CN108197416A - 一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法 - Google Patents

一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108197416A
CN108197416A CN201810152487.3A CN201810152487A CN108197416A CN 108197416 A CN108197416 A CN 108197416A CN 201810152487 A CN201810152487 A CN 201810152487A CN 108197416 A CN108197416 A CN 108197416A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel shaft
interference
model
elastic conjunction
stress
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810152487.3A
Other languages
English (en)
Inventor
谢红太
谢斌斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201810152487.3A priority Critical patent/CN108197416A/zh
Publication of CN108197416A publication Critical patent/CN108197416A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法。本发明技术方案如下：以CRH2型动车组拖车轮对为雏形，利用SolidWorks软件建立轮轴过盈装配三维数字化模型；将轮轴过盈装配三维模型转换到SolidWorks有限元分析模块Simulation中，建立其有限元模型；设定轮对轮轴过盈装配相接触面组为冷缩配合的接触方式，进行过盈接触应力分析；等差选定若干个规定范围内不同轮轴过盈量值进行分析处理。以多次有限元分析数据为基础，对比轮轴材料屈服强度极限，判断说明该过盈量范围的合理性与可靠性，同时确定该车型轮轴过盈装配过盈量—应力函数模型。

Description

一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分 析方法
技术领域
本发明涉及一种轨道运输领域内机械结构的有限元分析方法，尤其涉及一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法。
背景技术
铁道机车车辆转向架是高速动车组列车最关键的组成部分之一，处于运行铁轨与车体底架之间。而轮对作为连接转向架和地面铁轨的重要走形部件传递来自线路冲击和车辆自身振动产生的各向载荷，直接影响列车的运行品质和安全。为了适应高速、舒适、安全的高品质动车组客车我国在CRH2型动车组拖车转向架三维结构设计时采用动力学性能优良、运行稳定性具有很大裕度的LMA型车轮踏面和T60钢轨相匹配的模式，而在此过程中对直接接触部件轮对过盈装配动力学稳定性及运行安全性能要求则显得尤为重要。
车轮与车轴采用过盈配合联接，通过配合面的摩擦力传递力矩和轴向力，传递力的大小取决于过盈量。目前，国内对轮轴工艺压装过程基于摩擦学原理和有限元分析理论做了大量研究，但在轮对压装完成后的轮座轮毂孔表面接触应力方面研究相对较少，由于过盈配合的内部两个接触面上无法粘贴应变片及应力分析装置，当前使用较广的冷装热装法均难以对其压力状态进行跟踪测定，装配后的轮对质量无法得到准确预测和实际测量，只能根据长期实践经验确定，安全可靠性较低。在传统的过盈装配应力计算中常常假定两面接触应力沿轴线方向均匀分布，将分析模型简化归纳为理想的轴对称二维平面应力问题，分析局限性较大，不能对问题做精准有效描述。
利用Simulation有限元分析工具针对不同过盈量计算模拟出CRH2拖车轮对的有限元模型，分析了压装后轮座轮毂孔接触应力大小及分布规律，以及不同轮轴过盈量对接触应力的影响。根据拟合的过盈量—应力曲线函数模型，可用来判断某一轮对装配过盈量是否满足车轮车轴材料的屈服强度极限，是否符合走形及列车牵引要求，能否有效地传递力和扭矩等。可为后续铁道机车车辆轮对装配设计及接触强度设计提供一个新的参考方案。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供了一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
步骤一：轮轴过盈转配三维模型，利用SolidWorks分别建立铁道机车车辆车轮及车轴三维数字化模型，并完成其虚拟装配，同时做模型简化处理；
步骤二：轮轴过盈转配有限元模型，将轮轴过盈装配三维模型转换到SolidWorks有限元分析模块Simulation中，完成对单元类型、材料属性、材料参数、边界条件等的设定，并画划分有限元网格，建立其有限元分析模型；
步骤三：轮轴冷缩配合分析，设定轮轴过盈装配相接触面组为冷缩配合的接触方式，进行过盈接触计算分析；
步骤四：提取几何线，于铁道机车车辆车轮轮毂孔内柱面轴线方向分割出一条或多条几何线；
步骤五：节点应力分析，于所分割提取出来的几何线从其中一端点依次等距选取若干个点，并顺次计算探测出该点的节应力；
步骤六：选取不同过盈量，根据《GB5317－85过盈配合的计算和选用》对过盈量的计算方法及铁道标准《TB/T1757－91机车车轮与车轴注油压装技术条件》规定，等差选定若干个规定范围内不同轮轴过盈量值依次进行有限元分析处理；
步骤七：确定过盈量—应力函数模型，整理多次有限元分析接触应力结果数据，利用多次曲线拟合的方式确定该车型轮轴过盈装配过盈量—应力函数模型。
进一步地，所述的步骤二中模型简化为一个车轮和一半车轴的模式，并省略部分小圆角及小倒角，同时将所述简化轮轴过盈装配有限元模型处于爆炸视图状态。
进一步地，所述的步骤三中设定冷缩配合的相接触面组分别为铁道机车车辆车轮轮毂孔内柱面和车轴轮座外柱面。
进一步地，所述的步骤七中过盈量—应力函数模型包括有过盈量—最大应力函数模型、过盈量—平均应力函数模型及过盈量—最小应力函数模型。
本发明的有益效果：以CRH2拖车轮对为雏形，利用Simulation有限元分析工具中的冷缩配合机制，建立了轮轴过盈装配有限元模型，并通过提取几何线的方式进行应力探测，对目前轮对压装完成后轮毂孔内部难以计算的接触应力进行模拟分析。通过对轮对装配中选择不同过盈量对压装完成后的轮毂孔内部接触应力研究，进而拟合出该线性趋势函数，数学计算任意过盈量的轮轴装配接触应力。根据拟合的过盈量—应力曲线函数模型，可用来判断某一轮对装配过盈量是否满足车轮车轴材料的屈服强度极限，是否符合走形及列车牵引要求，能否有效地传递力和扭矩等。可为后续铁道机车车辆轮对装配设计及接触强度设计提供一个新的参考方案。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明的CRH2型动车组轮轴过盈装配的三维结构图；
图3为本发明的CRH2型动车组轮轴过盈装配的有限元模型示意图；
图4为本发明的CRH2型动车组轮轴过盈装配的接触应力分布示意图；
图5为本发明的CRH2型动车组轮轴过盈装配的轮毂孔几何线提取示意图；
图6为本发明的CRH2型动车组轮轴过盈装配的轮毂孔几何线上节应力曲线示意图；
图7为本发明的CRH2型动车组轮轴过盈装配的过盈量—最大应力曲线示意图。
具体实施方式
以CRH2型动车组拖车轮对轮轴过盈装配接触应力研究为例，参照说明书附图对本发明进作一步说明。
如图1所示，是本发明一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法的工作流程图。详细步骤如下：
步骤一：轮轴过盈转配三维模型，利用SolidWorks分别建立铁道机车车辆车轮及车轴三维数字化模型，并完成其虚拟装配。同时做模型简化处理，简化为一个车轮和一半车轴的模式，并省略部分小圆角及小倒角，如图2所示；
步骤二：轮轴过盈转配有限元模型，将轮轴过盈装配三维模型转换到SolidWorks有限元分析模块Simulation中，完成对单元类型、材料属性、材料参数、边界条件等的设定，并画划分有限元网格，建立其有限元分析模型，如图3所示。其中根据JIS E 4501和JIS E 4502标准在Simulation分别设定车轮车轴的材料为碳素钢，其属性参数分别为：屈服强度：620.42MPa；张力强度：723.83MPa；弹性模量：2.1×105MPa；泊松比：0.28；质量密度：7700kg/m3；抗剪模量：7.9×104MPa；热扩张系数：1.3×10-5Kelvin；
步骤三：轮轴冷缩配合分析，设定轮轴过盈装配相接触面组为冷缩配合的接触方式，进行过盈接触计算分析，得到其应力图解如图4所示；
步骤四：提取几何线，于铁道机车车辆车轮轮毂孔内柱面轴线方向分割出一条或多条几何线，如图5所示；
步骤五：节点应力分析，于所分割提取出来的几何线从其中一端点依次等距选取若干个点，并顺次计算探测出该点的节应力，从左到右顺次编号1—9，如图6所示；
步骤六：选取不同过盈量，根据《GB5317－85过盈配合的计算和选用》对过盈量的计算方法及铁道标准《TB/T1757－91机车车轮与车轴注油压装技术条件》规定，整体式车轮轮轴装配过盈量一般取轮毂孔直径的0.08﹪—0.15﹪。进而以CRH2拖车轮对为例，车轮轮毂孔直径为196mm，可知轮轴装配过盈量选取范围为0.15mm—0.30mm。等差选定若干个规定范围内不同轮轴过盈量值依次进行有限元分析处理，在此以0.05mm为等级进行计算分析，即取过盈量为：δ 1= 0.15mm，δ 2= 0.20mm，δ 3= 0.25mm，δ 4= 0.30mm。
步骤七：确定过盈量—应力函数模型，整理多次有限元分析接触应力结果数据，利用多次曲线拟合的方式确定该车型轮轴过盈装配过盈量—应力函数模型。其过盈量—应力函数模型包括有过盈量—最大应力函数模型、过盈量—平均应力函数模型及过盈量—最小应力函数模型如图7所示。并利用利用多次曲线拟合的方式确定该车型轮轴过盈装配过盈量—应力函数模型分别为：（1）过盈量—最大应力函数模型：f max（δ x ）=1977.06∙δ x +8.874，（0.15mm≤δ x ≤0.30mm）；（2）过盈量—平均应力函数模型：f avg（δ x ）=1851.38∙δ x +5.252，（0.15mm≤δ x ≤0.30mm）；（3）过盈量—最小应力函数模型：f min（δ x ）=1785.38∙δ x +2.482，（0.15mm≤δ x ≤0.30mm）。
式（1）—式（3）中f max，f avg，f min单位为MPa，由以上3式可用来判断计算针对确定过盈量的CRH2 拖车轮对轮轴装配完成后的轮毂孔与轮座表面间的接触应力。其中式（1）最大应力函数f max（δ x ）可用来判断某一轮对装配过盈量是否满足车轮车轴材料的屈服强度极限σs；式（2）平均应力函数f avg（δ x ）可用来判断轮轴压装完成后轮毂孔与轮座表面间的平均接触应力，根据摩擦关系确定是否符合走形及列车牵引要求；式（3）最小应力函数f min（δ x ）可用来确定某一确定过盈量能否有效地传递力和扭矩。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法，其特征在于：所述方法通过SolidWorks软件建立轮轴过盈装配三维数字化模型、通过Simulation中轮轴相接触面组为冷缩配合的方式进行过盈接触应力分析、通过等差方式选定若干个规定范围内不同轮轴过盈量值进行分析处理、同时利用多次曲线拟合的方式确定该车型轮轴过盈装配过盈量—应力函数模型，具体分析方法包括以下步骤：
步骤一：轮轴过盈转配三维模型，利用SolidWorks分别建立铁道机车车辆车轮及车轴三维数字化模型，并完成其虚拟装配，同时做模型简化处理；
步骤二：轮轴过盈转配有限元模型，将轮轴过盈装配三维模型转换到SolidWorks有限元分析模块Simulation中，完成对单元类型、材料属性、材料参数、边界条件等的设定，并合理划分有限元网格，建立其有限元分析模型；
步骤三：轮轴冷缩配合分析，设定轮轴过盈装配相接触面组为冷缩配合的接触方式，进行过盈接触计算分析；
步骤四：提取几何线，于铁道机车车辆车轮轮毂孔内柱面轴线方向分割出一条或多条几何线；
步骤五：节点应力分析，于所分割提取出来的几何线从其中一端点依次等距选取若干个点，并顺次计算探测出该点的节应力；
步骤六：选取不同过盈量，根据《GB5317－85过盈配合的计算和选用》对过盈量的计算方法及铁道标准《TB/T1757－91机车车轮与车轴注油压装技术条件》规定，等差选定若干个规定范围内不同轮轴过盈量值依次进行有限元分析处理；
步骤七：确定过盈量—应力函数模型，整理多次有限元分析接触应力结果数据，利用多次曲线拟合的方式确定该车型轮轴过盈装配过盈量—应力函数模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法，其特征在于：所述的步骤二中模型简化为一个车轮和一半车轴的模式，并省略部分小圆角及小倒角，同时将所述简化轮轴过盈装配有限元模型处于爆炸视图状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法，其特征在于：所述的步骤三中设定冷缩配合的相接触面组分别为铁道机车车辆车轮轮毂孔内柱面和车轴轮座外柱面。
4.根据权利要求1所述的一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法，其特征在于：所述的步骤七中过盈量—应力函数模型包括有过盈量—最大应力函数模型、过盈量—平均应力函数模型及过盈量—最小应力函数模型。
CN201810152487.3A 2018-02-16 2018-02-16 一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法 Pending CN108197416A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810152487.3A CN108197416A (zh) 2018-02-16 2018-02-16 一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810152487.3A CN108197416A (zh) 2018-02-16 2018-02-16 一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108197416A true CN108197416A (zh) 2018-06-22

Family

ID=62594029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810152487.3A Pending CN108197416A (zh) 2018-02-16 2018-02-16 一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108197416A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112434387A (zh) * 2020-11-18 2021-03-02 潍柴动力股份有限公司 摇臂轴瓦过盈量设计方法、装置、调节设备及存储介质
CN112605632A (zh) * 2020-12-28 2021-04-06 长春希达电子技术有限公司 一种外压力过盈装配制成散热器的方法
CN113340626A (zh) * 2021-05-25 2021-09-03 上海工程技术大学 一种车轮轴间实时过盈量的测量方法和测量预警装置
CN113618373A (zh) * 2021-08-27 2021-11-09 北京北方车辆集团有限公司 一种钛合金材料曲臂总成装配方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106053256A (zh) * 2016-08-09 2016-10-26 南华大学 一种岩体结构面抗剪强度指标计算的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106053256A (zh) * 2016-08-09 2016-10-26 南华大学 一种岩体结构面抗剪强度指标计算的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张永恒 等: "机车整体式车轮与车轴过盈配合应力分析", 《机械研究与应用》 *
谢红太 等: "基于SolidWorks的CRH2 轮轴过盈装配有限元分析", 《大连交通大学学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112434387A (zh) * 2020-11-18 2021-03-02 潍柴动力股份有限公司 摇臂轴瓦过盈量设计方法、装置、调节设备及存储介质
CN112434387B (zh) * 2020-11-18 2023-04-18 潍柴动力股份有限公司 摇臂轴瓦过盈量设计方法、装置、调节设备及存储介质
CN112605632A (zh) * 2020-12-28 2021-04-06 长春希达电子技术有限公司 一种外压力过盈装配制成散热器的方法
CN113340626A (zh) * 2021-05-25 2021-09-03 上海工程技术大学 一种车轮轴间实时过盈量的测量方法和测量预警装置
CN113340626B (zh) * 2021-05-25 2022-07-22 上海工程技术大学 一种车轮轴间实时过盈量的测量方法和测量预警装置
CN113618373A (zh) * 2021-08-27 2021-11-09 北京北方车辆集团有限公司 一种钛合金材料曲臂总成装配方法
CN113618373B (zh) * 2021-08-27 2023-08-15 北京北方车辆集团有限公司 一种钛合金材料曲臂总成装配方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108197416A (zh) 一种基于Simulation铁道机车车辆轮轴过盈装配接触应力分析方法
Duan et al. Milling force model for aviation aluminum alloy: academic insight and perspective analysis
CN108595898B (zh) 基于汽车碰撞仿真的有限元建模方法和系统
WO2021227385A1 (zh) 一种基于白车身主断面变形刚度控制的结构改装设计方法
WO2021129408A1 (zh) 一种降低轮胎风阻的轮胎外轮廓结构的设计方法
CN102944513B (zh) 一种金属塑性成形中的摩擦因子测算方法
CN108062427A (zh) 基于数值计算的梯度控速降低涡轮盘锻造残余应力的方法
Bansal et al. Drag Reduction of Passenger Car Using Add‐On Devices
Pearson et al. TameTire: Introduction to the model
CN108763806B (zh) 高速列车过特长双线隧道时列车及隧道表面所受静压的数值模拟分析方法
CN103366056A (zh) 基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法
Jing et al. An elastic-plastic theoretical analysis model of wheel-rail rolling contact behaviour
Zhou et al. The multi-objective optimization design of a new closed extrusion forging technology for a steering knuckle with long rod and fork
CN108388733B (zh) 基于地面摩擦力的四轮布局起落架建模方法及装置
Lee et al. Modeling approach to estimate the elastic characteristics of workpiece and shrink-fitted die for cold forging
Nasir et al. Aerodynamics of ARTeC's PEC 2011 EMo-C car
Manikandan et al. Machining and simulation studies of bimetallic pistons
CN109241610B (zh) 考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法
Zong et al. FEM optimization of tool geometry based on the machined near surface's residual stresses generated in diamond turning
CN106777463A (zh) 一种基于三维修正分形理论的单面接触刀柄‑主轴结合部刚度分析方法
Abbadeni et al. Finite element analysis of fluid-structure interaction in the hydromechanical deep drawing process
Wenkui et al. Dynamic simulation analysis of pothole event based on vRLDA
CN111241724B (zh) 一种宽体矿用车车架疲劳寿命预测方法
CN107526877A (zh) 一种消减残余应力的模拟方法
Peng et al. Numerical simulation of material wear of an automotive brake device based on finite element simulation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180622