EMU动车轮对三维设计说明书

课程设计阐明书

EMU动车轮对三维设计

学科、专业：_______________

学号：____________

作者姓名：__________________

指导教师：__________________

任务书

课题EMU动车轮对三维设计

姓名专业车辆工程班级

设计任务：

1.掌握高速动车组（EMU）轮对日勺基本构成；

设2.参照CRH1动车车轴的构造，完毕对车轴的三维建模；

3.掌握CRM动车车轮的基本构造和车轮踏面的轮廓特性，完毕对

计

车轮日勺三维建模：

4.理解制从动齿轮日勺作用及参数，完毕制动盘日勺三维建模。

任

5.完毕从动齿轮及车轮在车轴上的装配。

务系统功能规定：动车轮对三维建模对的。

重点研究问题：EMU动车车轮对的特点及三维建模。

需到达的重要技术指标：三维建模尺寸合理。

1.学会文献检索的基本措施；

2.对的测量设计对象的重要尺寸；

设

3.使用solidworks软件完毕动车车轴，车轮和从动齿轮的三维建模及

计装配。

要4.完毕3000字论文，论文格式需符合学校规定。

求

指导教师系主任主管院长

签字签字签章

摘要

现阶段我国高速铁路技术正处在飞速发展的阶段，不过受我国铁路技术起步晚、基

础研究微弱、轨道交通学科发展落后这一基本现实状况的制约，我国高速铁路技术与德

国、法国、日本这些高铁强国尚有很大的差距。在经济全球化的背景下，引进国外高速

铁路技术发展我国轨道交通系统并于此基础上逐渐实现“引进、消化、吸取与再创新”

就显得尤为重要。高速动车组就是经典日勺高铁技术代表之一，为实现高速铁路的跨越式

发展，处理我国运送瓶颈与科研日勺技术难题，2023年我国开始从日本、德国、法国引进

了一批高速动车组并与外方进行联合设计生产，目前我国正在不停消化吸取高速动车组

关键技术，并逐渐形成我国自主日勺技术平台。

伴随列车开行速度日勺提高，对动车组转向架安全性、舒适性与曲线通过能力也就提

出了越来越高的）规定。高速转向架的I研发设计也就成为高速铁路技术里一项极其重要日勺

子系统，考虑到高速转向架技术以及相对应日勺轮轨关系是消化吸取再创新的重点，本课

题研究内容就是电动车组动力转向架轮对时三维设计，但愿通过本课题的研究加深对高

速动车组技术的理解。

本文重要设计分析了CRHi型动车轮对欧I基本构造构成、重要技术参数和装配关系,

基于Solidworks三维建模软件初步完毕动车轮对欧J构造外形设计，最终对车轴时应力分

布进行了分析。

关键词：动车组；转向架；轮对

3.5.装配..........................................................VIII

4.车轴强度分析.........................................................IX

参照文献................................................................XI

L绪论

自从1964年日本建成世界上第一条东京至大阪高速运行铁路以来，在短短日勺四十

数年里，高速铁路从无到有，发展迅速。截止2023年终前，世界投入运行日勺高速铁路

近2.5万公里，我国高铁运行里程已达近万公里。占世界高速铁路总里程日勺30%稳占

世界第一。其中重要分布在我国、日本、法国、德国、意大利、比利时、荷兰、瑞典、

赢过、韩国我国台湾等17个国家和地区。高速铁路作为一种安全可靠、快捷舒适、运

载量大、低碳环境保护日勺运送方式，已逐渐成为世界交通发展的重要趋势。

2.EMU动车组轮对

2.1,定义

两个车轮和一根车轴按规定的压力和尺寸牢固日勺压在一起叫做轮对。

2.2.作用

轮对的作用是保证机车车辆在钢轨上的运行利转向，承受来自机车车辆的所有静、

动载荷，把它传递给钢轨，并将因线路不平顺产生日勺载荷传递给机车车辆各零部件。此

外，机车车辆的驱动和制动也是通过轮对起作用*J。

23规定

1）足够的强度；

2）重量小，具有一定弹性；

3）阻力小，耐磨性好；

4）能适应车辆直线运行，同步又能顺利通过曲线，具有必要日勺抵御脱轨的安全性,

具有严格的尺寸规定。

2.4.构成

241.车轴

1）轴颈：车轴上与轴承相作用的部分；

2）轮座：车轮压装处，也是车轴上直径最大的部分；

3）防尘板座：客、货车车轴上轴颈与轮座之间的过渡处，其上装有滑动轴箱的防

尘板或滚动轴箱日勺后挡板；

4）轴身：两车轮之间的I部分，有些客、货车车轴日勺轴身自轮座向中央逐渐缩小，

也有某些轴身通长为圆柱形，采用盘形制动日勺制切盘组装在轴身上。

2.4.2.车轮

1）踏面：车轮上与钢轨相接触的部分。

2）轮缘：位于钢轨的内侧，可防止轮对滚动猊轨，并起导向作用。

3）轮具有完整踏面的径向厚度部分。

4）轮毂：车轮紧固车轴的部分。

5）辐板：轮毂与轮辗1的板状连接部分。

25组装

轮对的组装工艺一般有两种：热套和液压套装。所谓热套，就是将轮心加热后套到

车轴，轮毂加热后套到轮心。而所谓液压套装，就是在车轮与车轴拆装过程中，通过专

门日勺液压设备向轮座接触面处注入高压油，使轮座孔扩张并同步施以轴向推力将车轮压

入或退出。

2.6.踏面

1:20斜面日勺作用：在直线上自动对中，在曲线上使外轮滑动量小。

1:10斜面的作用：通过小曲线时，可深入减小外轮滑动量。

2.6.1.原则踏面存在的重要问题

踏面和轮缘磨损严重，尤其是在新踏面投入运用日勺前期。

原因：锥形踏面与钢轨的接触区域，明显地仅为狭小面积接触，因此产生局部磨耗,

使踏面呈凹形，但当踏面到达某种凹形程度后，外形便保持相对稳定。

262.处理措施：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面

研究表明：当锥形踏面磨耗到一定的凹形程度后，外形便相对稳定，磨耗速度减小

（此时轮轨接触区域较宽）。因此，我们可直接将新踏而做成磨耗形状，即磨耗型踏而。

2.6.3.磨耗型踏面优缺陷

K处：

（1）延长镶轮公里［因轮轨接触点变化范围较大，使轮轨磨耗较均匀］,并减少镶

轮时的车削量。

（2）在同样日勺接触应力下，容许更高轴重（因轮轨接触面积较大）。

（3）减少了曲线上的轮缘磨耗［因锥形踏面在曲线上时轮轨为两点接触，而磨耗型

踏面在曲线上时轮轨为一点接触］。

缺陷：等效斜度大，蛇形稳定性差。

3.三维建模

轮对为空心车轴，按照欧洲原则EN13104（动车）和EN13103（拖车）进行设计，

设有对应的轮座和制动盘座。带有拆卸用注油孔日勺整体式车轮，车轮材质ER9,车轮寿

命150万km,车轮内侧距1353mm。动车制动盘为轮盘，每轮对2组；拖车为轴盘，

每轮对3组。

3.1.车轴三维建模

车轴为空心车轴，中心有一种直径为60nini的通孔，该通孔首先可以减轻车轴的I质

量大概50〜60kg,另首先它也为超声波无损探伤提供了很大时以便，通过它可以很以便

地对车轴的任何一截面进行详细探伤。它包括轴颈、防尘板座、轮座、轴身、齿轮座等

部分。根据EN13104（动车）进行设计，动车车轮上安装制动盘。

轴颈用以与轴承配合，防尘板座是车轴与防尘板配合的部位，轮座是车轮与车轴配

合的部位，为了保证轮轴之间的压紧力，轮座直径比轮毂孔大0.10-0.35nlm。参照图2.69

（a）⑵动车车轴进行三维建模，过程如下：

以轮座处的I直径进行草图圆绘制一两侧拉伸一绘空心通孔草图一拉伸切除、完全贯

穿一绘轴颈草图一反侧切除一绘防尘板座草图一反侧切除一绘轴身草图一反侧切除一

镜像轴颈、防尘板座特性一绘轮座与齿轮座间的轼身草图一反侧切除一绘齿轮座槽草图

-反侧切除一镜像齿轮座槽切除特性一变截面处圆角过渡。

图3.1车轴三维建模

图3.2车轴外形数据

3.2.车轮三维建模

车轮踏面是按照LMA型踏面跳制的，车轮公差的标注是按照合用于该车轮的规则进

行日勺。车轮日勺公称直径为915〃〃〃，磨耗到限日勺直径为835〃〃〃。车轮轮毂上日勺注油孔重

要是为拆装车轮时注入高压油而设置的。动车车轮上安装制动盘，拖车车轮上不安装制

动盘。动车组车轮一般采用整体车轮，它包括轮缘、踏面、轮辆、轮毂孔、辐板、辐板

孔等部分。

车轮踏面可参照图2.100CRH,车轮踏面形状⑵和图2.68(a)动车车轮⑵进行草图

绘制。建模过程：以车轮轮缘处最大圆周处宜径绘圆草图一以轮毂长度为厚度进行拉伸

（轮坯）一绘轮毂孔草图一完全贯穿切除一绘轮毂外侧圆草图一反侧切除一绘辐板草图

一拉伸切除一绘踏面草图一旋转切除一绘辐板孔草图一完全贯穿拉伸切除一绘注油孔

草图一旋转切除一绘轮毂孔油槽草图一拉伸切除一截面突变处圆角过渡。

图3.3车轮三维建模

图3.4车轮踏面形状示意图

3.3.制动盘三维建模

轮装制动盘是动车组轮对的重要部件，分内盘和外盘，采用定位销定位，用高强度

螺栓和螺母，将制动盘与车轮日勺辐板固定在一起。当动车组需要减速或停车时，控制各

制动单元的夹钳收缩与制动盘接触，通过安装在夹钳上的I闸片与轮装制动盘摩擦，实现

列车日勺减速或停车。

制动轮盘可参照图2.68(a)动车车轮⑵和图1轮装制动盘组装示意图再进行建模。

建模过程：绘轮盘草图一拉伸一绘轮盘孔草图一完全贯穿、拉伸切除一绘凸台草图一拉

伸切除一绘定位销孔、螺栓孔草图一拉伸切除一截面突变处圆角过渡

图3.5制动盘三维建模

3.4.从动齿轮三维建模

齿轮箱里有一根小齿轮轴，它与一种直接安装在驱动轴上的从动齿轮相啮合(单级

减速齿轮)。齿轮通过硬化热处理，其工作表面通过磨削，能在电动机与车轴之间进行

平滑而稳定日勺动力传递，齿轮箱技术数据如下表所示:

表3.1齿轮箱技术数据

传动比89/24=3.71

法句模数6.0

中心距355mm

质量（整个传动装置.）约330kg

从动齿轮采用直齿轮，参照CRIh动车组车轴齿轮箱重要技术数据，在SolidWorks

三维造型软件中打开办公室产品中的Toolbox插件，选择GB中的动力传动齿轮，对齿轮

配置零部件，选择对应口勺参数，生成所需的零部件。再绘制草图，切除，形成齿轮孔槽、

辐板。

图3.6从动齿轮三维建模

35装配

轮对组装过程采用热压装配整体车轮工艺措施。动力轮对采用热压装配齿轮，非动

力轮对则采用热压装配制动盘的工艺措施。车轮内侧距为1353mm,车轮与车轴为过盈配

合，车轮与从动齿轮采用热压装配。制动轮盘通过定位销定位，用螺栓与螺母将轮盘与

车轮辐板连接起来。

图3.7装配模型

4.车轴强度分析

根据最大轴重、牵引电动机轴最大牵引扭矩来计算车轴所受载荷，轴重不超过16/,

电动机轴最大牵引扭A=2155N-m。齿轮箱传动比i=3.71,齿轮传动效率〃=0.99。

车轴所受扭矩:7=小〃7=2155x3.71x0.99=7915.1N〃

轴颈处所受载荷:/=16x1000x9.8x1.5^-2=117600^

ri=T/i/（/i4-/2）

Ti=Tlz/{hI；2）

其中：/i=l184/^/mni（/i为远离齿轮轮座处扭矩作用点，心为靠近齿轮轮座

处扭矩作用点）

由上式计算可得出

轮座处所受扭矩：Ti=6214.5N•机（远离齿轮处）

T2=1700.6N•加(靠近齿轮处)

在solidworks中打开Simulation插件，选择车轴材料，在车轴对应位置处，根据以上载

荷、扭矩进行约束及加载荷，进行强度分析，分析成果如下图所示。

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图4.1车轴强度分析

由分析成果可知，车轴轴颈处变形较大，变形量可达().157〃〃〃，故车轴符合规定,

设计也