Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计班级:车辆091班姓名:李磊学号：200903516日期：2012年12月问题描述CRH2型动车组以日本新干线 E2-1000型动车组为原型，通过引进-消化-吸收-再创新，初步实现了国内制造#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊1-1日本新干线E2-1000在国产化中，车轮踏面的适应性改造如下图 1-2所示:图.1-2 （左为日本新干线 E2-1000，右为CRH2为适应更高速速度与我国线路状况需要，在转向架的轴箱定 位方式上改为转臂式轴箱定位（如图 1-3所示），对构架、空气 簧和轮对悬挂参数进行了优化图.1-3 （左为E2-1000拉板式定位）众所周知，新干线自开通以来以它的优越性能，精准的正点 率，非自然灾害之外的零伤亡事故赢得世界瞩目， 长期的运营也证明了其出色的性能，但是在国内引进消化吸收再创新过程中， 所采取的适应性改造是否合理，究竟是提升了其运行安全性和运 行品质使得更加适应国内线路条件和车速需求， 还是仅仅为了创新而创新需要经过理论和实践的双重检验。
由于我国高铁投入运营时间尚短， 设计理念、设计方法不能与德国、法国、日本这些高铁大国同日而语，而通过试验运行来 检验其设计合理性势必会有风险而且会增加设计周期减少经济 效益，因而必要的计算机辅助分析与仿真是必不可少的下面就针对我国在对日本新干线动车组 E2-1000引进国产 化过程中的适应性改造进行 CAE分析：即轴箱弹簧（悬挂参数优 化）、轮对（踏面适应性改造）本文以CRH2动车组轮对与轴箱弹簧为研究对象，建立其有限元模型按照相关标准，应用solidworks2012 对其进行CAD/CAE设计分析附：CRH动车组拖车转向架基本参数项目规格设计最高速度/（ km/h）250营业最高速度/（ km/h）200额定轴重/KN137.2（ 14t）满员时最大轴重（200%定员/KN）156.8（ 16t）编组能通过的最小曲线半径/m180转向架转角/度4.0轴距/mm2500车轮直径/mm860#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊CAD设计（表 2-1-1）CRH2轴箱弹簧外簧圈建模过程如图 2-1-1所示:1、 轴箱弹簧项目内圈簧外圈簧簧条直径/mm2641簧圈直径/mm143220自由髙度/mm240256压紧高度/mm153.4180,4总圈数/有效圈数64/4449/29旋向左右弹性系数/N/mm；单355.2915,1总1 270.3横向弹性系数/N/mm80 00080 000应力修正系数1.278L286CRH2型动车组轴箱弹簧的参数如下表 2-1-1所示:#URX动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊建模过程仿真在实际加工中的工艺流程：修正下料-端部加热-锻尖-加热-卷绕-淬火-回火-强化处理-磨平端部-试验或验收（使用三段直线法进行仿真）2、 拖车空心车轴CRH2专向架车轴按照 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车轴尺寸及公差要求如图 2-2-1所示#UR1™1动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊#UR1™1动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊nJLEJ _nJL TxMll4 1— 4三4 ■ ■三5-n-®.500.0寸口d+"5CT0+E&J#UR1™1动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊#UR1™1动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊（图.2-2-1 ）车轴建模过程如下图2-2-2所示:PS#UR1™1动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊#UR1™1动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊（图 2-2-2 ）拉伸凸台（车轴毛坯）-拉伸切除（镗铣空心轴）-拉伸切除（防尘板座、轴身、制动轴盘座） -镜像特征3、 车轮CRH2型动车组转向架车轮按 JISE5402《铁道车辆一碳素钢 整体辗压车轮》设计和生产，车轮采用整体扎制车轮，轮辋宽度 为，踏面形状采用LMA型车轮尺寸及公差要求如图 2-3-1#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊rd3-r ■£CZ!
为使弹簧受力 不出现偏载情况，在施加约束时添加位移载荷2. 应力分析1）前处理：定类型：静态分析画模型：运用solidworks2012建立弹簧模型（如图2-1-1 ）设属性：普通碳钢分网格：共34178个节点，20412个单元结果如图3-1-1所示102,589节数：珂1兀单元数汹刊2图 3-1-1图 3-1-2#Q CRH 动车组设计---轮对与轴箱弹簧 CAD/CAE分析 李磊2）求结果：添约束：在弹簧一端加固定约束如图3-1-2所示）加载荷：在弹簧另一端施加位移载荷，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：弹簧刚度求解结果如图3-1-3所示（单位位移载荷下的反作用力如表3-1-1所示）弹簧强度计算，即为在最大位移载荷下的应力校核， 根据刚度计算结果施加47.2mm的位移载荷，求解结果如图3-1-4、3-1-5所示图3-1-3 在单位位移载荷下的应力云图分里迭擇整个模里总和比0. 133.11总和W0. 647.7总和乙6 133.36台H0・ 674.65反作用力CM）表.3-1-1单位位移载荷下的反作用力由表所示内容可知，该CRH2轴箱弹簧外圈簧的刚度垂向刚度：647.7N/mm总刚度：674.65N/mm聽0” 354, 755. CH.盟為 325f 536. 0.T75,细 320. 0.6^T； 767, 104. G_ 620, 237, SS6. 0542, ?OS, 736. 0465, IF% 4SS. 0驱，668, SEJ4. 0翼山 121, 03«. 02览，5^1, S/2. C155, 06£ 672. QTtr 弓裁，464. 0笔 251. 8―k €E®^J： JiO, 544, dQO 0图.3-1-4弹簧在f=47.2mm时的应力云图 & max=930.354MPaLtKE S (mm)4 783»+0014 364&-HJ01s. gect+Goi8 &87fe* 001S. 189t+0012 790rt-OClZ. 391e+C011. 933t+0011 5^4t+O011. l%e+0017 »T2»+00(J3. 9蛇e+OOO1 000t-030图3-1-5.弹簧在f=47.2mm的位移载荷下的位移云图 Smax=4.783cm3. 强度评价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930.354MP%在弹簧端部。
2）校核强度：应力小于TB/T1335-1996规定轴箱弹簧的材料的许用应力340MPa弹簧强度不符合设计要求，但由于在分析时采用了普通碳钢，不符合实际应用中的材料性能要求， 因而影响了该结构件的强度评判□.车轴CAE分析为了研究CRH2动车组运行的安全性和可靠性，按照 JIS E4501标准，对该车轴进行强度分析1.受力分析（如图3-2-1 ）F （7* W图3-2-1.车轴受力分析2.应力分析1）前处理：定类型：静态分析画模型：运用solidworks2012 车轴模型（如图2-2-2）设属性：定义车轴材料为普通碳钢分网格：共27243个节点，16414个单元，如图3-2-2所示#URR动车组设计---轮对与轴箱弹簧CAD/CAE分析 李磊羹臺蕙代图.3-2-22）求结果：添约束：在轮座处添加弹性约束，在车轴纵向和横向也添加高级约束，如图3-2-3所示加载荷：在轴颈处施加载荷如图 3-2-4所示查错误：载荷列表后进行检查求结果：进行有限元分析图.3-2-3图.3-2-43）后处理：CRH2型拖车轮对车轴 CAE分析，车轴应力分。