EMU動車輪對三維設計說明書

1、課程設計說明書EMLgj車輪對三維設計學科、專業(yè)：學號：作者姓名：指導教師：任務書課題EMU/J車輪對三維設計姓名專業(yè)車輛，程班級設計任務設計任務：1 .掌握高速動車組（EMU輪對的基本組成；2 .參照CRHa車車軸的結構，完成對車軸的三維建模；3 .掌握CRHa車車輪的基本結構和車輪踏面的輪廓特征，完成對車輪的三維建模；4 .了解制從動齒輪的作用及參數，完成制動盤的三維建模。5 .完成從動齒輪及車輪在車軸上的裝配。系統(tǒng)功能要求：動車輪對三維建模正確。重點研究問題：EMUS車車輪對的特點及三維建模。需達到的主要技術指標：三維建模尺寸合理。設計要求1 .學會文獻檢索的基本方法；2 .止確測量設計

2、對象的主要尺寸；3 .使用solidworks軟件元成動車車軸，車輪和從動齒輪的二維建模及裝配。4 .完成3000字論文，論文格式需符合學校規(guī)定。指導教師簽字系主任簽字主管院長簽章摘要現(xiàn)階段我國高速鐵路技術正處于飛速發(fā)展的階段，但是受我國鐵路技術起步晚、基礎研究薄弱、軌道交通學科發(fā)展落后這一基本現(xiàn)狀的制約，我國高速鐵路技術與德國、法國、日本這些高鐵強國還有很大的差距。在經濟全球化的背景下，引進國外高速鐵路技術發(fā)展我國軌道交通系統(tǒng)并于此基礎上逐步實現(xiàn)“引進、消化、吸收與再創(chuàng)新”就顯得尤為重要。高速動車組就是典型的高鐵技術代表之一，為實現(xiàn)高速鐵路的跨越式發(fā)展，解決我國運輸瓶頸與科研的技術難題，20

3、04年我國開始從日本、德國、法國引進了一批高速動車組并與外方進行聯(lián)合設計生產，現(xiàn)在我國正在不斷消化吸收高速動車組關鍵技術，并逐步形成我國自主的技術平臺。隨著列車開行速度的提高，對動車組轉向架安全性、舒適性與曲線通過能力也就提出了越來越高的要求。高速轉向架的研發(fā)設計也就成為高速鐵路技術里一項極其重要的子系統(tǒng)，考慮到高速轉向架技術以及相對應的輪軌關系是消化吸收再創(chuàng)新的重點，本課題研究內容就是電動車組動力轉向架輪對的三維設計，希望通過本課題的研究加深對高速動車組技術的理解。本文主要設計分析了CRHi型動車輪對的基本結構組成、主要技術參數和裝配關系，基于Solidworks三維建模軟件初步完成動車輪對

4、的結構外形設計，最后對車軸的應力分布進行了分析。關鍵詞：動車組；轉向架；輪對目錄任務書摘要I1 .緒論2 .EMU動車組輪對2.1. 定義2.2. 作用2.3. 要求2.4. 組成2.4.1. 車軸2.4.2. 車輪2.5. 組裝I2.6. 踏面I2.6.1. 標準踏面存在的主要問題I2.6.2. 解決方法：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面I2.6.3. 磨耗型踏面優(yōu)缺點I3 .三維建模I3.1. 車軸的三維建模III3.2. 車輪的三維建模IV3.3. 制動盤的三維建模V3.4. 從動齒輪的三維建模V3.5. 裝配VI4 .車軸強度分析VII參考文獻IX1.緒論自從1964年日本建成世界上

5、第一條東京至大阪高速運營鐵路以來，在短短的四十多年里，高速鐵路從無到有，發(fā)展迅速。截止2010年底前，世界投入運營的高速鐵路近2.5萬公里，我國高鐵運營里程已達近萬公里。占世界高速鐵路總里程的30%穩(wěn)占世界第一。其中主要分布在我國、日本、法國、德國、意大利、比利時、荷蘭、瑞典、贏過、韓國我國臺灣等17個國家和地區(qū)。高速鐵路作為一種安全可靠、快捷舒適、運載量大、低碳環(huán)保的運輸方式，已逐漸成為世界交通發(fā)展的重要趨勢。2.EMU動車組輪對2.1. 定義兩個車輪和一根車軸按規(guī)定的壓力和尺寸牢固的壓在一起叫做輪對。2.2. 作用輪對的作用是保證機車車輛在鋼軌上的運行和轉向，承受來自機車車輛的全部靜、動載

6、荷，把它傳遞給鋼軌，并將因線路不平順產生的載荷傳遞給機車車輛各零部件。此外，機車車輛的驅動和制動也是通過輪對起作用的。2.3. 要求1）足夠的強度；2）重量小，具有一定彈性；3）阻力小，耐磨性好；4）能適應車輛直線運行，同時又能順利通過曲線，具備必要的抵抗脫軌的安全性具有嚴格的尺寸要求。2.4. 組成2.4.1. 車軸1）軸頸：車軸上與軸承相作用的部分；2）輪座：車輪壓裝處，也是車軸上直徑最大的部分；3）防塵板座：客、貨車車軸上軸頸與輪座之間的過渡處，其上裝有滑動軸箱的防塵板或滾動軸箱的后擋板；4）軸身：兩車輪之間的部分，有些客、貨車車軸的軸身自輪座向中央逐漸縮小，也有一些軸身通長為圓柱形，采

7、用盤形制動的制動盤組裝在軸身上。2.4.2. 車輪1）踏面：車輪上與鋼軌相接觸的部分。2）輪緣：位于鋼軌的內側，可防止輪對滾動脫軌，并起導向作用3）輪物：具有完整踏面的徑向厚度部分。4）輪轂：車輪緊固車軸的部分。5）輻板：輪轂與輪物的板狀連接部分。2.5. 組裝輪對的組裝工藝通常有兩種：熱套和液壓套裝。所謂熱套，就是將輪心加熱后套到車軸，輪轂加熱后套到輪心。而所謂液壓套裝，就是在車輪與車軸拆裝過程中，通過專門的液壓設備向輪座接觸面處注入高壓油，使輪座孔擴張并同時施以軸向推力將車輪壓入或退出。2.6. 踏面1:20斜面的作用：在直線上自動對中，在曲線上使外輪滑動量小。1:10斜面的作用：通過小曲

8、線時，可進一步減小外輪滑動量。2.6.1. 標準踏面存在的主要問題踏面和輪緣磨損嚴重，尤其是在新踏面投入運用的前期。原因：錐形踏面與鋼軌的接觸區(qū)域，明顯地僅為狹小面積接觸，因此產生局部磨耗，使踏面呈凹形，但當踏面達到某種凹形程度后，外形便保持相對穩(wěn)定。2.6.2. 解決方法：采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面研究表明：當錐形踏面磨耗到一定的凹形程度后，外形便相對穩(wěn)定，磨耗速度減?。ù藭r輪軌接觸區(qū)域較寬）。因此，我們可直接將新踏面做成磨耗形狀，即磨耗型踏面。2.6.3. 磨耗型踏面優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）延長鍵輪公里因輪軌接觸點變化范圍較大，使輪軌磨耗較均勻,并減少鍍輪時的車削量。（2）在同樣的接觸應

9、力下，容許更高軸重（因輪軌接觸面積較大）。（3）減少了曲線上的輪緣磨耗因錐形踏面在曲線上時輪軌為兩點接觸，而磨耗型踏面在曲線上時輪軌為一點接觸0缺點：等效斜度大，蛇形穩(wěn)定性差。3 .三維建模輪對為空心車軸，按照歐洲標準EN13104（動車）和EN13103（拖車）進行設計，設有相應的輪座和制動盤座。帶有拆卸用注油孔的整體式車輪，車輪材質ER9車輪壽命150萬km,車輪內側距1353mm。動車制動盤為輪盤，每輪對2組；拖車為軸盤，每輪對3組。3.1. 車軸三維建模車軸為空心車軸，中心有一個直徑為60mm勺通孔，該通孔一方面可以減輕車軸的質量大約5060kg,另一方面它也為超聲波無損探傷提供了很大

10、的方便，通過它可以很方便地對車軸的任何一截面進行詳細探傷。它包括軸頸、防塵板座、輪座、軸身、齒輪座等部分。依據EN13104（動車）進行設計，動車車輪上安裝制動盤。軸頸用以與軸承配合，防塵板座是車軸與防塵板配合的部位，輪座是車輪與車軸配合的部位，為了保證輪軸之間的壓緊力，輪座直徑比輪轂孔大0.10-0.35mm。參照圖2.69（a）2動車車軸進行三維建模，過程如下：以輪座處的直徑進行草圖圓繪制一兩側拉伸一繪空心通孔草圖一拉伸切除、完全貫穿一繪軸頸草圖一反側切除一繪防塵板座草圖一反側切除一繪軸身草圖一反側切除一鏡像軸頸、以塵板座特征一繪輪座與齒輪座間的軸身草圖一反側切除一繪齒輪座槽草圖一反側切除

11、一鏡像齒輪座槽切除特征一變截面處圓角過渡。圖3.1車軸三維建模3.2. 車輪三維建模車輪踏面是按照LMAffl踏面鍍制的，車輪公差的標注是按照適用于該車輪的規(guī)則進行的。車輪的公稱直徑為915mm，磨耗到限的直徑為835mm。車輪輪轂上的注油孔主要是為拆裝車輪時注入高壓油而設置的。動車車輪上安裝制動盤，拖車車輪上不安裝制動盤。動車組車輪通常采用整體車輪，它包括輪緣、踏面、輪物、輪轂孔、輻板、輻板孔等部分。車輪踏面可參照圖2.100CRH2車輪踏面形狀2和圖2.68（a）動車車輪2進行草圖繪制。建模過程：以車輪輪緣處最大圓周處直徑繪圓草圖一以輪轂長度為厚度進行拉伸（輪坯）一繪輪轂孔草圖一完全貫穿切

12、除一繪輪轂外側圓草圖一反側切除一繪輻板草圖一拉伸切除一繪踏面草圖一旋轉切除一繪輻板孔草圖一完全貫穿拉伸切除一繪注油孔草圖一旋轉切除一繪輪轂孔油槽草圖一拉伸切除一截面突變處圓角過渡。圖3.3車輪三維建模IB.圖3.4車輪踏面形狀示意圖3.3. 制動盤三維建模輪裝制動盤是動車組輪對的重要部件，分內盤和外盤，采用定位銷定位，用高強度螺栓和螺母，將制動盤與車輪的輻板固定在一起。當動車組需要減速或停車時，控制各制動單元的夾鉗收縮與制動盤接觸，通過安裝在夾鉗上的閘片與輪裝制動盤摩擦，實現(xiàn)列車的減速或停車。制動輪盤可參照圖2.68（a）動車車輪和圖1輪裝制動盤組裝示意圖5進行建模。建模過程：繪輪盤草圖一拉伸

13、一繪輪盤孔草圖一完全貫穿、拉伸切除一繪凸臺草圖一拉伸切除一繪定位銷孔、螺栓孔草圖一拉伸切除一截面突變處圓角過渡圖3.5制動盤三維建模3.4. 從動齒輪三維建模齒輪箱里有一根小齒輪軸，它與一個直接安裝在驅動軸上的從動齒輪相嚙合（單級減速齒輪）。齒輪經過硬化熱處理，其工作表面經過磨削，能在電動機與車軸之間進行平滑而穩(wěn)定的動力傳遞。齒輪箱技術數據如下表所示：表3.1齒輪箱技術數據傳動比89/24=3.71法向模數6.0中心距355mm質量（整個傳動裝置）約330kg從動齒輪采用直齒輪，參照CRH動車組車軸齒輪箱主要技術數據，在SolidWorks三維造型軟件中打開辦公室產品中的Toolbox插件，選

14、才GB中的動力傳動齒輪，對齒輪配置零部件，選擇對應的參數，生成所需的零部件。再繪制草圖，切除，形成齒輪孔槽、輻板。圖3.6從動齒輪三維建模3.5. 裝配輪對組裝過程采用熱壓裝配整體車輪工藝方法。動力輪對采用熱壓裝配齒輪，非動力輪對則采用熱壓裝配制動盤的工藝方法。車輪內側距為1353mm車輪與車軸為過盈配合，車輪與從動齒輪采用熱壓裝配。制動輪盤通過定位銷定位，用螺栓與螺母將輪盤與車輪輻板連接起來。圖3.7裝配模型4 .車軸強度分析根據最大軸重、牽引電動機軸最大牽引扭矩來計算車軸所受載荷，軸重不超過16t,電動機軸最大牽引扭Td=2155Nm。齒輪箱傳動比i=3.71,齒輪傳動效率=0.99。車軸

15、所受扭矩:TTdi21553.710.997915.1Nm軸頸處所受載荷：F1610009.81.52117600NT1Tl1/（l112）T2Tl2/（l1l2）其中：1i=1184mml2=324mm（1i為遠離齒輪輪座處扭矩作用點，l2為靠近齒輪輪座處扭矩作用點）由上式計算可得出輪座處所受扭矩：Ti6214.5Nm（遠離齒輪處）T21700.6Nm（靠近齒輪處）在solidworks中打開Simulation插件，選擇車軸材料，在車軸相應位置處，依據以上載荷、扭矩進行約束及加載荷，進行強度分析，分析結果如下圖所示。由分析結果可知，車軸軸頸處變形較大，變形量可達0.157mm,故車軸符合要

16、求,設計也合理。參考文獻1王伯銘.高速動車組總體及轉向架M.成都：西南交通大學出版，20082商躍進.動車組車輛構造與設計M.成都：西南交通大學出版社，20103張曙光.CRH型動車組M.北京：中國鐵道出版社，20084商躍進，曹茹.Solidworks2014三維設計及應用教程M.北京：機械工業(yè)出版社，20145王進寶.動車輪對制動盤螺母開裂原因分析及建議J.機車車輛工藝，第3期2011課程設計說明書EMLgj車輪對三維設計學科、專業(yè)：車輛工程學號：作者姓名：指導教師：蘭州交通大學LanzhouJiaotongUniversity任務書課題EMU/J車輪對三維設計姓名專業(yè)車輛，程班級設計任務設計任務：1 .掌握高速動車組（EMU輪對的基本組成；2 .參照CRHa車車軸的結構，完成對車軸的三維建模；3 .掌握CRHa車車