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1、动车组设计大作业CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）
2、的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保
3、留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要:在我国，铁路是国家的重要基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具，在交通运输行业中起着主导性作用。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。对于高速动车组而言，转向架的重要性更是不言而喻。转向架是铁路车辆的基本零件之
4、一，其性能直接关系到铁路车辆的安全性、稳定性和可靠性。论文以CRH2动车组轮对与轴箱弹簧为研究对象，并建立其有限元模型。按照UIC标准，应用solidworks对其进行CAD/CAE设计分析。 CRH2动车组拖车转向架基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关键词：solidworks 轮对 轴箱弹簧 CAD/CAE轮对的CAD/CAE分析车轴的CAD/CAE分析一、 问题描述在国际
5、上，机车车辆车轴结构设计主要采用两种设计方法：1、日本工业标准JIS E 450l一1995铁道车辆一车轴强度设计方法2、国际铁路联盟标准UIC51531994铁道车辆转向架一走行部车轴计算方法或欧洲标准EN131032002轮对和转向架非驱动车轴设计方法和EN131042002轮对和转向架/驱动动车轴设计方法拖车转向架用轮对由车轴、车轮(也带有制动盘简称轮盘)、轴制动盘（简称轴盘）及轴承构成。车轴：采用空心车轴（60mm通孔），车轴表面实施高频淬火。车轮：采用整体碾钢车轮，磨耗型踏面。车轮直径新制时为860mm，最大磨耗时为790mm。轮盘：锻造。轮盘外径为725mm（有效外径720mm），
6、组装时的厚度为133mm。轴盘：轴盘由压装在车轴上的轮毂和通过螺栓安装在轮毂的制动盘构成，仅安装在拖车转向架用的车轴上。二、 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）倒角镜像完成车轴零件图：车轴造型图：车轴工程图：见附录1：三、 CAE设计1. 受力分析根据欧洲EN 13104对车轴进行计算：对CRH2动车组，车辆重心到轴中心线高：=1055mm,轴颈中心距2b=2000mm,一根车轴的簧上质量=12.4t（其中g=9.8Nkg）以上各式中ml近似为轴箱簧上质量，F1和F2分别为左右轴盘的质量，F11和F22分别为左右轮盘的重量，y1和y2分别为左
7、右轴盘中心与左侧轴颈的垂直距离。以上参数的取值见表3，各种载荷的计算结果见表4。表3 CRH2 动车组拖车车轴参数取值 kg mm mm mm mm mm mm12400105510007474303931093表4 CRH2 动车组拖车车轴载荷计算结果，单位：KN2.12.12.22.287.264.742.521.395.754.92. 应力分析1) 前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：C. 设属性：合金钢D. 分网格：2) 求结果：A. 添约束：B. 加载荷：C. 查错误：载荷列表后进行检查。D. 求结果：进行有限元分析3) 后处理：A. 列结果：列约束反力B. 绘图形：绘制变形
8、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，相差不大，结果可信。3. 强度评价CRH2动车组拖车车轴材料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，车轮受力最大处符合强度评价准则。车轮的CAD/CAE分析一、问题描述车轮是轮对的重要组成部分，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，故动车组车轮需进行车轮静强度、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 1
9、3979l/2003铁路应用轮对和转向架车轮技术验收程序第一部分：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倒角完成车轮的零件图：车轮的造型图：车轮的工程图：见附录2三、 CAE设计1. 受力分析根据UIC 510-5：2003（整体车轮技术）标准进行车轮设计，对于安装到动轴上的车轮，考虑车轮通过直线、曲线和道岔时的载荷。 注：考虑我国车轮尺寸，图中尺寸应有所改动。根据UIC 510-5：2003（整体车轮技术）标准进行车轮设计，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图3
10、.2.1所示，有关符号如下：Q：满轴重静态载荷 Q=7250 kgg：重力加速度（m.s-2）FZ：轮轨垂向力，Fz=1.25Q.g（KN）FY：轮轨横向力，FY=0.7Q.g(KN)工况1：直线运行Fz=1.25Q.g1.2572509.8=88.8kN横向力：Fy1=0工况2：曲线通过Fz=1.25Q.g =888kNFY=0.7Q.g =497kN工况3：道岔通过Fz=1.25Q.g =888kNFY2=O42Q.g=298 kN2. 应力分析1) 前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：C. 设属性：合金钢D. 分网格：如下图所示2) 求结果：A. 添约束：在对称面上施加对称约束B
11、. 加载荷：由于车轮有蠕滑现象，所以加载区域是一个面而不是一个点，C. 查错误：载荷列表后进行检查。如下图D. 求结果：进行有限元分析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较，相差不大，结果可信。3. 强度评价车轮辐板上所有节点的动应力范围应低于许用应力，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则。轮
12、对的造型图、工程图及装配过程一、 轮对的造型图二、 轮对的装配 三、 轮对的工程图：见附录3轴箱弹簧（外簧）的CAD/CAE分析一、 问题描述二、 CAD设计（CAD零件工程图）外簧的建模过程：三段等距螺旋线组合曲线画簧条直径扫描切支撑圈完成外簧的造型图：三、 CAE设计1. 受力分析2. 应力分析1) 前处理：A. 定类型：静态分析B. 画模型：C. 设属性：合金钢D. 分网格：如下图所示2) 求结果：A. 添约束：在对称面上施加对称约束B. 加载荷：由于给弹簧加力，计算过程中因受力不均将会产生偏斜，所以加载过程中采用加位移的方法加载。C. 查错误：载荷列表后进行检查。如下图D. 求结果：进行有限元分析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较，相差不大，结果可信。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。在进行CAE设计时，由于支撑全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。经计算内簧的挠度为：43.3mm。附录附录1CRH2车轴工程图附录2CRH2车轴工程图附录3CRH2轮对工程图
