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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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