轮对轴箱课程设计Word文档下载推荐.docx
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2011.5.16—2011.6.3
小组成员
赵雷，沈澍东，唐闻超
二、任务的分析与确定工作内容
轮对轴箱装置主要包括车轮、车轴、轴箱与轴箱定位装置。
前期主要是搜集相关资料，查阅有关书籍，以及对动车组模型进行观摩研究。
后期设计中，根据地铁车辆承载情况确定车轴尺寸与材料，其次选定车轮。
然后根据载荷情况选择轴承，并对轴承进行寿命计算。
最后根据地铁车辆运行特点，考虑安全舒适，综合比较各种轴箱定位装置的特点，选择一个合适的轴箱定位装置。
在确定结构后，画出装配图，零件图，并根据装配情况对前面零件做适当修改并校核。
三、设计工作量
1、轴箱装配图一张
2、车轮零件图
3、车轴零件图
车轴的计算选择
车辆车轴设计与强度计算方法
一、车轴弯矩的计算
以上海2号线铁为依据，当超员时单节车辆质量约为64t，考虑到高分时期超载更严重，以严重超员时车辆重为70t计算。
单节车辆有两个转向架，每个转向架设有两根车轴，则每根车轴的轴荷重为70/4=17.5t。
下面给出有关车轴计算的相关数据，参数选择参考上海地铁二号线车辆：
根据速度以及轴重参照了GB_12814_1991_铁道车辆用车轴型式与基本尺寸，选定的车轴为RD3形式，并根据实际车车辆要求修改了相关参数，初步选择车轴材料为50钢。
装有滚动轴承时，对于50钢轴颈部位疲劳许用应力取［σ－1］G＝116.2MPa。
无压配合部位的疲劳许用应力取［σ－1］G＝162MPa。
轮座疲劳许用应力取［σ－1］G=116.2MPa。
抗弯截面模量按以下公式计算：
轴荷重:
车轮直径:
车轮滚动圆半径:
左右轴颈载荷作用线间距离:
左右车轮滚动圆中心线间距离:
横向载荷:
车辆中心至车轴中心线距离:
左轴颈上作用的垂向总载荷:
左车轮的横向反力:
左车轮的垂向反力:
垂向动荷系数:
αZ=0.4
横向动荷系数:
αy=0.3
上面的系数由下表查得：
TB/T2705-96
使用最高速度km/h
垂向动载荷αZ
横向动载荷αy
120以下
0.4
0.3
120到160
0.5
为了方便计算，我们将上面算得的数据以及其它一些参数列于下表：
序号
内容
代号
单位
数据
1
计算截面抗弯截面模量
W
m3
2
车辆自重引起的垂向静载荷
Qc
kN
3
车辆载重引起的垂向静载荷
G
4
轮对自重引起的垂向静载荷
q
5
轴荷重
T
17.5
6
车轮直径
Dk
m
0.86
7
车辆滚动圆半径
r
0.430
8
车辆重心至车轴中心线距离
h
1.3
9
左、右轴颈载荷作用线间距离
L2
2.102
10
左、右车轮滚动圆中心线间距离
S
1.493
11
横向载荷
H
-52.5
12
左轴颈上作用的垂向总载荷
PL
106.844
13
右轴颈上作用的垂向总载荷
PR
14
左车轮的横向反力
F
52.5
15
左车轮的垂向反力
RA
267.737
16
右车轮的垂向反力
RB
17
校核截面至Pi作用力的距离
li
18
校核断现直径
d
19
校核截面弯矩
M
kN,m
20
车辆车轴钢标准试样疲劳极限（下限值）
σ-1
MPa
21
校核截面应力
σ
22
强度安全系数
n
23
校核断面疲劳许用应力
［σ－1］G
24
垂向动荷系数
αZ
25
横向动荷系数
αy
如上图，危险截面为a-a,b-b,c-c截面，下面我们对其做相应的弯矩计算：
lb为PL至b—b截面的距离
lA为RA至b—b截面的距离
la为PL至a—a截面的距离
lc为PL至c—c截面的距离
lC为RA至c—c截面的距离
则：
二．计算车轴扭矩
我们设计的为拖车车轴，则车轴的扭矩主要体现在加速和制动的过程中。
因为紧急制动时加速度大于启动过程中的加速度，所以可以直接计算车轴紧急制动时的扭矩：
取地铁车辆紧急制动加速度为
车辆超载时轴重70t,得车辆制动力：
每节车辆有8个车轮，则每个车轮上受到的制动力：
忽略制动盘受到夹盘或闸瓦的阻力，因为夹盘和闸瓦的制动力和车轮收到的摩擦力相反，所以忽略时算得的2个车轮间的扭矩大于实际情况下的扭矩，故验证合格时车轴即是安全的并且有一定的安全裕度。
其中r为车轮滚动圆半径
下面验证车轴危险截面的强度：
a-a截面：
b-b截面：
c-c截面：
a-a截面为轴颈部位，b-b为轮座部位，c-c为无压配合部位。
由于算得的应力值小于50钢的各项规定数值，所以，设计的车轴以及选用的材料符合安全要求。
车轮的设计
车轮内侧距为1353mm。
车轮按JISE5402《铁道车辆——碳素刚整体碾压车轮》设计和生产，车轮采用整体轧制车轮。
整体辗钢车轮直径新轮Φ860mm
最大磨耗直径为790mm。
材质：
SSW-Q3R踏面硬度：
44-50HS踏面形状：
LMA轮辋宽度：
135mm
非动力轮采用热压装配制动盘。
动车转向架轮对由车轴，车轮（带有制动盘，简称轮盘）,轴制动盘及轴承构成。
为确保安全性和可靠性，车轮，大齿轮，轴盘等采用冷压法压装在车轴上。
车轮与车轴的装配采用注油压装。
为保证轮轴在装配后形成规定的压装力，装配后应进行反向压力检验。
下图为车轮的草图：
轴承寿命计算
下面为计算轴承寿命相关的数据：
环境温度／℃-45～40
轴承最高温升／℃5O
车辆定员质量56.91t（正常运行情况下，车辆绝大部分时间都不会达到定员，当达到定员90%时就会增派列车数，缓解车辆载荷，所以以定员时车重来计算所得的会有一定的安全裕度）
簧下质量约2t
轴荷重／t
左轴颈上作用的总载荷
则轴承径向载荷
根据轴承参数如下图
轴颈作用载荷初步选定轴承型号为352226EK
型号
外形尺寸（mm）
结构
计算系数
基本负荷（KN）
重量
D
C
B
b
D1
Rsmin
rsmin
e
Y1
Y2
Y0
动
静
脂润滑
油润滑
352226EK
130
230
149
120
64
-
0.8
0.44
1.55
2.31
1.52
890
1760
1300
1700
37.4
派生轴向载荷
地铁车辆速度不高属于中等冲击，在轨道运行则更为平稳，所以根据下表选载荷系数fp=1.2
载荷性质
载荷系数fp
举例
无冲击或轻微冲击
1.0～1.2
电机、汽轮机、通风机、水泵等
中等冲击或中等惯性力
1.2～1.8
机床、车辆、动力机械、起重机、造纸机、选矿机、冶金机械、卷扬机械等
强大冲击
1.8～3.0
碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等
根据环境温度以及轴承最高温升算得轴承工作温度<
120℃
查下表得：
ft=1
温度系数
轴承工作温度／℃
≤120
125
150
175
200
225
250
300
350
温度系数ft
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.60
0.50
滚子轴承
由车轮直径0.86m得
每转一周
总路程
查阅地铁车辆轴承寿命，轴承寿命要和车辆厂修相一致，即车辆运行120万公里路程。
综上，所选轴承满足要求。
轴箱设计
轴箱采用铸造制成，轴箱装在车轴两端的轴颈上，作用是将轮对与构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动，传递个方向的作用力。
润滑高速转动的轴颈，减少摩擦，降低运行阻力，防止热轴；
防止砂尘、雨水等异物进入轴承及轴颈等部分，保证车辆安全运行。
此处轴箱为滚动轴承轴箱，因为滚动轴箱启动阻力小，游隙小，维护方便，节油和节省有色金属。
所以现代车辆上都采用滚动轴承轴箱。
轴箱用材采用铸钢SCA50，其许用应力见下表：
性能分类
抗拉强度
屈服强度
超常载荷需用应力
运用载荷需用应力
运用载荷疲劳极限
485
260
162.5
110
前盖及后盖由铝制成，以此来达到减轻重量；
轴箱体分为主体和压板2部分，主体和压板之间夹有定位橡胶，装配后以组合单元件安装在转向架的框架上；
前盖一般用于安装速度传感器，主要种类有AG37、AG43、LKJ200等，无互换性，后盖为迷宫式结构以防止雨水、尘埃等的侵入；
前盖上设有车轮踏面修正、研削时使用的橡胶盖，橡胶盖上有吸潮器，吸潮器能防止因轴承温度上升引起压力增加及防止漏油；
各个车轴箱体的侧面设置有对车轴轴承状态进行监视的轴承温度检测装置，当轴承温度达到一定值以上时，温度保险丝就溶断并发出轴温异常通知的功能，装置的规格如下：
动作温度：
165℃；
内置温度保险丝的设定温度：
144℃
轴箱前盖以及后盖螺栓为M22
轴箱定位节点压盖处螺栓为M10
轴箱前盖处有橡胶盖
排油孔螺栓及油封垫为M24×
1.5
轴承采用油脂润滑，使用的油脂商标为“SHIERUNERITA2858”；
在使用轴承时，
最为重要的是：
“保持清洁”、“防锈”、“不可受冲击”。
轴箱定位装置的设计
转臂式轴箱定位装置采用转臂与轴箱一体式结构，转臂与构架通过定位节点连接。
转臂式轴箱定位装置有如下特点：
1、轴箱与构架之间无自由游隙和滑动部件。
2、组成零件少，分解和拆装容易。
3、轴箱的上下，左右及前后的定位刚度可以独立设定，比较容易满足转向架悬挂系统的最佳设计要求。
既可以确保良好的乘坐舒适行，又能兼顾高速运行性能和良好的曲线通过性能。
由于转臂式轴箱有如上特点，所以选用转臂式轴箱定位装置。
轴箱定位装置
结构尺寸：
转臂水平长度d=500mm。
车轴中心至螺旋弹簧下端面的垂直高度为h=143mm
转臂要有足够的刚度和强度且质量不能过大，因此，将转臂设为空心状以增加转臂的抗弯能力同时降低质量。
同在转臂底板处设有椭圆形的孔以减轻转臂质量，并且不影响转臂的力学性能。
课程设计感受
相比上次课程设计，在本次课程设计中，我体会到设计过程的困难重重，从资料的搜集，材料的筛选，数据的整理，到计算方法的确定，方法的比较，材料的确定。
我体会到很多不实践就无法理会的困难。
尤其是每一个部件，每一个方面都要细加斟酌。
每一个部件，每一个细节都会影响设计产品的安全。
本设计中，我也体会到设计人员的责任与压力。
不能马虎从事，因为自己担当的也许是许多人的安全。
设计中也有很多找不到其他相关资料的部分，这就需要自己细加思考，往往设计会被一些细节给停顿住，这时需要组员充分发挥自己的想象。
设计本来就是一种无中生有的过程。
在从无到有过程中体现了设计者的聪明才智。
但是要设计本没有的东西，困难往往很大。
也许我们设计的并不是最好的，但是我们的确用心去设计和校核了。
团队的合作需要组员有良好的协调能力。
在有些方面组员之间会有一些意见分歧，大家共同讨论，并且通过和别的团队一起讨论来克服设计中的种种困难。
在这次的设计中，最大的收获莫过于第一次用CAD画自己设计的图。
画图是一个单调的过程，但是在画自己的图时，却充满着乐趣，因为我们抱着极大的热情去面对画图过程中不知道的困难，很多不熟悉的，通过课本，自己自学，同时温习了自己已经学过的，我相信，这次设计已经让我得到了长足的进步，但是设计仍然存在很多问题，不可能解决所有的问题。
望老师批评改正。
课程设计总结
三周的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中我以及团队成员认真负责，完成设计任务，期间首先分析轮对轴箱组成，然后对搜集地铁车辆相关数据。
查找轴以及轴承标准，通过计算分析，完成轴的校核计算以及轴承的寿命计算，基于此，我们对轴箱进行了分析研究，同时相比较各种铁路车辆的轴箱定位装置的优缺点，选择了转臂式轴箱定位装置。
此装置现在已经广泛应用的地铁车辆之中。
最后，对零部件进行了查找以及修改，优化细节，保证设计更加合理。
但是在设计中我们也遇到了很多问题。
比如，在计算轴的扭矩时，由于没有考虑到制动闸瓦和夹盘对制动盘得力，不可避免的在计算扭矩时夸大了。
还有就是轴承寿命计算，有些参数选择也不是很合理。
但是通过这次设计，我们了解了一个设计所要完成的步骤，相信在以后的设计中，我会设计的更好。
参考文献
1 《材料力学教程》单祖辉高等教育出版社
2 《互换性与技术测量》韩进宏机械工业出版社
3 《机械设计》濮良贵高等教育出版社
4 《动车组车辆构造与设计》商跃进西南交通大学出版社
5 《机械设计课程设计》陈秀宁施高义浙江大学出版社
6 《地铁车辆通用技术条件》（GB/T7928—2003）标准解读马沂文（北京地铁运营，北京100044）
7 《动车组拖车轮对轴箱强度分析》论文杨继震北京交通大学
8 《TB2395-1993机车车轴设计与强度计算方法》中华人民共和国铁道行业标准
9 《车轴型式与基本尺寸》中华人民共和国铁道行业标准
10 《TBT_2072_50钢车轴技术条件》中华人民共和国铁道行业标准
11 《TB2705-1996车辆车轴设计与强度计算方法》中华人民共和国铁道行业标准
12 《画法几何及工程制图》朱辉东华大学第六版
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