy1=02. 应力分析1) 前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：用分割线画出受力的接触斑C. 设属性：碳钢板D. 分网格：如如下图所示2) 求结果：A. 添约束：在轮毂孔处用高级夹具施加约束B. 加载荷：在接触斑上施加70000N的力C. 查错误：载荷列表后进展检查。

D. 求结果：进展有限元分析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位移图应变图应力图C. 显动画：观察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拟，相差不大，结果可信3. 强度评价依据相关资料知在标准EN13104中动车组车轮辐板上所有节点的动应力X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；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如此经过系统分析得最大应力约为176.8MPa，最小应力约为0.018MPa最大应力发生在轴承座与防尘座连接处 最大变形为0.02517mm故该车轮分析满足强度要求轮对的分析：一、 轮对的装配1、轮对压装位置要求：(1)轮对内侧距离L=(1 353±2) mm,且任意3处距离差不大于1 mm当内侧距离L不符合规定时,不得向外侧调压,但当轮对内侧距离比规定的最小距离小1 mm以下时或因车轮辗制不均匀而致使任3处距离差超过规定时,可以通过旋削轮辋内侧面进展调整2)轮对轮位差: L1-L2 ≤3 mm。

2、装配过程：添加车轴→固定→添加车轮→同轴心配合→对称约束→添加距离→完成二、 轮对的CAE分析1、理论要求：为保证运行过程中，车轮不会与车轴发生相对转动或脱离，轮轴之间应有足够的接触压应力在标准EN13260:1998对轮对轮轴过盈量j有如下规定：a)采用收缩装配:0.0009dm≤j≤ 0.0015dm;b)采用压力装配:0.0010dm≤j≤0.0015dm+0.06;其中:dm表示轮座位置轴的平均直径，单位为mmdm=194mm时，0.174mm≤j≤0.291mm2、应力分析1)前处理：A定类型：静态分析B画模型：将装配图进展爆炸，方便选择配合的面C设属性：将所有零件材料选择碳钢板，将轴颈和轮毂孔处添加冷缩配合D分网格：自由网格划分2)求结果：添约束：车轴中间面处固定几何体约束加载荷：在轴颈和车轮接触斑处施加70000N的力查错误：载荷列表后进展检查求结果：进展有限元分析3)后处理： 列结果：列约束反力绘图形：绘制变形图、应力图和外边界路径图位移图应变图应力图显动画：观察变形动画和应力动画下结论：运行结果与受力分析结果比拟3、 强度评价车轮和车轴之间的装配属于压装配合。

又因为在车轴的车轮座直径为202+1mm，，车轮的轮毂孔位200-2mm，轮座和轮毂孔间所受的作用力最大轴箱弹簧〔外簧〕的CAD/CAE分析一、 问题描述制造工艺过程: 修正下料→端部加热→锻尖→加热→卷绕→淬火→回火→强化处理〔喷丸、强压、渗碳〕→磨平端面→试验或验收三段直线扫描法: 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弹簧的尺寸如下列图，此处以右旋外圈簧为例进展分析二、 CAD设计〔CAD零件工程图〕外簧的建模过程：三段直线线→簧条圆→三次扫描→切支撑圈→完成三、 CAE设计1. 受力分析弹簧下端压在轴箱支座上，上端受压力作用，发生大的弹性变形2. 应力分析1) 前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：三段直线法C. 设属性：合金钢D. 分网格：2) 求结果：A. 添约束：在底面上添加固定几何体约束B. 加载荷：采用加位移的方法加载C. 查错误：载荷列表后进展检查D. 求结果：进展有限元分析3) 后处理：A. 列结果B. 绘图形：绘制变形图、应力图和外边界路径图。

位移图应变图应力图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拟3. 强度评价弹簧位移1mm时的力即为弹簧的刚度，可看出的静强度满足要求在进展CAE设计时，由于支撑圈会对计算结果有影响，所以将支撑圈压缩，并将有效圈切割后分析螺旋弹簧在压缩变形过程中，弹簧截面所承受的载荷包括剪应力、扭矩、转矩、压应力，加上弹簧丝有一定的曲率，其实际变形以与应力分布相当复杂而其位置出现在圆柱螺旋弹簧的位置在内一侧，符合了经典理论对圆柱螺旋弹簧的分析结果在受压缩情况下，圆柱螺旋压缩弹簧任意截面所作的应力分析的根底上得出,与弹簧线材轴线成α=135°斜截面上的为最大正应力因此这类弹簧的疲劳开裂大多起裂于内圆外表,沿α=135°斜截面扩展并导致疲劳断裂收获：在即将完毕的本学期完成了这次轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计，虽然做到的有点匆忙，但还是学到了很多东西首先通过商教师的动车组设计我学到了很多关于Solidworks的操作技巧，这是从来都没有学到的，在这次作业的完成过程中深刻的体会了它的奥妙其次，通过这次作业，我对Solidworks的CAD/CAE的造型与分析又一次加强了训练在作业期间也遇到了不少问题，但通过与同学的讨论让我对问题有了更深的认识。

越学越能发现自己的不足，希望自己在以后的道路能不断地努力学习 最后感谢同学与教师对本次作业的指导。