輪對軸箱課程設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書SOOCHOW UNIVERSITY學(xué)生姓名指導(dǎo)教師姓名專業(yè)名研究方目錄同組成 地鐵轉(zhuǎn)向架輪對軸箱趙雷06朱忠奎教授城市軌道交通車輛工程沈浸東，唐聞超I. 方案任務(wù)書 32.x任務(wù)的分析與確定工作 44. 設(shè)計工作量 45. 車軸的計算選擇 46. 車輪的設(shè)計 107. 軸承壽命計算 108. 軸箱設(shè)計 139. 軸箱定位裝置的設(shè)計 1410. 課程設(shè)計感受 15II. .u.課程設(shè)計總結(jié) 1611. 參考文獻 16，、設(shè)計任務(wù)書地鐵車輛輪對軸箱的設(shè)計計算要求以動車組車輛為虛擬對象，設(shè)計輪對軸箱，包括：輪對的結(jié)構(gòu)、軸箱的結(jié)構(gòu)、軸承的計算、軸箱的定位裝置確實定等。同時對軸承的壽命進

2、行適當?shù)挠嬎惴治觥．嫵鱿到y(tǒng)的總裝配圖，并畫出軸箱的總裝配圖，3個左右的零件圖。編寫設(shè)計說明書1份。分組情況本小組三人，設(shè)組長1人，分工合作完成。參考資料遐思樓113、115房間轉(zhuǎn)向架模型。車輛結(jié)構(gòu)與原理相關(guān)書籍。機械設(shè)計相關(guān)書籍及手冊。設(shè)計時間小組成員趙雷，沈謝東，唐聞超二、任務(wù)的分析與確定工作內(nèi)容輪對軸箱裝置主要包括車輪、車軸、軸箱與軸箱定位裝置。前期主要是搜集相關(guān)資料，查閱有關(guān)書籍，以及對動車組模型進行觀摩研究。 后期設(shè)計中，根據(jù)地鐵車輛承載情況確定車軸尺寸與材料，其次選定車輪。然后根 據(jù)載荷 情況選擇軸承，并對軸承進行壽命計算。最后根據(jù)地鐵車輛運行特點，考慮 平安舒適，綜 合比擬各種軸箱

3、定位裝置的特點，選擇一個適宜的軸箱定位裝置。在 確定結(jié)構(gòu)后，畫出裝 配圖，零件圖，并根據(jù)裝配情況對前面零件做適當修改并校 核。三、設(shè)計工作量1、 軸箱裝配圖一張2、車輪零件圖)3、車軸零件圖車軸的計算選擇車輛車軸設(shè)計與強度計算方法一、車軸彎矩的計算以上海2號線鐵為依據(jù)，當超員時單節(jié)車輛質(zhì)量約為 64t,考慮到髙分時期超載更嚴重， 以嚴重超員時車輛重為 70t計算。單節(jié)車輛有兩個轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架設(shè)有兩根車軸，那么每根車軸的軸荷重為70/4=<>¥下面給出有關(guān)車軸計算的相關(guān)數(shù)據(jù)，參數(shù)選擇參考上海地鐵二號線車輛：根據(jù)速度以及軸重參照了 GB_12814_1991_a道車輛用車

4、軸型式與根本尺寸， 選定的車軸為 RD3 形式，并根據(jù)實際車車輛要求修改了相關(guān)參數(shù)，初步選擇車軸材料為 50鋼。裝有滾動軸承時，對于 50鋼軸頸部位疲勞許用應(yīng)力取 。一 1 G = o 無壓 配合部位抗彎截面模量按以下公式計算:W = mP/32軸荷重：T = Z2g = 175kN4車輪直徑：D = 0.860/7?車輪滾動圓半徑：r = 0.430/7/左右軸頸載荷作用線間距離：厶 =2.102加左右車輪滾動圓中心線間距離：S = 1.493 7橫向載荷：H = -0.3x 17.5x 10 = -52.5kN車輛中心至車軸中心線距離：力 =1.3加左軸頸上作用的垂向總載荷：P,V12i

5、= i06.844kN22厶左車輪的橫向反力：F = H = 52.5kN=267.737 KN+a T T (h + r)左車輪的垂向反力：R、=- + 22S垂向動荷系數(shù)：aZ= 橫向動荷系數(shù)：ay二 上面的系數(shù)由下表查得:TB/T 2705-96使用最髙速度km/h垂向動載荷aZ橫向動載何ay? ?120以下120 到 160為了方便計算，我們將上面算得的數(shù)據(jù)以及其它一些參數(shù)列于下表序號內(nèi)容代號單位數(shù)據(jù)1計算截面抗彎截面模量?Wm32車輛自重引起的垂向靜載荷QckN¥3車輛載重引起的垂向靜載荷GkN4輪對自重引起的垂向靜載荷qkN5軸荷重TkN6車輪直徑Dkm7車輛滾動圓半徑r

6、m8車輛重心至車軸中心線距離hm9左、右軸頸載荷作用線間距離1L2m10左、右車輪滾動圓中心線間距離sm11橫向載荷HkN12左軸頸上作用的垂向總載荷PLkN13右軸頸上作用的垂向總載荷PRkN14左車輪的橫向反力FkN15左車輪的垂向反力RakN16右車輪的垂向庚力RbkN17校核截面至Pi作用力的距離lim18校核斷現(xiàn)直徑dm19校核截面彎矩MkN,m20車輛車軸鋼標準試樣疲勞極限下限值0-1MPa21校核截面應(yīng)力oMPa22強度平安系數(shù)n23校核斷面疲勞許用應(yīng)力o -1 GMPa24垂向動荷系數(shù)a Z25橫向動荷系數(shù)1a yh為PLh為rA至cC截面的距離 bb7 /,114寸>i

7、t111、111.iiF匚謖1 9丄Jf宅11, b_f9 fflt Mj P HJ Hx 1 X'J * 圧 7>1 41Ji J J?£匕11拜li截面I cA=385r5mm= <£H955mnm 615mm mm =截面的距離截面的距離那么:Ma = Pl ?仁=106 x 0.091 =9? M6kN? mMb = Ph + F? r ?= 48.67 kN ? mMc= PL ? Ic+ F? Ra ? lc = 78.99kN? m二?計算車軸扭矩我們設(shè)計的為拖車車軸，那么車軸的扭矩主要表達在加速和制動的過程中。因為緊急制動時加速度大于啟動

8、過程中的加速度，所以可以直接計算車軸緊急制動時的扭矩：取地鐵車輛緊急制動加速度為 1.38/H/5F x = m ? a = 96600 N每節(jié)車輛有8個車輪，那么每個車輪上受到的制動力:尸二倫/8 = 12075 N忽略制動盤受到夾盤或閘瓦的阻力，因為夾盤和閘瓦的制動力和車輪收到的摩擦力 相反， 所以忽略時算得的2個車輪間的扭矩大于實際情況下的扭矩，故驗證合格時 車軸即是平安 的并且有一定的平安裕度。M 川=F-r = 5A92kN-m其中r為車輪滾動圓半徑F面驗證車軸危險截面的強度:=-° W6、 = 686MHfC二!C截面：截面鳥tr =<W.= 153 MH/a-a截

9、面為軸頸部位，b-b為輪座部位，c-c為無壓配合部位。由于算得的應(yīng)力值小于 50鋼的各項規(guī)定數(shù)值，所以，設(shè)計的車軸以及選用的材料符合平安要求。車輪的設(shè)計車輪內(nèi)側(cè)距為1353mm。車輪按JIS E 5402?鐵道車輛碳素剛整體碾壓車輪?設(shè)計和生產(chǎn)，車輪采用整體軋制車輪。整體輾鋼車輪直徑新輪 6860 mm最大磨耗直徑為790mm。材質(zhì)：SSW-Q3R踏面硬度：44-50 HS踏面形狀：LMA輪輜寬度：135nun非動力輪采用熱壓裝配制動盤。動車轉(zhuǎn)向架輪對由車軸，車輪帶有制動盤，簡稱輪盤，軸制動盤及軸承構(gòu)成。為確保平安性和可靠性，車輪，大齒輪，軸盤等采用冷壓法壓裝在車軸上。車輪與車軸的裝配采用注油

10、壓裝。為保證輪軸在裝配后形成規(guī)定的壓裝力，裝配后應(yīng)進行反向壓力檢驗。下列圖為車輪的草圖：軸承壽命計算F面為計算軸承壽命相關(guān)的數(shù)據(jù)環(huán)境溫度/ °C-45? 40軸承最高溫升/ °50車輛定員質(zhì)量正常運行情況下，車輛絕大局部時間都不會到達定員，當達有一定的平安裕度到定員90%時就會增派列車數(shù)，緩解車輛載荷，所以以定員時車重來計算所得的會簧下質(zhì)量約2t軸荷重/ t左軸 頸上 作用那么軸承徑向載荷T = (56.91-2)-4 = 13.7275f(1 + 冬)=76kNF=Pl二 76kN根據(jù)軸承參數(shù)如下列圖軸頸作用載荷初步選定軸承型號為352226EK型號r外形尺寸mm結(jié)構(gòu)計算

11、系數(shù)根本負荷KN重量dDTCBbDIRsminrsmineY1Y2Y0動靜脂潤滑油潤352226EK1302301491206441?890176013001700352226EK beari ngs園誰滾子軸承派生軸向載荷巧=吃=19.68kN2地鐵車輛速度不髙屬于中等沖擊，在軌道運行那么更為平穩(wěn)，所以根據(jù)下表選載荷系數(shù)6=載荷性質(zhì)載荷系數(shù)fp舉例無沖擊或輕微沖擊電機、汽輪機、通風(fēng)機、水泵等中等沖擊或中等慣性力機床、車輛、動力機械、起重機、造纟氏機、選礦機、冶金機械、卷揚機械等強大沖擊碎石機、軋鋼機、鉆探機、振動篩等? p = b(F 廣 YFJ = 27kN根據(jù)環(huán)境溫度以及軸承最髙溫升算得

12、軸承工作溫度1201查下表得：21溫度系數(shù)軸承工作溫度/£120125150175?200225250300350溫度系數(shù)fttf I滾子軸承“等g65&59x100由車輪直徑得 每轉(zhuǎn)一周 S = nd = 2.7m總路程5遼=厶。X S = 177? 8萬公里查閱地鐵車輛軸承壽命，軸承壽命要和車輛廠修相一致，即車輛運行120萬公里路 程。綜上，所選軸承滿足要求。軸箱設(shè)計軸箱采用鑄造制成，軸箱裝在車軸兩端的軸頸上，作用是將輪對與構(gòu)架聯(lián)系在一 起，使輪對 沿鋼軌的滾動轉(zhuǎn)化為車體沿線路的平動，傳遞個方向的作用力。潤滑髙 速轉(zhuǎn)動的軸頸，減少摩 擦，降低運行阻力，防止熱軸；防止砂塵、

13、雨水等異物進入 軸承及軸頸等局部，保證車輛平安 運行。此處軸箱為滾動軸承軸箱，因為滾動軸箱啟動阻力小，游隙小，維護方便，節(jié)油和 節(jié)省有色 金屬。所以現(xiàn)代車輛上都采用滾動軸承軸箱。軸箱用材采用鑄鋼SCA50,其許用應(yīng)力見下表性能分類抗拉強度屈服強度超常載荷需用應(yīng)力運用載荷需用應(yīng)力運用載荷疲勞極限485260260)110前蓋及后蓋由鋁制成，以此來到達減輕重量；軸箱體分為主體和壓板 2局部，主體和壓板之間夾有定位橡膠，裝配后以組合單元件安裝在轉(zhuǎn)向架的框架上；前蓋一般用于安裝速度傳感器，主要種類有AG37、AG43、LKJ200等，無互換 性，后蓋為迷宮式結(jié)構(gòu)以防止雨水、塵埃等的侵入；前蓋上設(shè)有車輪

14、踏面修正、研削時使用的橡膠蓋，橡膠蓋上有吸潮器，吸潮器能防止因軸承溫度上升引起壓力增加及防止漏油；各個車軸箱體的側(cè)面設(shè)置有對車軸軸承狀態(tài)進行監(jiān)視的軸承溫度檢測裝置，當軸承溫度到達一定值以上時，溫度保險絲就溶斷并發(fā)出軸溫異常通知的功能，裝置的規(guī)格如下：動作溫度：1659;內(nèi)置溫度保險絲的設(shè)定溫度：140C軸箱前蓋以及后蓋螺栓為 M22軸箱定位節(jié)點壓蓋處螺栓為 M10軸箱前蓋處有橡膠蓋排油孔螺栓及油封墊為 M24X軸承采用油脂潤滑，使用的油脂商標為 “SHIERU NERITA 2858 ；在使用軸承時， 最為重要 的是： “保持清潔、 “防銹、 “不可受沖擊。軸箱定位裝置的設(shè)計轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置

15、采用轉(zhuǎn)臂與軸箱一體式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臂與構(gòu)架通過定位節(jié)點連接。 轉(zhuǎn)臂式軸 箱定位裝置有如下特點：1、軸箱與構(gòu)架之間無自由游隙和滑動部件。2、組成零件少，分解和拆裝容易。3、軸箱的上下，左右及前后的定位剛度可以獨立設(shè)定，比擬容易滿足轉(zhuǎn)向架 懸掛系 統(tǒng)的最正確設(shè)計要求。既可以確保良好的乘坐舒適行，又能兼顧高速運行性能 和良好的曲線通 過性能。由于轉(zhuǎn)臂式軸箱有如上特點，所以選用轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置。軸箱定位裝置結(jié)構(gòu)尺寸：轉(zhuǎn)臂水平長度d=500nun。車軸中心至螺旋彈簧 F端面的垂直高度為h=143min轉(zhuǎn)臂要有足夠的剛度和強度且質(zhì)量不能過大，因此，將轉(zhuǎn)臂設(shè)為空心狀以增加轉(zhuǎn)臂的抗彎能力同時降低質(zhì)量。同在轉(zhuǎn)臂底板

16、處設(shè)有橢圓形的孔以減輕轉(zhuǎn)臂質(zhì)量 , 并且不影響轉(zhuǎn)臂的力學(xué) 性能。課程設(shè)計感受相比上次課程設(shè)計， 在本次課程設(shè)計中， 我體會到設(shè)計過程的困難重重， 從資 料的搜集， 材料的篩選，數(shù)據(jù)的整理，到計算方法確實定，方法的比擬，材料確實 定。我體會到很多不 實踐就無法理會的困難。尤其是每一個部件，每一個方面都要 細加斟酌。每一個部件，每一 個細節(jié)都會影響設(shè)計產(chǎn)品的平安。本設(shè)計中，我也體 會到設(shè)計人員的責(zé)任與壓力。不能馬虎 從事，因為自己擔當?shù)囊苍S是許多人的安 全。設(shè)計中也有很多找不到其他相關(guān)資料的局部，這就需要自己細加思考，往往設(shè) 計會被一 些細節(jié)給停頓住，這時需要組員充分發(fā)揮自己的想象。設(shè)計本來就是一

17、種 無中生有的過程。 在從無到有過程中表達了設(shè)計者的聰明才智。但是要設(shè)計本沒有 的東西，困難往往很大。也 許我們設(shè)計的并不是最好的，但是我們確實用心去設(shè)計 和校核了。團隊的合作需要組員有良好的協(xié)調(diào)能力。在有些方面組員之間會有一些意見分 歧，大家 共同討論，并且通過和別的團隊一起討論來克服設(shè)計中的種種困難。在這 次的設(shè)計中，最大 的收獲莫過于第一次用 CAD 畫自己設(shè)計的圖。 畫圖是一個單調(diào)的 過程，但是在畫自己的圖時， 卻充滿著樂趣，因為我們抱著極大的熱情去面對畫圖 過程中不知道的困難，很多不熟悉的， 通過課本，自己自學(xué)，同時溫習(xí)了自己已經(jīng) 學(xué)過的，我相信，這次設(shè)計已經(jīng)讓我得到了長足 的進步，

18、但是設(shè)計仍然存在很多問 題，不可能解決所有的問題 o 望老師批評改正 O課程設(shè)計總結(jié)三周的機械原理課程設(shè)計結(jié)束了，在這次實踐的過程中我以及團隊成員認真 負責(zé)，完成 設(shè)計任務(wù)，期間首先分析輪對軸箱組成，然后對搜集地鐵車輛相關(guān)數(shù) 據(jù)。查找軸以及軸承標 準，通過計算分析，完成軸的校核計算以及軸承的壽命計 算，基于此，我們對軸箱進行了分 析研究，同時相比擬各種鐵路車輛的軸箱定位裝 置的優(yōu)缺點，選擇了轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置。 此裝置現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的地鐵車輛之 中。最后，對零部件進行了查找以及修改，優(yōu)化細節(jié)， 保證設(shè)計更加合理。但是在設(shè)計中我們也遇到了很多問題。比方，在計算軸的扭矩時，由于沒有考 慮到制動 閘瓦和夾盤對制動盤得力，不可防止的在計算扭矩時夸大了。還有就是軸 承壽命計算，有些 參數(shù)選擇也不是很合理。但是通過這次設(shè)計，我們了解了一個設(shè)計所要完成的步驟，相信在以后的設(shè)計 中，我會設(shè)計的更好。參考文獻 ?材料力學(xué)教程?單祖輝高等教育出版社 ?互換性與技術(shù)測量?韓進宏機械工業(yè)出版社 ?機械設(shè)計?濮良貴 髙等教育出版社 ?動車組車輛