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1、课程设计说明书课程设计说明书EMUEMU 动车轮对三维设计动车轮对三维设计学科、专业 ： 学 号 ： 作 者 姓 名： 指 导 教 师： 任务书任务书课题EMU 动车轮对三维设计姓名专业车辆工程班级设计任务设计任务：1.掌握高速动车组（EMU）轮对的基本组成；2.参照 CRH1动车车轴的结构，完成对车轴的三维建模；3.掌握 CRH1动车车轮的基本结构和车轮踏面的轮廓特征，完成对车轮的三维建模；4.了解制从动齿轮的作用及参数，完成制动盘的三维建模。5.完成从动齿轮及车轮在车轴上的装配。系统功能要求：动车轮对三维建模正确。重点研究问题：EMU 动车车轮对的特点及三维建模。需达到的主要技术指标：三维
2、建模尺寸合理。设计要求1.学会文献检索的基本方法；2.正确测量设计对象的主要尺寸； 3.使用 solidworks 软件完成动车车轴，车轮和从动齿轮的三维建模及装配。4.完成 3000 字论文，论文格式需符合学校规定。指导教师 签字系主任 签字主管院长 签章摘 要现阶段我国高速铁路技术正处于飞速发展的阶段，但是受我国铁路技术起步晚、基础研究薄弱、轨道交通学科发展落后这一基本现状的制约，我国高速铁路技术与德国、法国、日本这些高铁强国还有很大的差距。在经济全球化的背景下，引进国外高速铁路技术发展我国轨道交通系统并于此基础上逐步实现“引进、消化、吸收与再创新”就显得尤为重要。高速动车组就是典型的高铁
3、技术代表之一，为实现高速铁路的跨越式发展，解决我国运输瓶颈与科研的技术难题，2004 年我国开始从日本、德国、法国引进了一批高速动车组并与外方进行联合设计生产，现在我国正在不断消化吸收高速动车组关键技术，并逐步形成我国自主的技术平台。随着列车开行速度的提高，对动车组转向架安全性、舒适性与曲线通过能力也就提出了越来越高的要求。高速转向架的研发设计也就成为高速铁路技术里一项极其重要的子系统，考虑到高速转向架技术以及相对应的轮轨关系是消化吸收再创新的重点，本课题研究内容就是电动车组动力转向架轮对的三维设计，希望通过本课题的研究加深对高速动车组技术的理解。本文主要设计分析了 CRH1型动车轮对的基本结
4、构组成、主要技术参数和装配关系，基于 Solidworks 三维建模软件初步完成动车轮对的结构外形设计，最后对车轴的应力分布进行了分析。关键词：动车组；转向架；轮对关键词：动车组；转向架；轮对目目 录录任务书任务书 .I摘摘 要要 II1. 绪论绪论 .12. EMU 动车组轮对动车组轮对 .12.1. 定义定义.12.2. 作用作用.12.3. 要求要求.12.4. 组成组成.12.4.1. 车轴车轴.12.4.2. 车轮车轮.12.5. 组装组装.22.6. 踏面踏面.22.6.1. 标准踏面存在的主要问题标准踏面存在的主要问题.22.6.2. 解决方法：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面
5、解决方法：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面22.6.3. 磨耗型踏面优缺点磨耗型踏面优缺点23. 三维建模三维建模23.1. 车轴的三维建模车轴的三维建模33.2. 车轮的三维建模车轮的三维建模43.3. 制动盘的三维建模制动盘的三维建模 53.4. 从动齿轮的三维建模从动齿轮的三维建模.53.5. 装配装配.64. 车轴强度分析车轴强度分析 7参考文献参考文献.81.绪论绪论自从 1964 年日本建成世界上第一条东京至大阪高速运营铁路以来，在短短的四十多年里，高速铁路从无到有，发展迅速。截止 2010 年底前，世界投入运营的高速铁路近 2.5 万公里，我国高铁运营里程已达近万公里。占世界高
6、速铁路总里程的 30%，稳占世界第一。其中主要分布在我国、日本、法国、德国、意大利、比利时、荷兰、瑞典、赢过、韩国我国台湾等 17 个国家和地区。高速铁路作为一种安全可靠、快捷舒适、运载量大、低碳环保的运输方式，已逐渐成为世界交通发展的重要趋势。2.EMU 动车组轮对动车组轮对2.1. 定义定义两个车轮和一根车轴按规定的压力和尺寸牢固的压在一起叫做轮对。2.2. 作用作用轮对的作用是保证机车车辆在钢轨上的运行和转向，承受来自机车车辆的全部静、动载荷，把它传递给钢轨，并将因线路不平顺产生的载荷传递给机车车辆各零部件。此外，机车车辆的驱动和制动也是通过轮对起作用的。2.3. 要求要求1) 足够的强
7、度；2) 重量小，具有一定弹性；3) 阻力小，耐磨性好；4) 能适应车辆直线运行，同时又能顺利通过曲线，具备必要的抵抗脱轨的安全性,具有严格的尺寸要求。2.4. 组成组成2.4.1.车轴车轴1) 轴颈：车轴上与轴承相作用的部分；2) 轮座：车轮压装处，也是车轴上直径最大的部分；3) 防尘板座：客、货车车轴上轴颈与轮座之间的过渡处，其上装有滑动轴箱的防尘板或滚动轴箱的后挡板;4) 轴身：两车轮之间的部分，有些客、货车车轴的轴身自轮座向中央逐渐缩小，也有一些轴身通长为圆柱形，采用盘形制动的制动盘组装在轴身上。2.4.2.车轮车轮1）踏面：车轮上与钢轨相接触的部分。2）轮缘：位于钢轨的内侧，可防止轮
8、对滚动脱轨，并起导向作用。3）轮辋：具有完整踏面的径向厚度部分。4）轮毂：车轮紧固车轴的部分。5）辐板：轮毂与轮辋的板状连接部分。2.5. 组装组装轮对的组装工艺通常有两种：热套和液压套装。所谓热套，就是将轮心加热后套到车轴，轮毂加热后套到轮心。而所谓液压套装，就是在车轮与车轴拆装过程中，通过专门的液压设备向轮座接触面处注入高压油，使轮座孔扩张并同时施以轴向推力将车轮压入或退出。2.6. 踏面踏面1:20 斜面的作用: 在直线上自动对中，在曲线上使外轮滑动量小。1:10 斜面的作用: 通过小曲线时，可进一步减小外轮滑动量。2.6.1.标准踏面存在的主要问题标准踏面存在的主要问题踏面和轮缘磨损严
9、重，尤其是在新踏面投入运用的前期。原因：锥形踏面与钢轨的接触区域，明显地仅为狭小面积接触，因此产生局部磨耗，使踏面呈凹形，但当踏面达到某种凹形程度后，外形便保持相对稳定。2.6.2.解决方法：解决方法：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面研究表明：当锥形踏面磨耗到一定的凹形程度后，外形便相对稳定，磨耗速度减小（此时轮轨接触区域较宽）。因此，我们可直接将新踏面做成磨耗形状，即磨耗型踏面。2.6.3.磨耗型踏面优缺点磨耗型踏面优缺点优点：（1）延长镟轮公里因轮轨接触点变化范围较大，使轮轨磨耗较均匀，并减少镟轮时的车削量。（2）在同样的接触应力下，容许更高轴重（因轮轨接触面积较大）。（3）减少了曲线上
10、的轮缘磨耗因锥形踏面在曲线上时轮轨为两点接触，而磨耗型踏面在曲线上时轮轨为一点接触。缺点：等效斜度大，蛇形稳定性差。3.三维建模三维建模轮对为空心车轴，按照欧洲标准 EN13104（动车）和 EN13103（拖车）进行设计，设有相应的轮座和制动盘座。带有拆卸用注油孔的整体式车轮，车轮材质 ER9，车轮寿命 150 万 km，车轮内侧距 1353mm。动车制动盘为轮盘，每轮对 2 组；拖车为轴盘，每轮对 3 组。3.1. 车轴三维建模车轴三维建模车轴为空心车轴，中心有一个直径为 60mm 的通孔，该通孔一方面可以减轻车轴的质量大约 5060kg，另一方面它也为超声波无损探伤提供了很大的方便，通过
11、它可以很方便地对车轴的任何一截面进行详细探伤。它包括轴颈、防尘板座、轮座、轴身、齿轮座等部分。依据 EN13104（动车）进行设计，动车车轮上安装制动盘。轴颈用以与轴承配合，防尘板座是车轴与防尘板配合的部位，轮座是车轮与车轴配合的部位，为了保证轮轴之间的压紧力，轮座直径比轮毂孔大 0.10-0.35mm。参照图2.69（a）2动车车轴进行三维建模，过程如下：以轮座处的直径进行草图圆绘制两侧拉伸绘空心通孔草图拉伸切除、完全贯穿绘轴颈草图反侧切除绘防尘板座草图反侧切除绘轴身草图反侧切除镜像轴颈、防尘板座特征绘轮座与齿轮座间的轴身草图反侧切除绘齿轮座槽草图反侧切除镜像齿轮座槽切除特征变截面处圆角过渡
12、。图 3.1 车轴三维建模图 3.2 车轴外形数据3.2. 车轮三维建模车轮三维建模车轮踏面是按照 LMA 型踏面镟制的，车轮公差的标注是按照适用于该车轮的规则进行的。车轮的公称直径为 915mm,磨耗到限的直径为 835mm。车轮轮毂上的注油孔主要是为拆装车轮时注入高压油而设置的。动车车轮上安装制动盘，拖车车轮上不安装制动盘。动车组车轮通常采用整体车轮，它包括轮缘、踏面、轮辋、轮毂孔、辐板、辐板孔等部分。车轮踏面可参照图 2.100 CRH2车轮踏面形状2和图 2.68（a）动车车轮2进行草图绘制。建模过程：以车轮轮缘处最大圆周处直径绘圆草图以轮毂长度为厚度进行拉伸（轮坯）绘轮毂孔草图完全贯
13、穿切除绘轮毂外侧圆草图反侧切除绘辐板草图拉伸切除绘踏面草图旋转切除绘辐板孔草图完全贯穿拉伸切除绘注油孔草图旋转切除绘轮毂孔油槽草图拉伸切除截面突变处圆角过渡。图 3.3 车轮三维建模图 3.4 车轮踏面形状示意图3.3. 制动盘三维建制动盘三维建模模轮装制动盘是动车组轮对的重要部件，分内盘和外盘，采用定位销定位，用高强度螺栓和螺母，将制动盘与车轮的辐板固定在一起。当动车组需要减速或停车时，控制各制动单元的夹钳收缩与制动盘接触，通过安装在夹钳上的闸片与轮装制动盘摩擦，实现列车的减速或停车。制动轮盘可参照图 2.68（a）动车车轮2和图 1 轮装制动盘组装示意图5进行建模。建模过程：绘轮盘草图拉伸
14、绘轮盘孔草图完全贯穿、拉伸切除绘凸台草图拉伸切除绘定位销孔、螺栓孔草图拉伸切除截面突变处圆角过渡图 3.5 制动盘三维建模3.4. 从动齿轮三维建模从动齿轮三维建模齿轮箱里有一根小齿轮轴，它与一个直接安装在驱动轴上的从动齿轮相啮合（单级减速齿轮）。齿轮经过硬化热处理，其工作表面经过磨削，能在电动机与车轴之间进行平滑而稳定的动力传递。齿轮箱技术数据如下表所示：表 3.1 齿轮箱技术数据传动比89/24=3.71法向模数 6.0中心距355mm质量（整个传动装置）约 330kg从动齿轮采用直齿轮，参照 CRH1动车组车轴齿轮箱主要技术数据，在 SolidWorks三维造型软件中打开办公室产品中的
15、Toolbox 插件,选择 GB 中的动力传动齿轮，对齿轮配置零部件，选择对应的参数，生成所需的零部件。再绘制草图，切除，形成齿轮孔槽、辐板。图 3.6 从动齿轮三维建模3.5. 装配装配轮对组装过程采用热压装配整体车轮工艺方法。动力轮对采用热压装配齿轮，非动力轮对则采用热压装配制动盘的工艺方法。车轮内侧距为 1353mm，车轮与车轴为过盈配合，车轮与从动齿轮采用热压装配。制动轮盘通过定位销定位，用螺栓与螺母将轮盘与车轮辐板连接起来。图 3.7 装配模型4.车轴强度分析车轴强度分析根据最大轴重、牵引电动机轴最大牵引扭矩来计算车轴所受载荷，轴重不超过 16t，电动机轴最大牵引扭dT=2155mN
16、 。齿轮箱传动比i=3.71，齿轮传动效率=0.99。车轴所受扭矩:mN.iTTd1 .791599. 07132155轴颈处所受载荷:F16N11760025 . 18 . 91000)/(2111llTlT)/(2122llTlT其中: 1l=1184mm 2l=324mm （1l为远离齿轮轮座处扭矩作用点，2l为靠近齿轮轮座处扭矩作用点） 由上式计算可得出轮座处所受扭矩: mNT5 .62141（远离齿轮处）mNT6 .17002（靠近齿轮处）在 solidworks 中打开 Simulation 插件，选择车轴材料，在车轴相应位置处，依据以上载荷、扭矩进行约束及加载荷，进行强度分析，分析结果如下图所示。图 4.1 车轴强度分析由分析结果可知，车轴轴颈处变
