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CRH2动车组轮对与轴箱弹簧.docx

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CRH2动车组轮对与轴箱弹簧概要

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

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