歡迎學習動車組車輛構造與設計2021/5/91第3節(jié)轉(zhuǎn)向架零部件CAD-CAE設計1、圓柱壓縮螺旋彈簧設計2、車軸設計3、車輪設計4、輪對設計5、制動零件設計6、焊接構架強度設計7、車體結(jié)構設計技術2021/5/921、圓柱壓縮螺旋彈簧（1）幾何參數(shù)（2）彈簧應力分析（3）單卷彈簧設計公式（4）雙卷彈簧設計公式（5）彈簧現(xiàn)代設計2021/5/93d—簧條直徑（mm）

D—彈簧中徑，即螺旋線圓柱直徑n—彈簧的有效圈數(shù)，即螺旋線的圈數(shù)H0—彈簧的自由高D2=D+d—彈簧外徑D1=D-d—彈簧內(nèi)徑α—彈簧的螺旋角，即螺旋線的升角t—簧條間距，即螺旋線的節(jié)距

—螺旋線的極角C—旋繞比，C=D/d（1）幾何參數(shù)

基本參數(shù)2021/5/94（2）單卷彈簧傳統(tǒng)設計方法EXCEL在CRH2軸箱彈簧分析中的應用2021/5/95（3）彈簧現(xiàn)代設計A、彈簧CAD設計B、彈簧有限元分析C、彈簧優(yōu)化設計2021/5/96A、彈簧CAD

1、幾何參數(shù)2、卷制工藝3、仿真設計4、配置5、庫零件2021/5/97卷制工藝制造工藝過程:修正下料→端部加熱→鍛尖→加熱→卷繞→淬火→回火→強化處理（噴丸、強壓、滲碳）→磨平端面→試驗或驗收。熱卷大彈簧.flv2021/5/98仿真設計（1）一段變螺距螺旋線掃描法（2）三段等螺距螺旋線掃描法（3）三段直線掃描法（4）彈簧練習2021/5/99（1）一段變螺距螺旋線掃描法彈簧是由簧條圓繞一條螺旋線旋轉(zhuǎn)而成的，故其造型過程為：先繪制螺旋線，再繪制簧條圓，然后利用掃描特征創(chuàng)建彈簧基體，最后利用拉伸切除特征創(chuàng)建支撐圈。

2021/5/910（2）三段等螺距螺旋線掃描法2021/5/911（3）三段直線掃描法先鋼絲后卷滾2021/5/912（4）彈簧練習用多種方法進行彈簧建模2021/5/913配置

SolidWorks配置可以在單一的文件中對零件或裝配體生成多個設計變化，來開發(fā)與管理一組有著不同尺寸、零部件或其他參數(shù)的模型。在零件文件中，配置可以生成具有不同尺寸、特征和屬性的零件系列。可以手動生成配置，也可以使用系列零件設計表同時建立多個配置。右鍵單擊特征尺寸（彈簧高度）>配置尺寸>輸入配置尺寸：安裝高度和對應的靜載高值：2021/5/914二次開發(fā)二次開發(fā)，簡單的說就是在現(xiàn)有的軟件上進行定制修改，功能的擴展，然后達到自己想要的功能，PrivateSubCmdClose_Click()EndEndSubPrivateSubCmdOK_Click()MDiameterValue=Val(TxtMD.Text)/1000'從文本框獲取新的中徑

TDiameterValue=Val(TxtTd.Text)/1000'從文本框獲取新的簧條直徑

nValue=Val(Txtn.Text)'從文本框獲取新的有效圈數(shù)

FmaxValue=Val(Txtfmax.Text)/1000'從文本框獲取新的最大撓度

CallParameterSub(MDiameterValue,TDiameterValue,nValue,FmaxValue)'調(diào)用更新函數(shù)EndSub2021/5/915B、彈簧CAE分析彈簧CAE設計實例----轉(zhuǎn)K2彈簧有限元分析（1）剛度（f=mm）（2）強度（f=47.2mm）幾何非線性|大變形問題2021/5/916C、彈簧優(yōu)化設計（C）算例已知某機車彈簧的相關參數(shù)為：Pst=119.428kN，[fst]=106.0mm，H0=490mm。材料為60Si2CrVAT，許用應力[τ]=1050MPa[4]，疲勞許用應力[τ-1]=370MPa。取機車取彈簧裕度系數(shù)Kvd=0.5，動荷系數(shù)Kd=0.25[5]。“目標函數(shù)”m文件“約束條件”m文件“優(yōu)化程序”m文件（A）Matlab中的分析步驟

建立優(yōu)化模型并轉(zhuǎn)成標準格式。生成“優(yōu)化目標函數(shù)”m文件生成“優(yōu)化約束條件”m文件生成“優(yōu)化求解程序”m文件執(zhí)行求解程序。（B）彈簧優(yōu)化設計數(shù)學模型執(zhí)行：>>OPTProg結(jié)果：x=50.8034220.93034.7975fval=6.8228e+0042021/5/9172、車軸強度計算（1）計算載荷（2）計算截面（3）計算方法2021/5/918（1）

傳統(tǒng)計算方法日本JISE4501鐵道車輛車軸強度設計方法和JISE4502鐵道車輛車軸品質(zhì)要求車輛車軸設計(TBT2705-96).xls2021/5/919（2）車軸CAD/CAE分析加工a、b、c、d、e、f、g面和各軸肩進行加工；2021/5/9203、車輪的強度分析1、車輪強度分析的內(nèi)容2、車輪強度分析載荷工況3、車輪強度評價方法4、車輪強度分析算例2021/5/921（1）車輪CAD

（1）車輪建模順序（2）踏面作圖方法（3）踏面作圖步驟2021/5/922車輪生產(chǎn)工藝車輪一直由兩道工序加工完成,即：先加工內(nèi)殼面、內(nèi)輻板、輪緣、內(nèi)輞面；然后翻身找正加工外殼面、外輻板、外輞面、踏面及孔其中輪緣、踏面在喉部接刀。輾制工藝2021/5/923草圖盡量簡，特征需關聯(lián)，造型要仿真，別只顧眼前。切右輻板鉆輪轂孔選材料切左輻板鏇踏面車輪CAD設計1-內(nèi)輞面

2-內(nèi)殼面

3-內(nèi)輻板

4-輪緣

5-喉部

6-踏面

7-外輞面

8-輪

輻

9-外輻板

10-外殼面車輪建模順序2021/5/924磨耗形踏面作圖方法TB-T449-2003機車車輛車輪輪緣踏面外形磨耗形踏面作圖步驟2021/5/925庫特征庫特征能將常用的特征用特定的格式保存起來，在需要用到的時候只要求一個拖放和簡單的定位即可完成特征的創(chuàng)建。庫特征的內(nèi)容還可以是草圖，對于常用的復雜草圖和復雜特征更是能起到一勞永逸的效果。（1）生成庫特征（2）使用庫特征（3）編輯庫特征2021/5/926（1）生成庫特征生成草圖添加到庫2021/5/927（2）使用庫特征生成父特征添加庫特征生成子特征2021/5/928（3）編輯庫特征2021/5/929（4）踏面庫特征2021/5/930車輪建模練習2021/5/931（2）車輪CAE2021/5/932（1）車輪強度分析載荷工況根據(jù)UIC510-5：2003（整體車輪技術）標準進行車輪設計，對于安裝到動軸上的車輪，考慮車輪通過直線、曲線和道岔時的載荷。除了上述UIC510-5規(guī)定的垂向和橫向載荷外，還應考慮下表所示的載荷條件。切向載荷(粘著系數(shù)＝0.33)27.5kN最大速度情況下(200公里/小時)轉(zhuǎn)速1310rpm車軸與車輪壓裝的最大過盈量0.30mm踏面上熱處理偏差而產(chǎn)生的應力載荷工況垂向力橫向力直線運行Fz1=1.25QFy1=0曲線運行Fz2=1.25QFy2=0.7Q過道岔Fz3=1.25QFy3=0.42QQ:每個車輪承擔的重量載荷工況載荷直線運行垂直載荷Fz1+過盈量+最大速度下的轉(zhuǎn)速曲線運行垂直載荷Fz2+橫向載荷Fy2+過盈量+最大速度下的轉(zhuǎn)速過道岔垂直載荷Fz3+橫向載荷Fy3+過盈量+最大速度下的轉(zhuǎn)速2021/5/933車輪CAEGB8601-1988鐵路用輾鋼整體車輪-客車車輪直線運行Fz1=1.25Q=1.25*160/2=100kN2021/5/9344、輪對分析1、輪對壓裝2、輪對CAD3、輪對承載應力4、輪對裝配應力分析5、輪軌接觸應力2021/5/935（1）輪對壓裝目前路內(nèi)大多數(shù)工廠采用以輪轂孔外端面定位壓裝車軸的輪對壓裝方法,,其工藝過程是:(1)輪軸套裝:用車軸專用尺劃出車軸的全長中心線,并在車軸兩端軸頸上套上防護套;然后將選配好的車軸輪座表面和車輪輪轂孔內(nèi)清掃干凈,并均勻地涂抹純凈植物油;最后將兩個車輪分別套裝在車軸的兩端。圖2以輪轂孔外端面定位壓裝車軸輪對壓裝過程(2)定位:將套裝好的車輪車軸吊放到輪對壓裝專用的移動(旋轉(zhuǎn))小車上,啟動小車開關,使輪轂孔的外端面靠緊壓力機的定位面即完成壓裝的定位。(3)壓裝:啟動壓力機進行壓裝。通過專用對稱尺劃出的車軸全長中心線,壓裝到位后(操作者目測判斷),關機停壓(若在壓裝過程中發(fā)現(xiàn)壓力曲線不合格則立即停壓),打開小車開關,將小車復位。(4)調(diào)頭壓裝:將小車旋轉(zhuǎn)180°,再按同樣的過程壓裝另一側(cè)的車輪。(5)檢測:車輪壓裝完成后,用專用尺仔細測量L和任意3處的距離差,并檢查輪位差和壓裝力大小以及壓力曲線是否合格。(6)記錄:對壓裝合格的輪對,按照鐵輛[1998]2號文之附件5中的F5、2、7條的規(guī)定完成有關數(shù)據(jù)的記錄。對壓裝不合格的輪對,應及時退卸并分析原因,妥善處理后重新壓裝。TB-T1718-2003鐵道車輛輪對組裝技術條件2021/5/936（2）輪對CAD輪對壓裝位置要求(1)輪對內(nèi)側(cè)距離L=(1353±2)mm,且任意3處距離差不大于1mm。當內(nèi)側(cè)距離L不符合規(guī)定時,不得向外側(cè)調(diào)壓,但當輪對內(nèi)側(cè)距離比規(guī)定的最小距離小1mm以下時或因車輪輾制不均勻而致使任3處距離差超過規(guī)定時,可以通過旋削輪輞內(nèi)側(cè)面進行調(diào)整。(2)輪對輪位差:L1-L2≤3mm。輪對裝配2021/5/937（3）輪對承載應力2021/5/938（4）輪對裝配應力分析（1）理論計算（2）CAE分析2021/5/939理論計算為保證運行過程中，車輪不會與車軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動或脫離，輪軸之間應有足夠的接觸壓應力。在標準EN13260:1998對輪對輪軸過盈量j有如下規(guī)定：a)采用收縮裝配:0.0009dm≤j≤0.0015dm;b)采用壓力裝配:0.0010dm≤j≤0.0015dm+0.06;其中:dm表示輪座位置軸的平均直徑，單位為mm。dm=194mm時，0.174mm≤j≤0.291mm式中H一輪對所受的橫向力;M一輪對所受的扭矩;R-輪毅孔半徑;L為輪對裝配長度;f}為輪軸配合面摩擦系數(shù)。接觸強度：2021/5/940CAE分析冷縮配合軸194.2mm孔194mm2021/5/941（5）輪軌接觸應力（1）理論計算（2）CAE分析2021/5/942理論計算車輪與鋼軌之間的最大接觸壓力相當大，甚至于超過了彈性極限，因此在接觸表面層產(chǎn)生塑性變形。車輪與鋼軌的接觸是以兩個不同半徑構成的曲面形成的，故這個接觸壓力按赫茲壓力的計算式。2021/5/943CAE分析2021/5/9445、制動零件設計1、制動性能計算2、制動熱機耦合計算載荷3、制動零件CAD/CAE設計實例4、踏面制動零件CAD/CAE設計演示2021/5/945熱量載荷：制動過程中制動盤和閘片摩擦生熱，在盤體和盤轂上產(chǎn)生熱應力和熱變形。對流載荷：制動過程中制動盤表面對空氣散熱。壓力載荷：盤體受到閘片的壓力。摩擦力載荷：盤體受到閘片的摩擦力。旋轉(zhuǎn)離心力：制動盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，導致盤轂產(chǎn)生變形和應力。振動載荷：車輛運行時，由于輪軌作用導致盤轂受到振動載荷的作用。壓裝載荷：盤轂和車軸的過盈配合使盤轂發(fā)生變形而產(chǎn)生應力。制動熱機耦合計算載荷2021/5/946踏面制動車輪熱機耦合分析

對車輪熱負荷最不利的制動工況：緊急制動工況熱流密度分別為288.8kW/m2拖曳制動工況熱流密度為175.6kW/m2。溫度場結(jié)果熱機耦合場結(jié)果2021/5/9476、焊接構架強度設計

（一）構架強度設計規(guī)范（二）構架強度分析2021/5/9481、構架強度設計規(guī)范

UIC515/UIC615規(guī)程

JISE4207“鐵道車輛轉(zhuǎn)向架構架設計通用條件”2021/5/949（1）UIC515/UIC615規(guī)程模擬運營載荷平均應力與應力幅σm、σa放入相應材料母材/接頭的Goodman圖評估疲勞強度

超常載荷

應力σ與母材/接頭許用應力比較評估靜強度有限元計算2021/5/950（2）JIS技術條件靜載荷平均應力σm

與母材/接頭許用應力比較評估靜強度動載荷

應力幅σa放入相應材料的疲勞極限圖評估疲勞強度2021/5/9512、構架強度分析1、構架CAD2、構架CAE2021/5/952（1）構架CAD構架加工工藝.MPG構架-new-a.avi2021/5/953（2）構架CAE2021/5/9547車體結(jié)構設計技術一、車體外形設計二、車體結(jié)構強度設計2021/5/955一、車體外形設計1、外形設計的基本要求2、頭型設計的基本參數(shù)3、頭車外形比較4、車體橫斷面尺寸2021/5/9561、外形設計的基本要求

隨著列車運行速度的提高，周圍空氣的動力作用一方面對列車和列車運行性能產(chǎn)生影響；同時，列車高速運行引起的氣動現(xiàn)象對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車的空氣動力學問題。高速動車組外形設計的基本要求分三個方面，即要滿足:空氣阻力的要求壓力波動的要求噪聲方面的要求2021/5/9572、頭型設計的基本參數(shù)(1)阻力系數(shù)

一些高速鐵路發(fā)展比較早的國家，通過試驗研究和理論計算，明確提出了各自的列車阻力系數(shù)指標。在“德國聯(lián)邦鐵路城間特快列車ICE技術任務書”中規(guī)定：列車前端的驅(qū)動頭車空氣阻力系數(shù)C＝0.17；列車末端的驅(qū)動頭車空氣阻力系數(shù)C＝0.19。(2)頭型系數(shù)（長細比）

長細比，即車頭前端鼻形部位長度與車頭后部車身斷面半徑之比。頭、尾車阻力系數(shù)與流線化頭部長細比直接有關，高速列車頭部的長細比一般要求達到3左右或者更大，如圖所示：2021/5/958CRH5動車組原型車SM3外型效果圖3、頭車外形比較CRH2動車組原型車E2－1000外型圖2021/5/9594、車體橫斷面尺寸動車組車身橫斷面形狀設計有以下特點：

1.整個車身斷面呈鼓形，即車頂為圓弧形，側(cè)墻下部向內(nèi)傾斜（5o左右）并以圓弧過渡到底架，側(cè)墻上部向內(nèi)傾斜（3o左右）并以圓弧過渡到車頂。下圖為德國ICE動車組車身斷面形狀。這不僅能減小空氣阻力，而且有利于緩解列車交會壓力波及橫向阻力、側(cè)滾力矩的作用。2.裙板車輛底部形狀對空氣阻力的影響很大，為了避免地板下部設備的外露，采用與車身橫斷面形狀相吻合的裙板遮住車下設備，以減少空氣阻力，也可防止高速運行帶來的沙石擊打車下設備。3.車體表面光滑平整，盡量減少突出物。如側(cè)門采用塞拉式；扶手為內(nèi)置式；腳蹬做成翻板式，使側(cè)面關閉時可以包住它。4.兩車輛連接處采用橡膠大風擋，與車身保持平齊，避免形成空氣渦流。車體斷面比較ICE動車組車身斷面形狀2021/5/960二、車體結(jié)構強度設計1、車體結(jié)構設計基本內(nèi)容2、車體結(jié)構強度設計標準—JISE71053、車體結(jié)構強度實例2021/5/9611、車體結(jié)構設計基本內(nèi)容在