CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CADCAE設(shè)計(jì)

1、CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CADCAE設(shè)計(jì)CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE 設(shè)計(jì)班級(jí)：車輛091姓名：WUWUWUWW學(xué)號(hào)：200904802Q z 、 z goo o z )44於飆耕硬眾FIT友會(huì)劇出林iCRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)摘要：隨著時(shí)速200km/h高速動(dòng)車組的引進(jìn)，如何評(píng)價(jià)引進(jìn)動(dòng)車組的安全性，可靠 性等成為十分緊迫和重要的問(wèn)題論文以CRH2動(dòng)車組拖車輪對(duì)和軸箱為研究對(duì)象， 進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算分析，以期望為我國(guó)高速動(dòng)車組標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)從過(guò)盈配合強(qiáng) 度,靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度三個(gè)方面對(duì)CRH2動(dòng)車組拖車車輪進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析.按照相尖標(biāo) 準(zhǔn)，考慮新車輪和磨耗到

2、限車輪的不同，分別建立模型并施加不同的 過(guò)盈量;考慮到車 輪輻板孔的影響，載荷分兩個(gè)方向施加;分有無(wú)制動(dòng)力兩種工況，實(shí)施車輪動(dòng)強(qiáng)度計(jì) 算.CRH2動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架基本參數(shù)項(xiàng)目規(guī)格設(shè)計(jì)最高速度/km/h250營(yíng)業(yè)最高速度/km/h200額定軸重/kN137.2 (14t)滿員時(shí)最大軸重（200%定員/kN）156.8 (16t)編組能通過(guò)的最小曲線半徑/m180轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)角/度4.0軸距/mm2500車輪直徑/mm8609輪對(duì)的CAD/CAE分析車軸的CAD/CAE分析 問(wèn)題描述CRH2轉(zhuǎn)向架車軸按照J(rèn)IS E 4501進(jìn)行設(shè)計(jì)，按JIS E 4502標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。為了研究CRH2動(dòng)車組運(yùn)行的安全

3、性和可靠性，按照J(rèn)ISE4501標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該車軸進(jìn)行強(qiáng)度分析。（二）、車軸的CAD設(shè)計(jì)車軸尺寸圖：ftp?r XX 0.01巒r.血OO oei 0O.av _l 0 03.0500.05 B圖11車軸零件圖一、CAD設(shè)計(jì)（CAD零件工程圖）車軸的建模過(guò)程：拉伸軸身切軸頸一切防塵板座切輪座（切軸身）倒角鏡像完 成二.CAE設(shè)計(jì)1 應(yīng)力分析1）前處理：A 定類型：靜態(tài)分析B. 畫(huà)模型：畫(huà)出加約束和載荷時(shí)的分割線C. 設(shè)屬性：碳鋼板D. 分網(wǎng)格：自動(dòng)生成2）求結(jié)果：A. 添約束：高級(jí)夾具將中心定位，在輪座處加彈性支撐，彈性剛度為lOellB. 加載荷：按軸重14t算在軸頸處施加70000N的載荷網(wǎng)格

4、和載荷圖c査錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)行檢査。D求結(jié)果：進(jìn)行有限元分析3）后處理：A列結(jié)果：列約束反力B. 繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖應(yīng)變圖應(yīng)力圖C. 顯動(dòng)畫(huà)：顯示變形動(dòng)畫(huà)和應(yīng)力動(dòng)畫(huà)D下結(jié)論：運(yùn)行結(jié)果與受力分析結(jié)果比較，相差不大，結(jié)果可信。位移圖圖解蟲(chóng)P總器慶力”應(yīng)力#28#370#332 和 639E06#544#G02#562節(jié)* ven Xlses (X. n 2)3 03205-6.iC6Z5eCC63 強(qiáng)度評(píng)價(jià)1) 確定危險(xiǎn)點(diǎn)：由分析結(jié)果可得出，車軸最大應(yīng)力為36. 759MPa,發(fā)生 在軸頸處。2) CRH2動(dòng)車組車軸材料S38C,釆用高頻淬火熱處理和滾壓工藝，根據(jù)JIS E

5、4502取車軸的疲勞許用應(yīng)力為147MPa,可見(jiàn)，按照日本標(biāo)準(zhǔn)，該車 軸滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)分析，車軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。車輪的CAD/CAE分析一、問(wèn)題描述車輪是輪對(duì)的重要組成部分，其疲勞強(qiáng)度直接尖系到動(dòng)車組運(yùn)行的安全性、 可靠性、穩(wěn)定性等，故動(dòng)車組車輪需進(jìn)行車輪靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度和輪軸過(guò)盈配合強(qiáng) 度等3個(gè)方面的分析。UIC 5105/2003整體車輪技術(shù)條件EN 139791/2003鐵路應(yīng)用輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架車輪技術(shù)驗(yàn)收程序第一部CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)分：鍛制和軋制車輪二、CAD設(shè)計(jì)（CAD零件工程圖）車輪的建模過(guò)程：拉伸輪胚一切左腹板一切右腹板旋踏面一打輪轂孔一完成CRH2

6、動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)10mBer車輪的尺寸圖:/ 0.1 A30*4三.CAE設(shè)計(jì)1 受力分析CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)1 35 mm1 08.5 in in73.5 mm38 mm根據(jù)UIC510 5： 2003 (整體車輪技術(shù))標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車輪設(shè)計(jì)，對(duì)于安裝到動(dòng)軸上的車輪，考慮車輪通過(guò)直線運(yùn)行、曲線通過(guò)和道岔通過(guò)三種工況，CRH2動(dòng)車組拖 車車輪受力如上圖所示，有矢符號(hào)如下：Q：滿軸重靜態(tài)載荷Q= 160/2 kgFZ：輪軌垂向力，F(xiàn)z=1.25Q (KN)FY：輪軌橫向力，F(xiàn)Y=07Q(KN)此處只進(jìn)行直線工況下的CAE分析，受力如下：垂向力：Fzl=1

7、.25Q=1.25*160/2=100kN橫向力：Fyl=02應(yīng)力分析1)前處理：A定類型：靜態(tài)分析B畫(huà)模型：用分割線畫(huà)出受力的接觸斑C設(shè)屬性：碳鋼板D分網(wǎng)格：如下圖所示1CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)2) 求結(jié)果：A 添約束：在輪較孔處用高級(jí)夾具施加約束B(niǎo). 加載荷：在接觸斑上施加70000N的力C. 查錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)行檢查。D求結(jié)果：進(jìn)行有限元分析3) 后處理：A列結(jié)果：列約束反力B.繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖12CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)1AES(71 4o-00： 2卅廠窺|R.122/092.1 1?0k-002JG10L82|j

8、4!9-W21 t.-coa$ iWrODf6 tt MirOOl2 IK.-COI位移圖XHT39. EaM a4.fl)84J.CTJ.-O04J么“心2. MU-CO42. 4OM-04I外s4.V/U-W1應(yīng)變圖UC* MSwiURnRV1.1690LSI. ITO. “2e. 0 lit143.410 094,4taC4I.O ra.tn.MO 廳 t M2.o45Z1010旬打幺2U.0 15. T4C. 423.0la.sios夠么6濟(jì)）為0Rim.g. eons. 詢祂 o.DL9r. M2. W. 0應(yīng)力圖c.顯動(dòng)畫(huà)：觀察變形動(dòng)畫(huà)和應(yīng)力動(dòng)畫(huà)D下結(jié)論：運(yùn)行結(jié)果與受力分析結(jié)果比較

9、，相差不大，結(jié)果可信。3.強(qiáng)度評(píng)價(jià)依據(jù)相尖資料知在標(biāo)準(zhǔn)EN13104中動(dòng)車組車輪輻板上所有節(jié)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力范圍應(yīng)低 于許用應(yīng)力，即：1）用加工中心加工的車輪V360MP%2）未用加工中心加工的車輪V290 MPa；3）最大Von Mises應(yīng)力低于車輪材料彈性極限（355 MPa）。經(jīng)分析，車輪受力最大處符合強(qiáng)度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析得最大應(yīng)力約為176. 8MPa，最小應(yīng)力約為0. OlSMPao最大應(yīng)力發(fā)生在軸承座與防塵座連接處。最大變形為0. 02517mm。故該車輪分析滿足強(qiáng)度要求。CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)輪對(duì)的分析：一、輪對(duì)的裝配1、輪對(duì)壓裝位置要求：輪對(duì)內(nèi)側(cè)距離L

10、=(l 3532) mm,且任意3處距離差不大于1 mm。當(dāng)內(nèi)側(cè)距離L 不符合規(guī)定時(shí)，不得向外側(cè)調(diào)壓，但當(dāng)輪對(duì)內(nèi)側(cè)距離比規(guī)定的最小距離小1mm以下 時(shí)或因車輪輾制不均勻而致使任3處距離差超過(guò)規(guī)定時(shí)，可以通過(guò)旋削輪輔內(nèi)側(cè)面 進(jìn)行調(diào)整。(2)輪對(duì)輪位差：L1-L2 W3 mm。2、裝配過(guò)程：添加車軸f固定一添加車輪同軸心配合對(duì)稱約束添加距離完成CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)7/3恥上1 ?F必并塊M iMm。 穢匕“楓HE冊(cè)池Stt sa1AJ3AC& 上 tsvaiiLaUiBVIKUfASolAVVorKs 二3h(H O -N 滋(FI；跖葛3吟口 血 & 智艦骨m11 ft

11、r刃曲 teW.-M-UL4M二、輪對(duì)的CAE分析1、理論要求：為保證運(yùn)行過(guò)程中，車輪不會(huì)與車軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或脫離，輪軸之間應(yīng)有足夠的 接觸壓應(yīng)力。在標(biāo)準(zhǔn)EN13260:1998對(duì)輪對(duì)輪軸過(guò)盈量J有如下規(guī)定：町采用收縮裝配:0.0009dmWjW 0.0015dm;b）采用壓力裝配:0.0010dmWJW0.0015dm+0 06;其中:dm表示輪座位置軸的平均直徑，單位為mm。dm=194mm 時(shí)，0174mm WjW 0.291mm2、應(yīng)力分析1）前處理：A定類型：靜態(tài)分析B畫(huà)模型：將裝配圖進(jìn)行爆炸，方便選擇配合的面C設(shè)屬性：將所有零件材料選擇碳鋼板，將軸頸和輪較孔處添加冷縮配合D分網(wǎng)格：

12、自由網(wǎng)格劃分U2) 求結(jié)果：添約束：車軸中間面處固定幾何體約束加載荷：在軸頸和車輪接觸斑處施加70000N的力査錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)行檢査。求結(jié)果：進(jìn)行有限元分析3) 后處理：列結(jié)果：列約束反力繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖MtBK G?511$4%erTaR &. lklC-0013 50)1I m.-oiH 24b曠如B 2.ZH4AV.I 1 IW“O01 I SMSC-W !2WW廉“氏，&仗” tt50應(yīng)變圖ron 15-5 WADS.UTSit,ft1. texWSztSI.v rrw yTil., .4X也 ML9M.4K.0*.TMr 0T12應(yīng)力圖顯動(dòng)畫(huà)：觀察變形動(dòng)畫(huà)

13、和應(yīng)力動(dòng)畫(huà)下結(jié)論：運(yùn)行結(jié)果與受力分析結(jié)果比較3強(qiáng)度評(píng)價(jià)車輪和車軸之間的裝配屬于壓裝配合。又因?yàn)樵谲囕S的車輪座直徑為20rmm”車輪的輪轂孔位200-amm，輪座和輪轂孔間所受的作用力最大。軸箱彈簧（外簧）的CAD/CAE分析一、問(wèn)題描述 制造工藝過(guò)程：修正下料端部加熱一鍛尖加熱卷繞淬火回火強(qiáng)化 處理（噴丸、強(qiáng)壓、滲碳）磨平端面試驗(yàn)或驗(yàn)收。三段直線掃描法：彈簧是由簧條圓繞三條首尾相連的直線扭轉(zhuǎn)而成的，故其造型過(guò)程 為：先繪制三條首尾相連的直線，再繪制簧條圓，然后利用掃描特征中的沿路徑扭轉(zhuǎn) 命令依次創(chuàng)建彈簧基體，最后利用拉伸切除特征創(chuàng)建支撐圈。彈簧的尺寸如圖所示，此處以右旋外圈簧為例進(jìn)行分析。項(xiàng)目

14、內(nèi)圈贊外圈簧簧條直徑/mm2641簧圈直徑/mm143220自由高度/mm240256壓緊高度/mm153.4180.4總?cè)?shù)/有效圈數(shù)6.4Z4.44.972.9旋向左右彈性系數(shù)/kgf/mm單35.5291.51總127.03橫向彈性系數(shù)/kgmm28 0008 000應(yīng)力修正系數(shù)1.2781.286二、CAD設(shè)計(jì)（CAD零件工程圖）外簧的建模過(guò)程：三段直線線一簧條圓一三次掃描切支撐圈一完成三、CAE設(shè)計(jì)1. 受力分析彈簧下端壓在軸箱支座上，上端受壓力作用，發(fā)生大的彈f生變形。2. 應(yīng)力分析1）前處理：A定類型：靜態(tài)分析B.畫(huà)模型：三段直線法C設(shè)屬性：合金鋼D分網(wǎng)格：CRH2動(dòng)車組輪對(duì)與軸

15、箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)2）求結(jié)果：A. 添約束：在底面上添加固定幾何體約束B(niǎo). 加載荷：采用加位移的方法加載。C査錯(cuò)誤：載荷列表后進(jìn)行檢査。D求結(jié)果：進(jìn)行有限元分析。3）后處理：A 列結(jié)果B.繪圖形：繪制變形圖、應(yīng)力圖和外邊界路徑圖。2IS(ft.YKO4CM Q JjU(fc M cm-叩cm-wf Irmel ttitan unk iC4W3樸如 0 M%)QKl%S &S3S Rf4S WE K-5WSWW腳I 0.9001 I h-05f 回 I BT 刁5RKZ:- ?SF0Dmn吸 OW 0 rn eca”越“w如曲44M avo/avD星艇冊(cè)聊與庫(kù)為筋古諂ZHHDCRH2動(dòng)車組

16、輪對(duì)與軸箱彈簧CAD/CAE設(shè)計(jì)wnItfXP刃9叫0RmM 況. . 40 5 .Id”.4.K.E ORSX； W.n“ 0o*4.4a5.ll0m%4 2 務(wù) 0152. (t 2120 叭 g o w.wr.Axcw223力圖C顯動(dòng)畫(huà)：顯示變形動(dòng)畫(huà)和應(yīng)力動(dòng)畫(huà)D下結(jié)論：運(yùn)行結(jié)果與受力分析結(jié)果比較3 強(qiáng)度評(píng)價(jià)彈簧位移1mm時(shí)的力即為彈簧的剛度，可看出的靜強(qiáng)度滿足要求。在進(jìn)行CAE設(shè)計(jì)時(shí)，由于支撐圈會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果有影響，所以將支撐析。根據(jù)彈簧設(shè)計(jì)手冊(cè)，彈簧的縱向剛金和橫向剛度分別由以下各式計(jì)算。(1)心$ (2)1.179 (務(wù)尸+0B84螺旋彈簧在壓縮變形過(guò)程中，彈簧截面所承受的載荷包括剪應(yīng)力、扭矩、轉(zhuǎn)矩、 壓應(yīng)力，加上彈簧絲有一定的曲率，其實(shí)際變形以及應(yīng)力分布相當(dāng)復(fù)雜。而 其位置出 現(xiàn)在圓柱螺旋彈簧的位置在內(nèi)一側(cè)，符合了經(jīng)典理論對(duì)圓柱螺旋彈簧的分析結(jié)果在受壓縮情況下，圓柱螺旋壓縮彈簧任意截面所作的應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上得出，與彈 簧線材軸線成=135斜截面上的為最大正應(yīng)力。因此這類彈簧的疲勞開(kāi)裂大多起裂于 內(nèi)圓表面，沿=135斜截面擴(kuò)展并導(dǎo)致疲勞斷