李曉靜

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132200）

高速轉(zhuǎn)向架車軸強度分析

李曉靜

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132200）

車軸是高速車輛轉(zhuǎn)向架中最重要的部件之一，它是輪對轉(zhuǎn)動的中樞，其質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到運行的安全，所以在制造、維修中必須要嚴格要求。由于車軸在運用過程中承受很大的靜載荷和動作用力、組裝應(yīng)力、制動力以及曲線通過時的構(gòu)架力等，因此要求車軸必須有足夠的強度。文章采用CAE分析的方法對高速轉(zhuǎn)向架車輪的強度進行分析。

高速轉(zhuǎn)向架；車軸；CAE；強度分析

車軸上承受的載荷是比較復(fù)雜的。它既承受由于機車、車輛自重而產(chǎn)生的彎矩，另外還承受很大的扭矩。在壓裝的過程中，軸承、輪心、齒輪等都會在車軸上引起組裝應(yīng)力；還包括牽引電動機的靜載荷、動載荷。當(dāng)列車通過曲線時，外輪的導(dǎo)向力將給車軸一個相當(dāng)大的附加彎矩。因此在設(shè)計車軸時，必須盡可能減小車軸的應(yīng)力集中，并且采取有效的工藝措施提高疲勞強度。

1 CAE基本概念

CAE是計算機輔助工程的縮寫，指的是用計算機輔助求解、分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等。其核心思想就是有限元方法，CAE軟件能夠作靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，動態(tài)分析，還能研究線性、非線性問題。

有限元方法的基本思想是先將結(jié)構(gòu)進行離散化，之后用有限個容易分析的單元來表示一個復(fù)雜的對象，單元與單元之間通過有限個節(jié)點相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件進行綜合求解。這種方法可以改變求解的精度，主要是通過改變單元的數(shù)目，單元數(shù)目足夠多時，就可以得到與真實情況無限接近的解。

應(yīng)用CAE軟件對工程或產(chǎn)品進行性能分析和模擬時，一般要經(jīng)歷以下3個過程：

（1）前處理：該過程就是對工程或產(chǎn)品建模，建成合理的有限元分析模型。

（2）有限元分析：對有限元模型進行單元特性分析、有限元單元組裝、有限元系統(tǒng)求解和有限元結(jié)果生成。

（3）后處理：得到分析結(jié)果以后，根據(jù)工程或產(chǎn)品模型的設(shè)計要求，對有限元分析結(jié)果進行用戶所要求的加工以圖形方式提供給用戶，最終幫助用戶判定計算結(jié)果與設(shè)計方案的合理性。

2 車軸CAE強度分析過程

（1）受力分析。車體→空氣彈簧→構(gòu)架→一系彈簧→軸箱→車軸

（2）應(yīng)力分析。前處理：定類型：設(shè)為靜態(tài)分析。畫模型：運用solidworks2011車軸模型。設(shè)屬性：定車軸材料為合金鋼。分網(wǎng)格：共22620個節(jié)點，13941個單元。

（3）求解。添約束：在輪座下側(cè)添加彈性支撐，輪座處添加高級約束。加載荷：在軸頸處施加載荷，根據(jù)實際情況計算載荷一側(cè)為87200N，另一側(cè)為66840N。齒輪箱座處添加力矩，如圖1所示。查錯誤：載荷列表后進行檢查。求結(jié)果：進行有限元分析

（4）后處理。輪對車軸CAE分析，該車軸應(yīng)變圖如圖2所示。

圖1 車軸網(wǎng)格、載荷圖

圖2 車軸應(yīng)變圖

3 結(jié)語

由分析結(jié)果得知，車軸中最大的應(yīng)力為63.8MPa，如圖中的紅色位置處。依據(jù)相關(guān)標準查得，動車、拖車車軸的疲勞許用應(yīng)力值為85MPa，與強度評價標準比較的結(jié)果是軸的各部位均是安全可靠的。

［1］李印川.高速客車轉(zhuǎn)向架輪對強度分析［D］.成都：西南交通大學(xué),2011.

［2］李曉東,何忠韜.高速動車車軸的CAD/CAE分析［J］.機械工程與自動化，2012，（1）：13-14.

［3］馬龍,林君山.CAE技術(shù)在高速列車研發(fā)中的應(yīng)用［J］.計算機輔助工程,2010，19，（1）.

李曉靜（1990-），女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，助教，主要研究方向：車輛動力學(xué)、機車總體。