数字化设计与制造高速列车转向架三维建模及虚拟装配Word文件下载.docx

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Abstract

Withthenationalattentionontherailroadindustryandscientificandtechnologicalprogress,High-speedtrainswidelyusedinChinawillbecomeareality.High-speed、safeandcomfortIsalwaysthedirectionofrailwaydevelopment,withthespeedincrease,howeverproducedanumberofdesignproblems,howtomakethetrainincaseofahigh-speed,secure、smooth、longrunisthebasicidea.Bogieisakeycomponentofhigh-speedtrain,Itsperformanceisgoodorbadforthesafeoperationofhigh-speedtrainhasaveryimportantinfluence.But,manualhasbeenthemostimportantmeansofassemblylink,dependsontheperson'

sskillsandabilitytojudgeforcomplexoperationshasastrongandcomplexnatureoftheerrorsointoday'

sfast-growingofhigh-speedtrains,assemblyprocessasitsweakestlink,obstructionHigh-speedtrainsdevelopmentforward.Atthesametime,assemblyprocessofthepastisconfinedintheclosedspaceofdesign—manufacturing—evaluationandPhysicalverification,thedelaytestofassemblyrelationshiphasmadeenormouswasteofcostanddon’tmeetthemarketneedstorespondquickly,butvirtualassemblysolvedtheproblemwell.

Thispaperhasresearchedabouttheknowledgeofvirtualassemblyandsoftwaresused,Onthisbasis,firstselectthedesignofhighspeedtrainbogiethendesignthereasonablepartsthoughcalculatingandusetheSolidworkstobuildingtheirthree-dimensionalmodel,inthesametimemakesasimplehigh-speedtrainbogieassemblyinSolidworks.Secondrenderingthepartsofthebogieby3dsmax,thenmakethethree-dimensionalmodelintoVitoolsthroughdataexchange.ThelastcreateVitoolsscriptofHigh-speedtrainbogieandmakevirtualassemblyofHigh-speedtrainbogieinVitools.

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字典

1.名词

1.cost

Keywords:

High-speedtrainBogieVirtualAssemblyThree-dimensionalModelingVitools

第1章绪论............................................................................................................................1

1．1高速列车转向架简介...........................................................................................1

1．2国内外研究进展...................................................................................................4

1．3本文研究的主要内容及意义.............................................................................14

第2章高速列车转向架的设计........................................................................................15

2．1高速列车转向架的设计要求.............................................................................15

2．2高速列车转向架性能参数的选取...................................................................16

2．3构架的设计.......................................................................................................18

2．4轮对与轴箱的设计.............................................................................................19

2．5悬挂装置的设计.................................................................................................21

2．6基础制动装置的设计.........................................................................................23

第3章高速列车转向架的三维建模................................................................................26

3．1建模工具简绍.....................................................................................................26

3．2建模过程.............................................................................................................27

3.2.1轮对及轴箱的建模.....................................................................................27

3.2.2悬挂装置的建模.........................................................................................30

3.2.3构架的建模.................................................................................................32

3.2.4基础制动装置的建模.................................................................................36

第4章基于虚拟现实的高速列车转向架的装配仿真....................................................39

4．1虚拟装配软件.....................................................................................................39

4．2数据交换技术.....................................................................................................43

4．3虚拟装配过程.....................................................................................................44

4.3.1数据导入3dmax.........................................................................................44

4.3.2模型导入vitools..........................................................................................46

4.3.3编写脚本完成虚拟装.................................................................................48

第5章结论与展望............................................................................................................57

致谢......................................................................................................................................58

参考文献.............................................................................................................................59

第一章绪论

近年来中国高速铁路取得了长足的发展，随着国家的大力投入，中国逐步完善着自己的高速铁路网络。

中国高速铁路在短短几年时间里，立足自主创新，加大科技投入，实现跨越式发展，走出了一条具有中国特色的高速铁路自主创新之路，已经由“追赶者”一跃成为世界铁路的“领跑者”。

根据目前的统计数据中国已经成为世界高速铁路运营里程第一大国，而目前中国的高速铁路建设还正在如火如荼的进行中，其中以规划中的“四纵四横”为主要代表。

到2012年，我国铁路营业里程将达到11万公里以上，其中新建高速铁路将达到1.3万公里[1]。

如今高铁运输在运输领域内的作用日益凸显，长期困扰我国的春运问题，随着高速铁路的发展等到了有力的改善，同时在乘坐舒适度与安全度上也得到了很大的提高。

高速铁路陆续投入使用，同时也使得既有铁路的运力得到了极大的释放，为实现货运增量、丰富货运产品体系、提升货运服务质量和更好地满足不同层次市场运输需求奠定了坚实基础，促进了社会经济发展。

当高速铁路在中国取得巨大发展的同时，高铁技术同样拥着巨大的发展与提高空间，特别是高速列车的核心部件转向架将是更好的发展高速铁路的突破口，因此研究高速列车转向架是很有必要也极具意义的。

1.1高速列车转向架

转向架是列车的关键部件，是列车车辆的承载体，包含牵引电机、支撑车体的悬挂系统和机械制动器。

高速列车的转向架有拖车转向架和动车转向架两种，高速列车的每辆车都装有两个转向架，因车型不同会选择不同的转向架。

拖车转向架和动车转向架都具有相同的悬挂系统且构架也相似，但是二者的不同在于拖车转向架上没有安装于端梁及横梁的电机，同时转向架之间的停放制动能力以及安装在转向架之上的其他设备也有所不同。

动车转向架的组成部分主要有轮对、一系悬挂、二系悬挂、轴箱、构架、驱动装置和制动装置等7个部分。

拖车转向架的主要组成部分有轮对、轴箱、一系悬挂、二系悬挂、构架和基础制动装置等6个部分[2]

。

轮对是高速列车走行部分的最重要的零件之一，轮对一般是由两个车轮和一个车轴组成，二者通过压装制成轮对。

在列车的运行过程中，车轮和车轴之间不能发生相对位移。

机车的所有静载荷通过轮对传递给钢轨，同时轮对又将牵引电机的转矩作用于钢轨产生牵引力，当机车在轨道上运行时，轮对还刚性的承担来自钢轨接头、道岔和线路不平处的所有水平方面和垂直方面的作用力，而轮对又相应的将这些力刚性的转移到线路上。

轮对因转向架的不同一般分为动车转向架和拖车转向架用。

其中用于动车转向架的轮对一般由车轴、车轮以及齿轮装置和轴承构成。

用于拖车的转向架轮对一般由车轴、车轮、轴制动盘及轴承构成。

高速列车的轮对一般必须具备以下一些功能，首先轮对的滚动能使车辆向前行进，其次轮对必须承受车辆和线路间相互作用产生的全部冲击和载荷，最后轮对还必须与钢轨形成粘着作用，从而产生制动力或者牵引力。

构架是把转向架中的各个部件联系在一起构成一个整体的转向架重要组成部分。

构架的主要功能是将车体的重量和载荷经由构架两侧的空气弹簧或者钢弹簧传递到轮对轴箱上，然后再经由轮对将重量及载荷作用到钢轨上。

除此之外，当机车处于不同的运行状态时，出了受到来至垂直方向的静载荷外，同时还将承受附加的纵向水平力、横向水平力和垂直力。

构件的主要部分有侧梁、纵向连接梁、横梁、空气弹簧支撑梁以及其他的焊接附件。

轴箱是确保列车安全运行的关键部件，用于传递各方向的力和振动同时确保轮对可以适应因为线路的变化而相对构架产生的左右横向运动，和上下跳动。

高速列车转向架的轴箱主要由轴箱主体、前盖、后盖、转臂衬套的密封环和盖和轴承组件等六部分组成。

安装于构架端部的一系悬挂主要包括三个组成部分，其一是安坐在轴箱上用于支撑构架端部传递的载荷的两个嵌套的弹簧；

其二是一个用于抑制轴箱移动的径向臂；

其三是一个安装于构架端部和径向臂之间的轴箱外侧的垂向减震器。

二系悬挂是用于支撑车体重量的空气悬挂，能为乘客提供高质量的乘坐环境。

二系悬挂主要是由两个变刚度的橡胶弹簧相串联的空气弹簧组成。

变刚度橡胶弹簧能够保证列车在悬挂系统放气的时候的安全性和稳定性。

驱动装置也叫牵引电机或者齿轮变速传动装置，由两个完全悬挂的牵引电机组成，二者通过一个轴和部分悬挂的齿轮箱相连。

驱动装置的主要功能是将牵引电机的的扭矩转化为轮对或者车轮的转矩，通过轮轨间的粘着作用产生牵引力并驱动列车沿着轨道运行。

驱动装置采用的是饶性浮动齿式联轴节牵引电机悬架结构，就是通过饶性浮动齿式联轴节将牵引电机的输出轴和齿轮轴箱的输入轴联结起来，用于传递扭矩同时允许牵引电机的输出轴和齿轮轴箱的输入轴二者发生相对运动。

具有这种结构特点的驱动装置具有以下一些特点：

（1）簧下重量小（即牵引齿轮和齿轮箱之间的一部分的质量称为簧下重量），减轻了轮轨之间的冲击。

（2）有力的改善了牵引电机的工作条件。

（3）比刚性轴悬式驱动装置结构稍微复杂，但是比其他架悬式装置以及体悬式驱动装置的结构要简单得多。

（4）拆装简单，维护检修方便。

齿轮装置是动车转向架所特有的，它既是动车轮对同时又是驱动装置的组成部分，用于传递驱动扭矩或者制动扭矩。

齿轮装置主要包括了齿轮箱、齿轮箱支撑轴承、小齿轮轴、大齿轮轴、接地装置等几个部分。

齿轮装置的作用把电动机产生的扭转力矩传递到车轴，或者是将车轴的转矩传递给发电机。

现在的齿轮箱基本采用了铝合金制造大大降低了齿轮箱的质量。

同时通过在齿轮箱的上、下部设置油槽，起到了改善温度的效果，并且油槽是在旋转时能够保证适当的油量的结构。

为了防止漏油还采用了迷宫式密封圈结构以及设置了水密封和油密封。

图1.1高速列车转向架

高速列车在现如今必须向着结构轻量化、高速运行时良好的稳定行、安全可靠、舒适性、良好的曲线通过性能等方向发展。

高速列车转向架相比于一般客车转向架有比较大的区别，其主要区别主要表现在以下一些方面：

一轮对的轴重；

二构架的结构形式；

三牵引的方式；

四电机的配置与悬挂；

五中央悬挂模式；

六车体支撑的方式：

七基础制动装置的型式；

八踏面的型式；

九轴箱的悬挂及定位方式[3]。

总的来说高速列车转向架具有以下的一些结构特点：

（1）没有摇枕转向架的方式；

（2）轻量化、小型化、结构简洁；

（3）在高速行驶中具备良好的稳定性与曲线通过性；

（4）具有较小的簧下质量；

（5）全部车轮安装有轮盘；

（6）动车转向架安装有轻型交流异步牵引电机；

（7）拖车转向架安装有机械制动盘；

（8）通过踏面清扫装置改善轮轨间运行噪声和黏着兼顾。

1.2国内外研究进展

纵观当今世界日本、法国、德国的高速铁路技术仍然走在世界前列，同时意大利、西班牙、瑞典等三国在高速列车方面也都有着自己的特色。

而中国在引进发达国家先进高速铁路技术的同时坚持自主创新、集成创新和消化吸收再创新，用短短几年时间，中国的高速铁路技术也走在了世界前列。

图1.2日本新一代高铁“隼”

在高速列车领域，日本是最早进行高速列车建设的国家，特别是在1964年10月1日东京奥运会开幕前夕开通的东海道新干线更是开创了世界高速铁路的新纪元。

纵观日本高速列车的发展历程，从最开始的0系高速列车以210km/h的最高运行速度投入运行以来，日本不断的完善与发展着自己的高速列车技术，到1985年，200系与100系新干线高速列车分别以240km/h、210km/h的速度投入到商业运行，而1987年以后，新干线网络得到了进一步的扩大，为了满足新的运行条件要求，进一步的提高运行速度，日本加紧了对高速列车的研发，从而极大的促进了日本高速列车的发展。

到了1992年，日本的300系新干线列车便投入了运行，其最高的运行速度更是达到了270km/h，在转向架方面300系新干线列车减小了转向架的质量实现了转向架的轻量化，对日本转向架的发展具有十分重要的意义。

在此之后，运行速度更高的500系与700系列车也投入运行[4]。

自从1964年日本新干线高速列车投入运行以来，日本已经研制了30多种高速列车转向架，尽管其中有些只是用于试验。

根据技术发展来分，日本的研制的高速列车转向架大体分为三代。

最开始的0系高速列车的DT200型无摇动台转向架分为第一代，这一代的转向架还包括100系以及200系所使用的DT201、DT202型转向架。

第二代则以300系所使用的DT203以及TTR7001型无摇枕转向架为典型代表。

第三代中比较典型的有500系列车的WDT205和700系列车的TDT204、TTR7002型无摇枕转向架，这一代的转向架的一大特点是采用了主动控制半有源悬挂系统[5]。

近年来日本高速列车的转向架发展呈现了以下特点：

首先，转向架进一步实现了轻量化，通过采用无摇枕结构、轻型轮对、小型轻量化的电机和电气设备、构架H形焊接结构以及铝合金齿轮、轴箱等技术降低了转向架的重量。

其次改进车轴轴承，近年来高速列车的运行速度得到了很大的提高，车轴轴承也相应的做出了很大的改进，轴承的质量也得到了很大程度的减轻。

0系、100系、200系高速列车的转向架的车轴轴承采用的是滚柱轴承加端面滚珠止推轴承，300系列车所采用的是有凸缘的圆柱滚动轴承，通过凸缘承受轴向力从而省去了止推球轴承；

在300系之后的新干线高速列车则采用的是密封型圆锥滚柱轴承代替了以前所使用的圆柱滚动轴承，从而减少了维修的工作量。

第三一系悬挂和轴箱定位发生了改变，300系、500系、700系所采用的都是螺旋弹簧和圆柱橡胶弹簧并用的方式，代替了以前使用的拉板定位方式。

这样的改变使得螺旋弹簧承受全部的垂向载荷而橡胶弹簧则负责承受纵向和横向载荷，通过这样的设计能够合理的设计和配置纵向和横向刚度。

第四二系悬挂空气弹簧的使用，目前所有的日本新干线高速列车均采用二系空气弹簧。

日本新干线采用的动力分散转向架的一个显著特点是采用单位拉杆牵引装置取代了原来的中心销和摇枕，在承担传递牵引力以及制动力的同时，依靠拉杆两端的偏心转臂以及弹性球铰来实现转向架在曲线上的回转功能，在取消了原来的摇枕之后，空气弹簧起到了传递转向架以及车体之间3个方向载荷的功能，也使得空气弹簧具有了横向变位移、隔离垂向振动以及复原能力强等特点。

第五牵引电动机悬挂及驱动装置，牵引电动机的悬挂具有两种基本形式，轴架悬式以及体悬式。

日本新干线高速列车的牵引电动机悬挂方式选用的是架悬式，将牵引电动机和车轴平行的悬挂在转向架构架的横梁侧面上，依靠齿轮联轴节和传动齿轮箱相联接。

这种悬挂方式和传动结构更加适合于采