CRH2动车组轮对及轴箱弹簧CADCAE设计

1、-CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计班级：车辆091 ：wuwuwuww*：2021048022012/12/24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平安性,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.

2、 CRH2动车组拖车转向架根本参数工程规格设计最高速度/km/h250营业最高速度/km/h200额定轴重/kN137.214t满员时最大轴重(200%定员/kN)156.816t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动车组运行的平安性和可靠性，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1、 CAD设计CAD零件工程图车轴的

3、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2、 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

4、结果比较，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。2CRH2动车组车轴材料S38C，采用高频淬炽热处理和滚压工艺，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，车轴构造强度符合设计要求。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平安性、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 5105/2003?整体车轮技术条件?EN 13979l/2003?铁路应

5、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：3、 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=1.25QKNFY：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

6、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：如以下图所示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较，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围应低

7、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则。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：1、 轮对的装配1、轮对压装位置要求：(1)轮对侧距离L=(1 353±2) mm,且任意3处距离差不大于1 mm。当侧距离L不符合规定时,不得向外侧调压,但当轮对侧距离比规定的最小距离小1 mm以

8、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2、 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:0.0009dmj 0.0015dm;b)采用压力装配:0.0010dmj0.0015dm+0.06;其中:dm表示轮座位置轴的平均直径，单位为mm。dm=194mm时，0.174mmj0.291mm2、应力分析1)

9、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较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

10、用力最大。轴箱弹簧外簧的CAD/CAE分析1、 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立弹簧基体，最后利用拉伸切除特征创立支撑圈。弹簧的尺寸如以下图，此处以右旋外圈簧为例进展分析。2、 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3、 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

11、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较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，其实际变形以及应力分布相当复杂。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=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圆外表,沿=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