TBT2705-1996车辆车轴设计与强度计算方法

. 铁 道 行 业 标 准 汇 编 机车车 i 标准汇编 * 熟 8 1,15 ffTB/T 2697-TB/T 3066 ;葺餐一 ;一; :一 ;一 ;一 冬 浮 看 念 洛 滚 容 餐 昌 奎 涪 奢 票 聋 客 层 粤 里 豁 鑫 一食) 一一一一 拿 一 ) ; 攀 ) 一 ) ) 1 令令 甲 晚 变嘟困 哪毋 晚尚匾 震 甲晚 窗粥砚 资 菌 沙函 画令辨 粼 薰 簇 黯 风嘟 塑 爵资 必 砚留 标准化是一项综合性的 技术基础工作. 是组织现代化生 产和 进行贸易的技术准则 是科 学管 理的重要组成部分。 通过标准的制定和组织实 施 可以有效地 保证和提高产品质量、 工 程质量及服务质量促进贸易与技术交流，提高经济效益和社会效益。 随着我国社会主义市场经济体制的建立和铁路的改革与发展， 铁路标准化作为铁路运输， 安全和管理的重要技术基础工作 在促进铁路行业的技术进步 提高 技术装备和服务质量水 平上起到越来越重要的作用. 本次编辑出 版的 铁道行业标准汇编是根据铁道部标准化工作项目 安排 在铁道部2 0 0 1 年组织对1 9 9 0 年以前铁道行业标准复审结论和2 0 0 3 年组织的对1 9 9 1 一， 9 9 7 年铁道行业标 准复审结论废止了不符合铁路改革和发展要求的9 6 8 项行业标准基础上. 将全部现行铁道行 业1 6 8 8 项标准 按专业分为( 机车车辆标准汇编 、 工务标准汇编分 、 通信信号标准汇编 、 电气化铁道标准汇编 、 铁路运输标准汇编及 综 合基础标准汇编六部分编辑出版。 机车车辆标准汇编包括 机车车辆综合部分 三册、 机车部分四 册、 车 辆部 分 四册及有关机车车辆专业的现行 铁道国家标准部分 一册. 共收集了 截止于本汇编出版时 已发布实施的现行有效铁道行业标准和铁道国家标准共9 4 7 项。 以供铁路相关管理人员、 科 技 人 员 以 及 各 级 领 导 全 面 系 统 地 学 习 和 了 解 现 行 有 效 的 铁 道 行 业 标 准 、铁 道 国 家 标 准 及 计 量 检 定 规 程 更 好 地贯 彻 实 施 标 准 为 铁 路的 科技 发 展 提i 4 技 术 支 持。 告 R Ph o 编 根 据 现 行 标 准 单 行 本 编 呼 E Lt li r770Ic 现 错 误 之 处 。请 予 以 指 出 ” 函 本 为 鬓 “ 标 准 E %Q S ” 间 可 能 z k if 1F,% N v _ * 1rll i7 ,m 止 ，” “ “ 更 应 以 标 准 的 最 新 版 _一三 一 考 - 一铁 道 部 标 2004 翼 臀 魏 魏 落 蒸 鑫 粼 睽 分瑟 琅次 薰巍一 ; ) 髦 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 中 华 人 民 共 和 国 铁 道 行 业 标 准 T B/ T 2 7 0 5 - 1 9 9 6 车辆车轴设计与强度计算方法 1 主.内容与适用范圈 本标准规定了铁路客、 货车辆车轴( 以下简称车轴) 的设计与强度计算方法。 本标准适用于客车最大速度不超过 1 6 0 k m / h ， 货车最大速度不超过 1 2 0 k m / h 的铁道车辆 用非动力车实心车轴。 2 引用标准 TB 4 5 1 TB 2 0 7 2 T B / T 1 7 1 8 T B / T 2 2 0 2 GB 1 2 8 1 4 车辆和煤水车用轴技术条件 5 0 俐车轴技术条件 车辆轮对组装技术条件 车辆车轮与车轴注油压装技术条件 铁道车辆用车轴型式与基本尺寸 3 车轴设计准则 3 . 1 使用本标准进行车辆新车轴设计时， 车辆材质必须符合 T B 4 5 ! 或T B 2 0 7 2 的要求. 3 . 2 为使新设计的车轴具有良好的疲劳强度性能， 设计中宜采用有突悬量的阶梯型车轴。 3 . 2 . 1 压配合部位应使用阶梯轴型式， 其阶梯比川 在 1 . 1 0 - 1. 1 4 范围内选用。 3 . 2 . 2 轮级内端面突出车轴阶梯部台肩， 有效突悬盘6 应大干 3 m m , 3 . 2 . 3 阶梯轴轮座内侧圆弧曲率半径 p / D = 0 . 2 0 - 0 . 4 0 范围内选用. 3 . 2 . 4 在过盈配合处应按T B / T 1 7 1 8 或T B / T 2 2 0 2 要求装配。 4 车轴强度计茸方法 东1 根据车轴结构特点与受力条件. 计算其各主要承载截面的应力， 并由强度校核作出安全 性评估. 4 . 2 计算截面的选择与编号 4 . 2 门计算截面的选择 凡具有装配应力集中， 截面尺寸变化造成的几何应力集中. 最大弯矩区域或最小直径截面 处均应列为计算截面。 4 . 2 . 2 计算截面的编号 按 4 . 2 . 1 所确定的计算截面， 自 左侧轴颈垂向总载荷 八作用点向右， 按先后顺序， 依次进 中 华人民 共和 国 铁道部1 9 9 6 -0 7 -1 7 批准 1 9 9 7 -0 2 -0 1实施 1 4 9 3 T s / T 2 7 0 5 -1 9 9 6 行编号， 并标出相应的距离尺寸( 见图 1 ) . r- q T 门 Ot R) T !饰龚 .川 味 中 图 1 4 . 2 . 3 抗夸截面棋f按w下公式计算: 评，耐， / 3 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .( ! ) 式中: 评 计算截面的抗弯截面模t+ m 1 计算截面的直径， m。 4 . 3 计 算载荷 4 . 3 . 1计算载 荷的 种类 a ) 垂向静载荷车辆自重及载重引起的垂向静载荷A N ; b ) 垂向动毅荷因线路不平顺等原因， 引起车辆振动而产生的垂向动载荷, k N I c ) 垂向附加载荷横向 载荷引起轴颐上的垂向附加载荷， k Nt d ) 横向载荷 作用在车辆上的风力和离心力等引起的横向载荷A N. 4 . 3 . 2 计算载荷的作用方式 在计算中， 无论是哪一类载荷， 均以集中力方式作用。 4 . 3 . 3 计算用原始数据 为方便计算， 凡与计算有关的原始数据， 汇总于表 1 , 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 i s 汀 2 7 0 5 -1 9 9 6 表 1 序 号 内娜代 号 举 位 欲据 1 2 s 4 S 8 7 . 9 1I : 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 I 7 I 吕 1 9 2 0 + 1 1 2 2 2 3 2 4 2 6 计算截面杭，橄创拱t 车栩自=S l im的.向二衡 率肠吸盆引起的.向份.扮 轮对自 1引起的舀向二有 抽稗盆 率花宜径 车摘滚幼.中径 车摘皿心至车抽申心公拒离 左、 右仙欢位衬作用找两厄离 左、 右车轮滚幼一中心蜂阅巨离 搜肉.衬 左抽州上作用的妇向总.有 右幼斌上 作用的 舀向总. 有 左车轮的植向反力 左车轮的垂向反力 右牟轮的垂向反力 校核彼面至八作用力的距离 校核断面立径 杖核彼面有矩 车辆车抽钥标准试样彼势极限 下限演) 校核彼面应力 强度安全系效 校桩断面成劳许用应力 垂向动荷系数 横向动荷系数 w 杂 口 仃 少 b, r 山 岛 s 万 汽 Pa 尸 凡 掀 . 心 百 口刁 口 月 (v-J. 翻. 街 二 k N t N 七 N k N 口 m m m m 卜 N k N k N k N k N k N m m 七 N .m M 甲. M 甲口 侧 甲自 公式( 1 ) 序号 2 - - 5为 公 式 ( 2 ) 公 式 ( 5 ) 公 式 ( 6 ) 公 式 ( 7 ) 公 式 ( 皿 ) 公式( 9 ) 公式C 1 0 1 公式( 1 1 ) 们。 ， ， 二2 1 6 5 0 钢o - , m 2 5 6 公式( 1 2 ) 公式( 1 3 ) 表2 或附衷人 表 2 表 2 4 . 4 计算载荷的确定 4 . 4 . 1 垂向静载荷按以下公式计算。 P, Q c +0 -n. q 2 tt 二 喜 ， 一 。 ) 二 牛 ， L.“Z ( 2 ) 式中: P , 作用在每侧轴颈上的垂向静载荷A N; Q C 车辆自 重引 起的 垂向 静载 荷A N ; 0 车辆载重引起的垂向静载荷A N I : 车辆轮对数， 9 -轮对自重引起的垂向静载荷, k N ) ， “ 轴重“ I 起的垂向静载荷， ， 二Q , +0 泥 , k N. T 作用在每根车轴上的垂向静载荷， 即轴荷重， T =， 一， , k N . 4 . 4 . 2 垂向动载荷按以下公式什算: 几=口 . 户 : 式中: P s 作用在每侧轴颈上的垂向动载荷, k N ) 兔垂向动荷系数， ( 见表 2 ) . ( 3 ) 1 4 9 5 T B / T 2 7 0 5 -1 9 9 6 表 2 使用最离班度 生 功/ h 垂向幼扮系傲 口扭 搜向幼荷系效 峋 1 2 以下 0 . 4 0 . 3 1 8 0 . 1 8 00 . 5 0 . 4 4 . 4 . 3 垂向附加载荷 由风力、 离心力等欲向载荷引起的左、 右轴颈上的增、 减垂向载荷。 它们的值大小相等， 符 号相反。垂向附加载荷按以下公式计算: P _ _ , a , - T “ h 一肠 式中: P a 由横向载荷引起的作用在左、 右轴颈上的垂向附加载荷， 左侧轴颈取正值， 右侧轴 颈取负值， k N; 横向动荷系数( 见表2 ) ; 五 由车辆重心( 载重状态下) 到车轴中心线之间的距离， m; L s 左、 右轴颈载荷 I . - M校核截面的弯矩， k N m , W校核截面的抗弯截面模t， 二含 。 5 车轴弼度校核 5 . 1 轮座部位的疲劳许用应力 根据轮座的不同形状( 轮座不同形状见附录A ) , 轮座的疲劳许用应力( o _ , ) 。 见表 3 , 表 3 轮班盛劳许用应力( 卜. . 材 城 田! 圈 。和 圈 3 1 2 俐 . 州内9 8 . 1 M P a 5 0 炯 1 0 0 . d S1 1 8 . 2 M P a 5 . 2 非轮座部位的疲劳许用应力 ， 一 ， 。 参考附录B , 5 . 3 车轴强度校核 车轴强度按以下公式校核: a - Co _ J o l.0” (1 3) 式中: : 校核截面的强度安全系数。 二口 。 校核截面的疲劳许用应力， MP a , 5 . 4 对在检修中直径允许减小的部位， 应按规穆规定的最大减小f进行复脸。 1 4 9 8 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 T B / T 2 7 0 5 -1 9 9 6 附录 A 轮座形状 ( 净 卜 充件) A 1 轮盛形状见.A 1 、田A 3 圈A l 平1 抽压姚车 轮的场合 目A 2 轮座内侧有台阶场合 轮毅 一片 图 A 3优 化月 T B 汀 2 7 0 5 -1 9 9 6 附. B 非轮座娜位的.劳许用应力C o - 0 o ( 今考件) B l 轴颐部位度劳许用应力 B 1 . 1 装有滚动轴承时， 对L Z 切: 取C o - , ) 。 二9 8 . 1 M P a 对5 0俐: 取C u - , ) o =1 1 6 . 2 M P a . 8 1 . 2 装有汾动轴承时， 按无压配合部位选取， 参考B 2 , . 2 无压配合部位的盘劳许用应力 对L Z 钢: 取 。 一 : ) o = 1 3 7 M P a j 对 5 0 钢: 取 。 一 】 ) 0 =1 6 2 M P a , 日 3 轮座内侧回弧部位及轴身部位在润足强度的条件下， 还应瀚足设计准刚， 即轮座宜径D 与轴身，径 之比应在1 . 1 0 - 1 . 1 4 范圈内。为提离轮对的刚度， 宜采用不带锥度的平!型轴 身。 1 5 0 0 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 T B J T 2 7 0 5 -1 9 9 8 附录 C 算例 ( 参考件) C 1 算例1 , R D , 型本 轴强度 校核 C l . l 校核条件 a ) 用于 2 1 t 轴重的货车， b ) 使用最大速度为 V 二1 2 0 k m 八。 C l . 2 车轴型式尺寸 车轴的型式尺寸按照 G B 1 2 8 1 4 -9 1 , C l . 3 计算原始算数 按本标准表 1 所示的内容， 根据有关数据. 逐一进行计算。 a ) 校核截面分为: 轴颈上有压配合部位的内侧边缘处、 轮座_ t 轮毅内侧边缘处、 轮座内侧 圈弧处、 轴身中央处， 参考本标准中的图 1 , b ) 上述各校核截面的直径( 即表 I 中序号 1 8 ) 由“ 1 2 8 1 4 -9 1 中的表3 给出。 。 ) 表 I 中序号2 - 1 0 的各参数按有关规定或换算。 d ) 表 I 中序号 1 7 的“ 按G B 1 2 8 1 4 -9 1 中的图2 和表 3 及有关标准换算。 e ) 表 1 中的序号 1 1 -1 6 可按表 1 中数据栏的说明进行计算。 f ) 将a - 。 各项计算原始数据列于表C I 中。 表 C 1 序号内 容代号 单 位 致 据 1 2 3 4 5 6 7 B 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 计算截面杭可截面棋t 车辆自且引起的蚕向静载荷 车辆载皿引起的垂向辞续荷 轮对自盆引蚁的垂向静载荷 轴荷重 车轮直径 车辆滚动圈半径 车辆盆心至车轴中心线距离 左、 右抽斌级有作用城何距离 左、 右车轮滚动圈中心线间更离 横向健荷 左轴顶上作用的垂向总级荷 右轴颐上作用的垂向总载荷 左车轮的横向反力 左车轮的垂向反力 右车轮的垂向反力 校核截面至P r. 作用点的距离 W 矶 w e , 盯 尸 从 w, 仇 a V T O R r 肠 9 N 凡 P R P 瓜 盈 . 才 m， m3 m. 角， m， m， k N k N k N k N m m 价 月 1 m 卜 N k N k N 胜 N k N 七 N m m 2 1 5 . 7 X 1 0 一 7 1 6 . 8 K 1 0 - 1 6 5 2 . 皿 X 1 0 一 5 1 7 . 2 X 0 - 0 5 1 7 . 2 X 1 0 - 21 5 . 8 2 6 0 8 . 2 2 1 0 . 6 3 1 9 5 . 3 a 0 . 8 4 0 . 4 2 1 . 6 2 9 1 . 9 5 6 1 . 4 9 2 一5 8 . 6 1 1 8 5 . 5 9 5 8 . 6 1 2 1 7 . 2 7 2 1 7 , 2 7 0 . 0 8 3 1 5 0 1 T B / T 2 7 0 5 -1 9 9 6 表C 1 ( 续) 序号 内 容 代 号 单 位 1 效据 R 1 2 2 1 韶 2 3 2 4 2 5 校该断面!径 校核往面可矩 略 校核截面应力 强度安全系欲 校核断面成劳许用应力 垂向动荷系傲 摘向动荷系效 4 , 4 e 丙 甘 口. 】 . : 弘 ft a y 口 恤 m m m 口 功 口 口 以二 M P A 侧夕a 0 . 3 6 9 5 0 . 4 0 1 0 . 9 7 8 0 . 1 3 0 0 . 1 9 4 0 . 1 8 8 0 . 1 7 4 0 . 1 7 4 见衰 C 2 见衰 C 2 见表 C 2 见衰 C Z O 4 0 . 3 C l . 4 各计算截面强度校核 C l . 4 . 1 轴颈处强度校核( 8 - 8 截面) C l . 4 . 1 . 1 弯矩计算 由公式( 1 1 ) 及表 C 1 值: M. =P , 二1 8 5 . 5 9 x 0 . 0 8 4 3 =1 5 . 4N m=1 5 . 4 X1 0 N m C l . 4 . 1 . 2 应力计算 从 口.， 二二: 二 ，二二 二 w . 1 5 . 4X1 0 2 1 5 . 7X 1 0 - 0 = 7 1 . 4 M P 9 C l . 4 . 1 . 3 强度校核 按公式( 1 3 ) 及表 C 1 值得: _ _ _ o-,la_ 9 8 . 1 w = o . -一 于 1. 4 二 1 . 3 7 1 . 0 C l . 4 . 2 轮座处强度校核( b -b 截面) C l . 4 . 2 . 1 弯矩计算 ，。， L一 . 3 5 3.。 ， ， ， 、Ll 一L s Mn 二 L , 车轴全长; 。 . 0 6 8 车轮 轮辆内 侧面到 轮级内 侧面 的距 离， m 。 C l . 4 . 2 . 2 应力计算 a )原型车轴( 未经修理的新轴) : 1 5 0 2 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 T B / T 2 7 0 5 -1 9 9 6 按公式( 1 2 ) 及表C 1 值得: 从 口 加 1 ; 二 二: 二尸二 二 片 匕 1 6 3 . 3 1 X1 0 71 6 . 8 X 1 0 -6 = 8 8 . 3 2 M P a b ) 厂修后车轴， 轮座处直径为 1 8 8 m m, 按 公 式 ( 12 )A V C l 得 :、一 瓷 一 瓮兴1 0 31- 97 . 0 6M Pa C l . 4 . 2 . 3 强度校核 按公式( 1 3 ) 得: 原型抽、二 厂修后的轴 0 - j 2 口七 1 9 8 .1 8 8 . 3 2= 1 . 1 1 1 . 0 、 一 黔-_ 9 8. 1 = 1. 0 1 1.9 7. 06。 C l . 4 . 3 轮座内 侧圆弧处强度校核( C - C截面) 计算弯矩的截面选定: 以圆弧与轴身相切点为起点的 1 / 3 圆弧处。 抗弯截面模量的截面选定: 切点处截面。 C l . 4 . 3 . 1 弯矩什算 经计算得计算弯矩的截面离轮座内侧边缘距离为2 5 m m = 0 . 0 2 5 m _. - . L, 一 1 . 3 5 3 对 . = 1 “ i t ,t. 一Z + 0 . 0 6 8 ) 三导丛 + 。 . 0 2 5 + ; . ， 一 ft . r ( r“- - 冬3 5 3 + 0 . 0 6 8 ) 一 L 早 + 。 . 0 2 5 “ = 1 8 5 . 5 9 X 0 . 4 0 1 +5 8 . 61 X 0 . 4 2 一21 7 . 2 7X0 . 1 6 9 = 6 2 . 3 2 k Nm二6 2 . 3 2 X 1 0 Nm 0 1 . 4 . 3 . 2 应力计算 卫 C 氏=矶= 6 2 . 3 2 x 1 0 5 1 7 . 2 X 1 0 - 6 二 1 2 0 . 4 9 M P a 0 1 . 4 . 3 . 3 强度校核 竺 . , a 0c 1 3 7 1 2 0 . 4 9 1 4 1 . 0 C l . 4 . 4 轴身中 央处( d - d 截面) 0 1 . 4 . 4 . 1 弯矩计算 _L,。_S 脸 .= r ,.l r 十 r .， 一 “ . ; 丁 乙 = 1 8 5 . 5 9 X1 . 9 5 6 2 +5 8 . 6 1 只0 . 4 2 一21 7 . 2 7义1 . 4 卫 2 2 =4 4 . 0 4 X 0 0 Nm C 1 . 4 . 4 . 2 应力计算 机 口 油二 = ;: 了二 亡 二 w . 4 4 . 0 4 X 1 0 . 51 7 . 2 X1 0- 6 二 8 5 . 1 5 M P a 0 1 . 4 . 4 . 3 强度校核 C O _ 1 v 口 1 3 7 8 5 . 1 5= 1 . 6 1 1 . 0 1 5 0 3 T B / T 2 1 0 5 -1 9 9 9 Cl . 5 强度评定 将上述计算结果列于表C 2 中。 表 C 2 截面位t 直径 口 刃 口w igk N - .盆Ca -3.M P s 安 全 系 数 自 a - a 1 3 01 5 . 4 07 1 . 4 09 8 1 1 1 . 3 7 竺 原星1 洲一1 6 3 . 3 18 8 . 3 2 9 8 . 11 . 1 1 厂修1 8 8 6 1 . 3 1 9 7 . 0 6 9 8 . 1 1 . 0 1 轮座内侧圈弧 e一 仁 1 7 46 2 . 3 2 1 2 0 . 4 9 1 3 7 1 . 1 4 轴身中央 d - d 1 7 44 4 . 0 48 5 . 1 51 3 71 . 61 从表C 2 中可知， R D : 型车轴在 2 1 t 轴重,V- : 二1 2 0 k m / h 时， 其强度校核安全. C 2 算例