CRH2动车组轮对与轴箱弹簧

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1、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.CRH2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.CRH2轴箱弹簧载荷在双圈弹簧中的载荷分配计算：CRH2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CRH2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

2、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(三）轴箱弹簧组的CAE设计1.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

3、：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

4、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

5、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

6、转向架车轴按照JISE4501（铁道车辆－车轴强度设计）进行设计，按JISE4502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

7、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3.3强度评价（对比分析）（1）确定危险点：由分析结果可以得出，车轴受到的最大应力为113.246MPA，在轴颈处。（2）校核强度：CRH2动

8、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要求。三、车轮的CAD/CAE分析1.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。CRH2型动车组转向架车轮按JISE5402《铁道车辆—碳素钢整体辗压车轮》设计和生产，车轮采用整体轧制车轮，轮辋宽度为，踏面形状采用LMA型。新造车轮滚动圆直径为Ø