[發明專利]一種基于Simulation鐵道機車車輛輪軸過盈裝配接觸應力分析方法

在審

• 申請號: 201810152487.3
• 申請日: 2018-02-16
• 公開（公告）號: CN108197416A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 謝紅太;謝斌斌
• 申請（專利權）人: 謝紅太
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于Simulation鐵道機車車輛輪軸過盈裝配接觸應力分析方法。本發明技術方案如下：以CRH2型動車組拖車輪對為雛形，利用SolidWorks軟件建立輪軸過盈裝配三維數字化模型；將輪軸過盈裝配三維模型轉換到SolidWorks有限元分析模塊Simulation中，建立其有限元模型；設定輪對輪軸過盈裝配相接觸面組為冷縮配合的接觸方式，進行過盈接觸應力分析；等差選定若干個規定范圍內不同輪軸過盈量值進行分析處理。以多次有限元分析數據為基礎，對比輪軸材料屈服強度極限，判斷說明該過盈量范圍的合理性與可靠性，同時確定該車型輪軸過盈裝配過盈量—應力函數模型。

技術領域

本發明涉及一種軌道運輸領域內機械結構的有限元分析方法，尤其涉及一種基于Simulation鐵道機車車輛輪軸過盈裝配接觸應力分析方法。

背景技術

鐵道機車車輛轉向架是高速動車組列車最關鍵的組成部分之一，處于運行鐵軌與車體底架之間。而輪對作為連接轉向架和地面鐵軌的重要走形部件傳遞來自線路沖擊和車輛自身振動產生的各向載荷，直接影響列車的運行品質和安全。為了適應高速、舒適、安全的高品質動車組客車我國在CRH2型動車組拖車轉向架三維結構設計時采用動力學性能優良、運行穩定性具有很大裕度的LMA型車輪踏面和T60鋼軌相匹配的模式，而在此過程中對直接接觸部件輪對過盈裝配動力學穩定性及運行安全性能要求則顯得尤為重要。

車輪與車軸采用過盈配合聯接，通過配合面的摩擦力傳遞力矩和軸向力，傳遞力的大小取決于過盈量。目前，國內對輪軸工藝壓裝過程基于摩擦學原理和有限元分析理論做了大量研究，但在輪對壓裝完成后的輪座輪轂孔表面接觸應力方面研究相對較少，由于過盈配合的內部兩個接觸面上無法粘貼應變片及應力分析裝置，當前使用較廣的冷裝熱裝法均難以對其壓力狀態進行跟蹤測定，裝配后的輪對質量無法得到準確預測和實際測量，只能根據長期實踐經驗確定，安全可靠性較低。在傳統的過盈裝配應力計算中常常假定兩面接觸應力沿軸線方向均勻分布，將分析模型簡化歸納為理想的軸對稱二維平面應力問題，分析局限性較大，不能對問題做精準有效描述。

利用Simulation有限元分析工具針對不同過盈量計算模擬出CRH2拖車輪對的有限元模型，分析了壓裝后輪座輪轂孔接觸應力大小及分布規律，以及不同輪軸過盈量對接觸應力的影響。根據擬合的過盈量—應力曲線函數模型，可用來判斷某一輪對裝配過盈量是否滿足車輪車軸材料的屈服強度極限，是否符合走形及列車牽引要求，能否有效地傳遞力和扭矩等。可為后續鐵道機車車輛輪對裝配設計及接觸強度設計提供一個新的參考方案。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明提供了一種基于Simulation鐵道機車車輛輪軸過盈裝配接觸應力分析方法。

本發明解決其技術問題采取的技術方案是：

步驟一：輪軸過盈轉配三維模型，利用SolidWorks分別建立鐵道機車車輛車輪及車軸三維數字化模型，并完成其虛擬裝配，同時做模型簡化處理；

步驟二：輪軸過盈轉配有限元模型，將輪軸過盈裝配三維模型轉換到SolidWorks有限元分析模塊Simulation中，完成對單元類型、材料屬性、材料參數、邊界條件等的設定，并畫劃分有限元網格，建立其有限元分析模型；

步驟三：輪軸冷縮配合分析，設定輪軸過盈裝配相接觸面組為冷縮配合的接觸方式，進行過盈接觸計算分析；

步驟四：提取幾何線，于鐵道機車車輛車輪輪轂孔內柱面軸線方向分割出一條或多條幾何線；

步驟五：節點應力分析，于所分割提取出來的幾何線從其中一端點依次等距選取若干個點，并順次計算探測出該點的節應力；

步驟六：選取不同過盈量，根據《GB5317－85過盈配合的計算和選用》對過盈量的計算方法及鐵道標準《TB/T1757－91機車車輪與車軸注油壓裝技術條件》規定，等差選定若干個規定范圍內不同輪軸過盈量值依次進行有限元分析處理；