CRH2動車組車軸的CAD/CAE分析

引言：我國的CRH2型動車組是對日本新干線動車組E2-1000引進-消化-吸收-再創新的產品。本文以solidworks2010為工具，對CRH2型動車組拖車車軸進行CAD/CAE建模并進行仿真分析，然后按照相關標準，校核其剛度及強度。

一：CRH2拖車車軸CAD建模與 CAE分析

1.1 CRH2動車組車軸基本參數

CRH2 型動車組非動力車軸按JIS-E 4501和JIS-E 4502標準進行設計和制造，為了提高車軸的疲勞可靠性，采用高頻淬火熱處理和滾壓強化工藝。為了在保證強度的同時減輕質量，輪對的車軸采用空心車軸，孔徑60mm，軸頸直徑130mm。其他參數為：m1=12400kg， h1=1055mmm，b=1000mm，s=747mm，R=430mmm，y1=393mm，y2=1093mm.

1.2 CRH2拖車車軸CAD建模過程

拉伸凸臺（車軸毛坯）-拉伸切除（防塵板座、輪座、制動盤座、軸身）-鏡像特征-拉伸切除（鏜銑空心軸）—倒角圓角特征.

1.3CRH2拖車車軸的計算載荷及工況

依據JIS E 4501 鐵道車輛車軸強度設計方法和JIS E 4501 鐵道車輛車軸品質要求，對動車組非動力軸進行疲勞強度計算，計算中考慮了車體振動引起的垂向和橫向加速度對彎曲應力的影響。CRH2動車組拖車車軸受載情況如圖1.3示：

圖1.3車軸設計載荷圖

輪座部位車軸的彎曲應力按照以下各式計算：

對車軸進行以上受力分析，求得車軸軸頸兩端所受載荷分別為：

F1=73.6kN， F2=48kN.

則CRH2動車組拖車車軸載荷計算結果如表1.3.1示。

1.4車軸CAE分析

1.4.1CRH2動車組拖車車軸剛性約束下強度計算分析

（1）前處理：

定類型：在simulation中新建“車軸剛性約束強度分析靜態算例”；

畫模型

設屬性：設置材料為“合金鋼”；

分網格：單元總數9591，節點數15971

（2）求解：

添約束：在車軸輪座下表面添加“固定幾何體”約束；

加載荷：在車軸軸頸一端添加垂直向下的載荷73.6kN，另一端添加垂直向下的載荷48kN；

求結果：車軸應力，合位移變化

探測出車輪上不同節點的應力與位移.

（3） 強度評價

在我國，動車組實際運行線路既有改造線路又有高速線路，在速度選擇時分別要考慮160km/h和200km/h.在該文檔中，只取200km/h進行分析計算。按照日本JIS E 4501 鐵道車輛車軸強度設計方法，根據CRH2動車組拖車車軸疲勞強度計算參數，計算載荷值及應力.CRH2動車組拖車車軸材料為S38C，采用高頻淬火熱處理和滾壓工藝，根據JIS E 4502取車軸的疲勞許用應力為147MPa .

1.4.2 CRH2動車組拖車車軸彈性約束下強度計算分析

（1）前處理：

定類型：在simulation中新建“車軸彈性約束強度分析靜態算例”；

畫模型

設屬性：設置材料為“合金鋼”；

分網格：單元總數9591，節點數15971

（2）求解：

添約束：在車軸輪座下表面添加高級夾具中的“彈性支撐”約束；

加載荷：在車軸軸頸一端添加垂直向下的載荷73.6kN，另一端添加垂直向下的載荷48kN；

求結果：車軸應力，合位移變化

探測出車輪上不同節點的應力與位移.

參考文獻：

[1]王會英. 高速列車車軸材料超聲擠壓強化技術研究[D].北京交通大學，2015.

[2]李廣君. 動車組軸箱彈簧接觸疲勞研究[D].北京交通大學，2014.

作者簡介：王康（1993.08）；性別：男，籍貫：安徽省銅陵人，學歷：本科，在讀于蘭州交通大學