CRH2动车组轮对与轴箱弹簧.docx

CRH2动车组轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE设计 一、轴箱弹簧的CAD/CAE设计 （一）问题描述 1.CRH = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2轴箱弹簧组组成参数： 图1.1 轴箱弹簧组组成及参数 1—外圈弹簧；1—内圈弹簧；3—防雪罩 2.CRH = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2轴箱弹簧载荷在双圈弹簧中的载荷分配计算： CRH = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2动车组当定员数为100人时，定员重量为56t。则有： ； 由载荷在双圈弹簧中的分配和内外圈弹簧中的变形相等条件可得： 对CRH = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2高速动车组，取动载荷系数，则外簧和内簧的最大载荷分别为： CRH2轴箱弹簧外簧圈建模过程如图2-1-1所示： （二）轴箱弹簧组的CAD设计 1.轴箱内弹簧的CAD设计 采用三段直线扫描法： 绘制三条首尾相连的直线→绘制簧条圆→利用扫描特征中的沿路径扭转命令依次创建弹簧基体→利用拉伸切除特征创建支撑圈。完成如下图所示的零件造型： 图1.2 内弹簧 图1.3 外弹簧 轴箱弹簧组的CAE设计 轴箱外弹簧的CAE设计 1.1刚度计算 1.1.1受力分析 弹簧下端受到轴箱支撑面的支持力，上端施加1mm的位移，计算支撑 反力即可得到弹簧刚度的大小。 1.1.2应力计算 (1)前处理： 基本思想：弹簧一端固定，另外一端施加单位位移，所得固定端支反力即为弹簧刚度。 定类型：CRH2轴箱外弹簧属于静态分析 画模型：调用之前建立好的轴箱外弹簧模型 设属性：设弹簧材料为碳钢板 分网格：共13137个节点，6999个单元。如下图所示: 图1.4 网格划分 (2)求解： 添约束：在弹簧下端加固定几何体约束； 加载荷：在弹簧上端施加1mm的位移； 图1.5 施加约束与载荷 查错误：载荷列表后进行检查； 求结果：进行有限元分析。 (3)后处理： 列结果：列举约束反力 下结论：轴箱外弹簧的刚度为652N/mm。 1.2强度计算 1.2.1应力计算 (1)前处理： 定类型：CRH2轴箱外弹簧属于静态分析； 画模型：调用之前建立好的轴箱外弹簧模型 设属性：设弹簧材料为碳钢板 分网格：共19508个节点，10940个单元。如下图所示: 图1.7 网格划分 (2)求解： 添约束：在弹簧下端加固定几何体约束； 加载荷：在弹簧上端施加47.2mm的位移载荷； 查错误：载荷列表后进行检查； 求结果：进行有限元分析。 (3)后处理： 绘图形：加载后的应力图、位移图如下所示： 由上可知，外弹簧的刚度为363N/mm,弹簧所受载荷最大为28700.84N.所以弹簧上端所发生的最大位移为28700.84/363mm=79.066mm,分析时可简化为一端固定，另一端发生79.066mm的位移。 3.强度评价 1.3.1确定危险点： 由分析结果可以得出，弹簧受到的最大应力为737.04MPa，在弹簧端部。 1.3.2校核强度： 由于应力大于TB/T1335-1996规定轴箱弹簧的材料的许用应力340MPa，故弹簧强度不符合设计要求。一方面，这是由于在分析时采用了碳板钢材料，而不是60Si2GrVAT弹簧钢，不符合实际应用中的材料性能要求；另一方面，弹簧的支撑圈会对分析结果产生影响，需要将支撑圈压缩，并将有效圈切割后分析。 二、车轴的CAD/CAE分析 1.问题分析 CRH2转向架车轴按照JIS E 4501（铁道车辆－车轴强度设计）进行设计，按JIS E 4502标准进行生产。为提高车轴的疲劳安全性，采用高频淬火热处理和滚压工艺。如图2.0所示。 图 CRH2车轴尺寸 2.CRH2车轴的CAD设计 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）→镜像→打通孔→倒角完成如图所示 4.CRH2车轴的CAE设计 定类型：静态分析 画模型：调用CRH2车轴模型。 设属性：设车轴材料为碳钢板 分网格：共个节点，个单元。结果如图3.5所示。 添约束：在轴承座下半表面添加弹性约束。 加载荷：在左轴颈处施加大小为185.58KN的力，右轴颈处施加大小为87.95KN的力，方向均为上视基准面的法线方向。结果如图3.5所示。 图2.5 轴箱内弹簧分网格、加约束、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. 列结果：列约束反力 绘图形：轴向弹簧加载后位移图、应力图和应变图如图2.6、图2.7、图2.8所示 图2.6 车轴应力 图2.7 车轴位移 图2.8 车轴应变