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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设计班级：车辆091学号：XXX姓名：XXX2012年12月18日CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计1随着列车速度的不断提高，对转向架性能的要求越来越高。与传统转向架相比，保持高速运行稳定性﹑充分利用轮轨之间的粘着和减轻轮轨相互作用力是动车组转向架特有的任务和技术关键。转向架可以说是铁道车辆上最重要的部件之一，它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过曲线。同时，转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。尤其是轮对装置，轴箱弹簧。从而保证转向架的各个部分有足够的强度，稳定性。本文将以CRH2动车轮对与轴箱弹簧研究对象，建立有限元模型。并对产生结构进行分析。其相关参数如表二。表二CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计2（一)轴箱弹簧CAD/CAE分析一、轴箱弹簧（外簧）的CAD/CAE分析1、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。2﹑用三段直线扫描法绘制轴箱外弹簧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建弹簧基体，最后利用拉伸切除特征创建支撑圈。如图1所示CRH2轴箱外簧。其基本参数如表一所示表一图1.1三段直线扫描法轴箱外簧CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计3二、CAE分析1.受力分析：弹簧下端受到轴箱支撑面的支持力，上端受到簧上质量的压力，分析时可简化为一端固定，另一端受到向下压力作用。2.应力分析1）前处理：定类型：静态分析建模型：运用solidworks2012建立弹簧模型。设属性：合金钢分网格：共4572个节点，2147个单元结果如图1.2示。图1.2螺旋弹簧网格划分2）求结果：添约束：在弹簧一端加固定约束。加载荷：在弹簧另一端施加压力。查错误：载荷列表后进行检查。求结果：进行有限元分析。如下图所示。CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计4图1.3轴箱弹簧应力图图1.4轴箱弹簧位移图CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计5图1.5轴箱弹簧应变图3）求结果：1强度评价1）确定危险点：由分析结果可以得出，弹簧受到的最大应力为166.35MPa，在弹簧端部。2）校核强度：应力小于TB/T1335-1996规定轴箱弹簧的材料的许用应力340MPa，故弹簧强度符合设计要求。（二）车轴的CAD/CAE分析一、车轴的CAD/CAE分析（一）、问题描述CRH2转向架车轴按照JISE4501进行设计，按JISE4502标准进行生产。为了研究CRH2动车组运行的安全性和可靠性，按照JISE4501标准，对该车轴进行强度分析。其尺寸如图2.1所示。（二）、车轴的CAD设计CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计6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→完成如图2.2图2.2车轴造型图（三）、车轴的CAE设计1.受力分析：如图2.3所示。图2.3车轴受力2.应力分析1)前处理：定类型：静态分析画模型：运用solidworks2012车轴模型设属性：合金钢分网格：共5463个节点，3206个单元如图2.4示。CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计7图2.4网格划分图2)求结果：添约束：在轮座处添加固定约束，如图5。加载荷：在轴颈处施加载荷。查错误：载荷列表后进行检查。求结果：进行有限元分析。如图2.5所示图2.5加载图图2.6应力图CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计8图2.7位移图图2.8应变图3)后处理：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47.411MPa，发生在轴颈处。CRH2动车组车轴材料S38C，采用高频淬火热处理和滚压工艺，根据JISE4502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，车轴结构强度符合设计。(二)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。如图3.1所示。CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计9图3.1车轮零件图车轮的建模过程：拉伸轮胚→切左腹板→切右腹板→旋踏面→打轮毂孔→倒角→完成如图3.2所示图3.2车轮造型图三）车轮的CAE设计1.受力分析根据UIC510-5：2003（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。根据UIC510-5：2003（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。如图3.3.CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计10图3.3有关符号如下：Q：满轴重静态载荷Q=7250kgg：重力加速度（m/s2）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F1z=1.25Q.g=1.25×7250×9.8=88.8kN横向力：F1y=0工况2：曲线通过F2z=1.25Q.g=1.25×7250×9.8=88.8kNF2y=0.7Q.g=49.7kN工况3：道岔通过F3z=1.25Q.g=1.25×7250×9.8=88.8kNF3y=O.42Q.g=0.42×7250×9.8=29.8kN2.应力分析1)前处理：定类型：静态分析画模型：运用solidworks2012建立车轮模型。设属性：合金钢分网格：共44674个节点，27810个单元，如图3.4所示。CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计11图3.4车轮网格图2)求结果：添约束：在轮毂处上施加固定约束。加载荷：由于车轮有蠕滑现象，所以踏面加载区域是一个椭圆面而不是一个点，如图3.5所示。查错误：载荷列表后进行检查。求结果：进行有限元分析图3.5加载图CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计12图3.6应力图图3.6位移图CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计13图3.7应变图强度评价: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＜360MPa；2)未用加工中心加工的车轮＜290MPa；3)最大VonMises应力低于车轮材料弹性极限（355MPa）。经分析，车轮受力最大应力为347.158MPa发生在踏面符合强度评价准则。(四)轮对的CAD/CAE分析一轮对受力如图4.1图4.1轮对受力CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计14二、轮对的组装4.2轮对组装过程4.3轮对装配模型三轮对冷缩配合轮对为两轮加一轴，压装在一起。因而要分析轮对的强度我们很有必要去分析轮和轴的冷缩配合。CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计15四CAE设计1.打开simulation模块，由于在solidworks材料库力没有车轴材料S38C,这里都选用合金钢代替。2.建立新算例，命名为轮对冷缩分析3.为车轴中部添加全约束，车轴轮座和车轮添加面相接触，施加冷缩配合。4.求结果最大应力2957aMP,最大位移21mm。（五）大作业心得体会通过本学期对动车组设计这门课程的学习，使我在动车组设计方面受益匪浅。在课堂上，基本掌握了动车组车辆设计的相关知识，动车组总体设计的相关方法，动车组零部件强度设计方法等。并通过这次大作业，将所学的知识运用到了CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计之中。通过这次大作业，使我最受益的不仅是动车组的相关设计，更重要的是使我对solidworks这门软件得以灵活运用。这对以后的研究生方向方展无疑举足轻重。在这次大作业中对Solidworks软件的应用不仅有CAD建模，还有CAE分析。并将课堂上所学的知识应用到了实践中，掌握了动车组设计的基本思想与方法。完成大作业需要查阅大量的标准和相关文献，提高了文献的查阅以及动手能力。在以后的学习中，自己将严格要求自己，对所做的事要持认真态度。争取使自己动手能力得到更高的提高。