組合材料車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究.pdf

1、隨著軌道交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和需求，可以為車輛提供更好運(yùn)行性能的新式車輪的開發(fā)和研究一直受到關(guān)注。本文設(shè)計(jì)出主要由鋁合金輪芯和鋼制輪輞組成的組合材料車輪，將鋁合金材料成功引入車輪結(jié)構(gòu)中。鋁合金材料有較低的密度和彈性模量，能有效降低車輪質(zhì)量、改善車輪徑向剛度，對(duì)提高列車的運(yùn)行性能有積極意義。同時(shí)鋁合金普遍有非常強(qiáng)的抗腐蝕性，非常適合軌道交通車輛的運(yùn)行環(huán)境。
　　基于組合式車輪的形式和地鐵車輪的尺寸要求，設(shè)計(jì)出適用于城市軌道車輛的組合材料車

2、輪的具體結(jié)構(gòu)。通過綜合考慮確定出各零件的具體材料，根據(jù)DVS1608、EN13262和GB/T1222-2007確定輪芯、輪輞和扣環(huán)材料的主要機(jī)械性能參數(shù)。
　　根據(jù)UIC510-5和EN13260等標(biāo)準(zhǔn)確定車軸和輪芯、輪芯和輪輞過盈配合結(jié)構(gòu)需要傳遞的最大切向載荷和軸向載荷。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T5371中的過盈配合計(jì)算方法，對(duì)車軸和輪芯、輪芯和輪輞過盈量的取值范圍進(jìn)行初步計(jì)算?；诔醪接?jì)算結(jié)果，建立組合材料車輪的有限元模型并進(jìn)行仿真計(jì)

3、算，確定出更符合車輪實(shí)際結(jié)構(gòu)和載荷的過盈量范圍。確定車輪過盈量取值范圍后，對(duì)采用最大過盈量的新輪和采用最小過盈量的磨耗到限車輪進(jìn)行組裝預(yù)應(yīng)力分析，分析發(fā)現(xiàn)輪輞的預(yù)應(yīng)力分布會(huì)明顯受到自身厚度的影響，輪芯和輪輞配合表面的接觸應(yīng)力也會(huì)受到車輪狀態(tài)的顯著影響。
　　基于UIC510-5確定組合材料車輪強(qiáng)度分析的載荷工況，利用ANSYS有限元軟件對(duì)車輪進(jìn)行仿真計(jì)算，得到車輪在不同載荷工況下的應(yīng)力分布。車輪各零件的最大應(yīng)力都小于其材料對(duì)應(yīng)的屈

4、服強(qiáng)度，車輪的靜強(qiáng)度符合要求。在相同載荷工況下，輪輞在磨耗到限狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力更大，輪芯在新輪狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力更大?；趩屋S疲勞準(zhǔn)則對(duì)輪輞內(nèi)表面和輪芯的輻板區(qū)域進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)估，其應(yīng)力幅均小于許用應(yīng)力幅，疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。
　　基于平面應(yīng)力法編寫程序處理車輪的有限元結(jié)果數(shù)據(jù)，得到輪軸配合表面各位置的SWT參數(shù)，分析其配合表面的微動(dòng)疲勞。分析結(jié)果表明:車軸配合表面上距離內(nèi)側(cè)邊緣約20mm處的SWT參數(shù)為極大值，其附近區(qū)域容易萌生