CRH某型动车组动力车轴轮座区接触应力的研究

摘要

车轴是高速动车组中涉及安全的重要部件，它与车轮通过过盈配合组成轮对，承受着车辆的全部重量。动车组车轴在运行中所受到列车整体重量、轮轨作用力和线路不平顺引起的冲击振动等载荷的综合作用。随着动车组速度等级的提升，作用在车轴上的垂向载荷、作用在车轮上的横向载荷、启动扭矩以及轮轴旋转所产生的离心力等因素均会对轮轴联接的安全性产生影响，出现过盈量减小的情况。高速运行过程中的动车组，一旦发生轮轴分离，将引发列车脱轨、翻车等重大灾难性的事故。
　　过盈量对联接性能的影响很大，过盈量小，轮轴高速旋转是将发生松脱;过盈量大，压装过程中易产生材料损伤，且装配后轮轴接触应力可能超出需用范围。过盈量的理论表征值是配合面间的接触应力。接触应力是影响轮轴联接安全性的关键参数，也是确保轮轴间传递运动和载荷的主要因素。本文对实际服役过程中影响轮轴配合安全性的主要因素以及影响规律进行研究，分析归纳出列车实际运营情况下可能影响轮轴联接安全性的因素。经过分析，高速列车轮轴间接触应力（过盈量）的动态变化，主要受轮轴初始过盈量、摩擦系数、紧急制动时轮盘的热载荷和高速旋转离心力等四种因素的影响。
　　首先，建立实物轮轴的有限元模型。接着基于轮轴的实际边界条件，采用单一变量法分析轮轴过盈量、离心力、不同行车速度下紧急制动生热等因素对轮座区接触应力和滑移量的增大或减少效应;最后，选取四个典型的工况，研究接触应力在不同组合工况下的变化规律，同时结合Goodman-Smith图对车轴轮座区进行疲劳强度评估。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 车轴的研究现状

1．2．2 轮轴联接安全性的研究现状

1．3 论文主要研究内容和方法

2 轮轴配合计算方法及有限元法

2．1 过盈配合的概念及计算方法

2．1．1 过盈配合的概念

2．1．2 过盈配合的计算方法

2．2 接触问题的有限元法

2．2．1 接触问题简介

2．2．2 接触非线性问题的求解方法

2．3 本章小结

3 影响轮轴接触界面状态因素的研究

3．1 轮轴有限元模型的建立

3．1．1 几何模型和有限元模型的创建

3．1．2 接触和摩擦类型的处理

3．1．3 高速旋转下过盈量的减小效应

3．2 车轴受载情况分析

3．2．1 基于欧洲标准的载荷分析

3．2．2 基于日本标准的载荷分析

3．3 轮轴实测载荷谱

3．3．1 载荷标定

3．3．2 载荷传递系数的求解

3．3．3 载荷谱的编制

3．4 轮轴接触界面应力及滑移状态分析

3．4．1 加载方法

3．4．2 计算结果及分析

3．4 本章小结

4 紧急制动对轮座区接触应力影响的研究

4．1 热分析理论基础

4．2 有限元模型的建立

4．3 制动盘热边界条件的确定

4．3．1 热输入模型

4．3．2 热对流模型

4．4 有限元计算结果与分析

4．4．1 工况一计算结果与分析

4．4．2 工况二计算结果与分析

4．5 本章小结

5 组合工况对轮座区接触应力影响的研究

5．1 典型工况的接触应力

5．2 主应力与主应力方向计算

5．3 疲劳强度分析结果

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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