高速轉向架車軸強度分析

李曉靜

（吉林鐵道職業技術學院，吉林吉林132200）

高速轉向架車軸強度分析

李曉靜

（吉林鐵道職業技術學院，吉林吉林132200）

車軸是高速車輛轉向架中最重要的部件之一，它是輪對轉動的中樞，其質量的好壞，直接關系到運行的安全，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、組裝應力、制動力以及曲線通過時的構架力等，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向架車輪的強度進行分析。

高速轉向架；車軸；CAE；強度分析

車軸上承受的載荷是比較復雜的。它既承受由于機車、車輛自重而產生的彎矩，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力；還包括牽引電動機的靜載荷、動載荷。當列車通過曲線時，外輪的導向力將給車軸一個相當大的附加彎矩。因此在設計車軸時，必須盡可能減小車軸的應力集中，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、分析復雜工程和產品的結構力學性能，以及優化結構性能等。其核心思想就是有限元方法，CAE軟件能夠作靜態結構分析，動態分析，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構進行離散化，之后用有限個容易分析的單元來表示一個復雜的對象，單元與單元之間通過有限個節點相互連接，然后根據變形協調條件進行綜合求解。這種方法可以改變求解的精度，主要是通過改變單元的數目，單元數目足夠多時，就可以得到與真實情況無限接近的解。

應用CAE軟件對工程或產品進行性能分析和模擬時，一般要經歷以下3個過程：

（1）前處理：該過程就是對工程或產品建模，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、有限元系統求解和有限元結果生成。

（3）后處理：得到分析結果以后，根據工程或產品模型的設計要求，對有限元分析結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果與設計方案的合理性。

2 車軸CAE強度分析過程

（1）受力分析。車體→空氣彈簧→構架→一系彈簧→軸箱→車軸

（2）應力分析。前處理：定類型：設為靜態分析。畫模型：運用solidworks2011車軸模型。設屬性：定車軸材料為合金鋼。分網格：共22620個節點，13941個單元。

（3）求解。添約束：在輪座下側添加彈性支撐，輪座處添加高級約束。加載荷：在軸頸處施加載荷，根據實際情況計算載荷一側為87200N，另一側為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。求結果：進行有限元分析

（4）后處理。輪對車軸CAE分析，該車軸應變圖如圖2所示。

圖1 車軸網格、載荷圖

圖2 車軸應變圖

3 結語

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

［1］李印川.高速客車轉向架輪對強度分析［D］.成都：西南交通大學,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技術在高速列車研發中的應用［J］.計算機輔助工程,2010，19，（1）.

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