輪對(duì)軸箱課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書SOOCHOW UNIVERSITY學(xué)生姓名指導(dǎo)教師姓名專業(yè)名研究方目錄同組成 地鐵轉(zhuǎn)向架輪對(duì)軸箱趙雷06朱忠奎教授城市軌道交通車輛工程沈浸東，唐聞超I. 方案任務(wù)書 32.x任務(wù)的分析與確定工作 44. 設(shè)計(jì)工作量 45. 車軸的計(jì)算選擇 46. 車輪的設(shè)計(jì) 107. 軸承壽命計(jì)算 108. 軸箱設(shè)計(jì) 139. 軸箱定位裝置的設(shè)計(jì) 1410. 課程設(shè)計(jì)感受 15II. .u.課程設(shè)計(jì)總結(jié) 1611. 參考文獻(xiàn) 16，、設(shè)計(jì)任務(wù)書地鐵車輛輪對(duì)軸箱的設(shè)計(jì)計(jì)算要求以動(dòng)車組車輛為虛擬對(duì)象，設(shè)計(jì)輪對(duì)軸箱，包括：輪對(duì)的結(jié)構(gòu)、軸箱的結(jié)構(gòu)、軸承的計(jì)算、軸箱的定位裝置確實(shí)定等。同時(shí)對(duì)軸承的壽命進(jìn)

2、行適當(dāng)?shù)挠?jì)算分析。畫出系統(tǒng)的總裝配圖，并畫出軸箱的總裝配圖，3個(gè)左右的零件圖。編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份。分組情況本小組三人，設(shè)組長(zhǎng)1人，分工合作完成。參考資料遐思樓113、115房間轉(zhuǎn)向架模型。車輛結(jié)構(gòu)與原理相關(guān)書籍。機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)書籍及手冊(cè)。設(shè)計(jì)時(shí)間小組成員趙雷，沈謝東，唐聞超二、任務(wù)的分析與確定工作內(nèi)容輪對(duì)軸箱裝置主要包括車輪、車軸、軸箱與軸箱定位裝置。前期主要是搜集相關(guān)資料，查閱有關(guān)書籍，以及對(duì)動(dòng)車組模型進(jìn)行觀摩研究。 后期設(shè)計(jì)中，根據(jù)地鐵車輛承載情況確定車軸尺寸與材料，其次選定車輪。然后根 據(jù)載荷 情況選擇軸承，并對(duì)軸承進(jìn)行壽命計(jì)算。最后根據(jù)地鐵車輛運(yùn)行特點(diǎn)，考慮 平安舒適，綜 合比擬各種軸箱

3、定位裝置的特點(diǎn)，選擇一個(gè)適宜的軸箱定位裝置。在 確定結(jié)構(gòu)后，畫出裝 配圖，零件圖，并根據(jù)裝配情況對(duì)前面零件做適當(dāng)修改并校 核。三、設(shè)計(jì)工作量1、 軸箱裝配圖一張2、車輪零件圖)3、車軸零件圖車軸的計(jì)算選擇車輛車軸設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算方法一、車軸彎矩的計(jì)算以上海2號(hào)線鐵為依據(jù)，當(dāng)超員時(shí)單節(jié)車輛質(zhì)量約為 64t,考慮到髙分時(shí)期超載更嚴(yán)重， 以嚴(yán)重超員時(shí)車輛重為 70t計(jì)算。單節(jié)車輛有兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，每個(gè)轉(zhuǎn)向架設(shè)有兩根車軸，那么每根車軸的軸荷重為70/4=<>¥下面給出有關(guān)車軸計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)，參數(shù)選擇參考上海地鐵二號(hào)線車輛：根據(jù)速度以及軸重參照了 GB_12814_1991_a道車輛用車

4、軸型式與根本尺寸， 選定的車軸為 RD3 形式，并根據(jù)實(shí)際車車輛要求修改了相關(guān)參數(shù)，初步選擇車軸材料為 50鋼。裝有滾動(dòng)軸承時(shí)，對(duì)于 50鋼軸頸部位疲勞許用應(yīng)力取 。一 1 G = o 無(wú)壓 配合部位抗彎截面模量按以下公式計(jì)算:W = mP/32軸荷重：T = Z2g = 175kN4車輪直徑：D = 0.860/7?車輪滾動(dòng)圓半徑：r = 0.430/7/左右軸頸載荷作用線間距離：厶 =2.102加左右車輪滾動(dòng)圓中心線間距離：S = 1.493 7橫向載荷：H = -0.3x 17.5x 10 = -52.5kN車輛中心至車軸中心線距離：力 =1.3加左軸頸上作用的垂向總載荷：P,V12i

5、= i06.844kN22厶左車輪的橫向反力：F = H = 52.5kN=267.737 KN+a T T (h + r)左車輪的垂向反力：R、=- + 22S垂向動(dòng)荷系數(shù)：aZ= 橫向動(dòng)荷系數(shù)：ay二 上面的系數(shù)由下表查得:TB/T 2705-96使用最髙速度km/h垂向動(dòng)載荷aZ橫向動(dòng)載何ay? ?120以下120 到 160為了方便計(jì)算，我們將上面算得的數(shù)據(jù)以及其它一些參數(shù)列于下表序號(hào)內(nèi)容代號(hào)單位數(shù)據(jù)1計(jì)算截面抗彎截面模量?Wm32車輛自重引起的垂向靜載荷QckN¥3車輛載重引起的垂向靜載荷GkN4輪對(duì)自重引起的垂向靜載荷qkN5軸荷重TkN6車輪直徑Dkm7車輛滾動(dòng)圓半徑r

6、m8車輛重心至車軸中心線距離hm9左、右軸頸載荷作用線間距離1L2m10左、右車輪滾動(dòng)圓中心線間距離sm11橫向載荷HkN12左軸頸上作用的垂向總載荷PLkN13右軸頸上作用的垂向總載荷PRkN14左車輪的橫向反力FkN15左車輪的垂向反力RakN16右車輪的垂向庚力RbkN17校核截面至Pi作用力的距離lim18校核斷現(xiàn)直徑dm19校核截面彎矩MkN,m20車輛車軸鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣疲勞極限下限值0-1MPa21校核截面應(yīng)力oMPa22強(qiáng)度平安系數(shù)n23校核斷面疲勞許用應(yīng)力o -1 GMPa24垂向動(dòng)荷系數(shù)a Z25橫向動(dòng)荷系數(shù)1a yh為PLh為rA至cC截面的距離 bb7 /,114寸>i

7、t111、111.iiF匚謖1 9丄Jf宅11, b_f9 fflt Mj P HJ Hx 1 X'J * 圧 7>1 41Ji J J?£匕11拜li截面I cA=385r5mm= <£H955mnm 615mm mm =截面的距離截面的距離那么:Ma = Pl ?仁=106 x 0.091 =9? M6kN? mMb = Ph + F? r ?= 48.67 kN ? mMc= PL ? Ic+ F? Ra ? lc = 78.99kN? m二?計(jì)算車軸扭矩我們?cè)O(shè)計(jì)的為拖車車軸，那么車軸的扭矩主要表達(dá)在加速和制動(dòng)的過(guò)程中。因?yàn)榫o急制動(dòng)時(shí)加速度大于啟動(dòng)

8、過(guò)程中的加速度，所以可以直接計(jì)算車軸緊急制動(dòng)時(shí)的扭矩：取地鐵車輛緊急制動(dòng)加速度為 1.38/H/5F x = m ? a = 96600 N每節(jié)車輛有8個(gè)車輪，那么每個(gè)車輪上受到的制動(dòng)力:尸二倫/8 = 12075 N忽略制動(dòng)盤受到夾盤或閘瓦的阻力，因?yàn)閵A盤和閘瓦的制動(dòng)力和車輪收到的摩擦力 相反， 所以忽略時(shí)算得的2個(gè)車輪間的扭矩大于實(shí)際情況下的扭矩，故驗(yàn)證合格時(shí) 車軸即是平安 的并且有一定的平安裕度。M 川=F-r = 5A92kN-m其中r為車輪滾動(dòng)圓半徑F面驗(yàn)證車軸危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度:=-° W6、 = 686MHfC二!C截面：截面鳥(niǎo)tr =<W.= 153 MH/a-a截

9、面為軸頸部位，b-b為輪座部位，c-c為無(wú)壓配合部位。由于算得的應(yīng)力值小于 50鋼的各項(xiàng)規(guī)定數(shù)值，所以，設(shè)計(jì)的車軸以及選用的材料符合平安要求。車輪的設(shè)計(jì)車輪內(nèi)側(cè)距為1353mm。車輪按JIS E 5402?鐵道車輛碳素剛整體碾壓車輪?設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，車輪采用整體軋制車輪。整體輾鋼車輪直徑新輪 6860 mm最大磨耗直徑為790mm。材質(zhì)：SSW-Q3R踏面硬度：44-50 HS踏面形狀：LMA輪輜寬度：135nun非動(dòng)力輪采用熱壓裝配制動(dòng)盤。動(dòng)車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)由車軸，車輪帶有制動(dòng)盤，簡(jiǎn)稱輪盤，軸制動(dòng)盤及軸承構(gòu)成。為確保平安性和可靠性，車輪，大齒輪，軸盤等采用冷壓法壓裝在車軸上。車輪與車軸的裝配采用注油

10、壓裝。為保證輪軸在裝配后形成規(guī)定的壓裝力，裝配后應(yīng)進(jìn)行反向壓力檢驗(yàn)。下列圖為車輪的草圖：軸承壽命計(jì)算F面為計(jì)算軸承壽命相關(guān)的數(shù)據(jù)環(huán)境溫度/ °C-45? 40軸承最高溫升/ °50車輛定員質(zhì)量正常運(yùn)行情況下，車輛絕大局部時(shí)間都不會(huì)到達(dá)定員，當(dāng)達(dá)有一定的平安裕度到定員90%時(shí)就會(huì)增派列車數(shù)，緩解車輛載荷，所以以定員時(shí)車重來(lái)計(jì)算所得的會(huì)簧下質(zhì)量約2t軸荷重/ t左軸 頸上 作用那么軸承徑向載荷T = (56.91-2)-4 = 13.7275f(1 + 冬)=76kNF=Pl二 76kN根據(jù)軸承參數(shù)如下列圖軸頸作用載荷初步選定軸承型號(hào)為352226EK型號(hào)r外形尺寸mm結(jié)構(gòu)計(jì)算

11、系數(shù)根本負(fù)荷KN重量dDTCBbDIRsminrsmineY1Y2Y0動(dòng)靜脂潤(rùn)滑油潤(rùn)352226EK1302301491206441?890176013001700352226EK beari ngs園誰(shuí)滾子軸承派生軸向載荷巧=吃=19.68kN2地鐵車輛速度不髙屬于中等沖擊，在軌道運(yùn)行那么更為平穩(wěn)，所以根據(jù)下表選載荷系數(shù)6=載荷性質(zhì)載荷系數(shù)fp舉例無(wú)沖擊或輕微沖擊電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊或中等慣性力機(jī)床、車輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造纟氏機(jī)、選礦機(jī)、冶金機(jī)械、卷?yè)P(yáng)機(jī)械等強(qiáng)大沖擊碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)篩等? p = b(F 廣 YFJ = 27kN根據(jù)環(huán)境溫度以及軸承最髙溫升算得

12、軸承工作溫度1201查下表得：21溫度系數(shù)軸承工作溫度/£120125150175?200225250300350溫度系數(shù)fttf I滾子軸承“等g65&59x100由車輪直徑得 每轉(zhuǎn)一周 S = nd = 2.7m總路程5遼=厶。X S = 177? 8萬(wàn)公里查閱地鐵車輛軸承壽命，軸承壽命要和車輛廠修相一致，即車輛運(yùn)行120萬(wàn)公里路 程。綜上，所選軸承滿足要求。軸箱設(shè)計(jì)軸箱采用鑄造制成，軸箱裝在車軸兩端的軸頸上，作用是將輪對(duì)與構(gòu)架聯(lián)系在一 起，使輪對(duì) 沿鋼軌的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為車體沿線路的平動(dòng)，傳遞個(gè)方向的作用力。潤(rùn)滑髙 速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸頸，減少摩 擦，降低運(yùn)行阻力，防止熱軸；防止砂塵、

13、雨水等異物進(jìn)入 軸承及軸頸等局部，保證車輛平安 運(yùn)行。此處軸箱為滾動(dòng)軸承軸箱，因?yàn)闈L動(dòng)軸箱啟動(dòng)阻力小，游隙小，維護(hù)方便，節(jié)油和 節(jié)省有色 金屬。所以現(xiàn)代車輛上都采用滾動(dòng)軸承軸箱。軸箱用材采用鑄鋼SCA50,其許用應(yīng)力見(jiàn)下表性能分類抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度超常載荷需用應(yīng)力運(yùn)用載荷需用應(yīng)力運(yùn)用載荷疲勞極限485260260)110前蓋及后蓋由鋁制成，以此來(lái)到達(dá)減輕重量；軸箱體分為主體和壓板 2局部，主體和壓板之間夾有定位橡膠，裝配后以組合單元件安裝在轉(zhuǎn)向架的框架上；前蓋一般用于安裝速度傳感器，主要種類有AG37、AG43、LKJ200等，無(wú)互換 性，后蓋為迷宮式結(jié)構(gòu)以防止雨水、塵埃等的侵入；前蓋上設(shè)有車輪

14、踏面修正、研削時(shí)使用的橡膠蓋，橡膠蓋上有吸潮器，吸潮器能防止因軸承溫度上升引起壓力增加及防止漏油；各個(gè)車軸箱體的側(cè)面設(shè)置有對(duì)車軸軸承狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視的軸承溫度檢測(cè)裝置，當(dāng)軸承溫度到達(dá)一定值以上時(shí)，溫度保險(xiǎn)絲就溶斷并發(fā)出軸溫異常通知的功能，裝置的規(guī)格如下：動(dòng)作溫度：1659;內(nèi)置溫度保險(xiǎn)絲的設(shè)定溫度：140C軸箱前蓋以及后蓋螺栓為 M22軸箱定位節(jié)點(diǎn)壓蓋處螺栓為 M10軸箱前蓋處有橡膠蓋排油孔螺栓及油封墊為 M24X軸承采用油脂潤(rùn)滑，使用的油脂商標(biāo)為 “SHIERU NERITA 2858 ；在使用軸承時(shí)， 最為重要 的是： “保持清潔、 “防銹、 “不可受沖擊。軸箱定位裝置的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置

15、采用轉(zhuǎn)臂與軸箱一體式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臂與構(gòu)架通過(guò)定位節(jié)點(diǎn)連接。 轉(zhuǎn)臂式軸 箱定位裝置有如下特點(diǎn)：1、軸箱與構(gòu)架之間無(wú)自由游隙和滑動(dòng)部件。2、組成零件少，分解和拆裝容易。3、軸箱的上下，左右及前后的定位剛度可以獨(dú)立設(shè)定，比擬容易滿足轉(zhuǎn)向架 懸掛系 統(tǒng)的最正確設(shè)計(jì)要求。既可以確保良好的乘坐舒適行，又能兼顧高速運(yùn)行性能 和良好的曲線通 過(guò)性能。由于轉(zhuǎn)臂式軸箱有如上特點(diǎn)，所以選用轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置。軸箱定位裝置結(jié)構(gòu)尺寸：轉(zhuǎn)臂水平長(zhǎng)度d=500nun。車軸中心至螺旋彈簧 F端面的垂直高度為h=143min轉(zhuǎn)臂要有足夠的剛度和強(qiáng)度且質(zhì)量不能過(guò)大，因此，將轉(zhuǎn)臂設(shè)為空心狀以增加轉(zhuǎn)臂的抗彎能力同時(shí)降低質(zhì)量。同在轉(zhuǎn)臂底板

16、處設(shè)有橢圓形的孔以減輕轉(zhuǎn)臂質(zhì)量 , 并且不影響轉(zhuǎn)臂的力學(xué) 性能。課程設(shè)計(jì)感受相比上次課程設(shè)計(jì)， 在本次課程設(shè)計(jì)中， 我體會(huì)到設(shè)計(jì)過(guò)程的困難重重， 從資 料的搜集， 材料的篩選，數(shù)據(jù)的整理，到計(jì)算方法確實(shí)定，方法的比擬，材料確實(shí) 定。我體會(huì)到很多不 實(shí)踐就無(wú)法理會(huì)的困難。尤其是每一個(gè)部件，每一個(gè)方面都要 細(xì)加斟酌。每一個(gè)部件，每一 個(gè)細(xì)節(jié)都會(huì)影響設(shè)計(jì)產(chǎn)品的平安。本設(shè)計(jì)中，我也體 會(huì)到設(shè)計(jì)人員的責(zé)任與壓力。不能馬虎 從事，因?yàn)樽约簱?dān)當(dāng)?shù)囊苍S是許多人的安 全。設(shè)計(jì)中也有很多找不到其他相關(guān)資料的局部，這就需要自己細(xì)加思考，往往設(shè) 計(jì)會(huì)被一 些細(xì)節(jié)給停頓住，這時(shí)需要組員充分發(fā)揮自己的想象。設(shè)計(jì)本來(lái)就是一

17、種 無(wú)中生有的過(guò)程。 在從無(wú)到有過(guò)程中表達(dá)了設(shè)計(jì)者的聰明才智。但是要設(shè)計(jì)本沒(méi)有 的東西，困難往往很大。也 許我們?cè)O(shè)計(jì)的并不是最好的，但是我們確實(shí)用心去設(shè)計(jì) 和校核了。團(tuán)隊(duì)的合作需要組員有良好的協(xié)調(diào)能力。在有些方面組員之間會(huì)有一些意見(jiàn)分 歧，大家 共同討論，并且通過(guò)和別的團(tuán)隊(duì)一起討論來(lái)克服設(shè)計(jì)中的種種困難。在這 次的設(shè)計(jì)中，最大 的收獲莫過(guò)于第一次用 CAD 畫自己設(shè)計(jì)的圖。 畫圖是一個(gè)單調(diào)的 過(guò)程，但是在畫自己的圖時(shí)， 卻充滿著樂(lè)趣，因?yàn)槲覀儽е鴺O大的熱情去面對(duì)畫圖 過(guò)程中不知道的困難，很多不熟悉的， 通過(guò)課本，自己自學(xué)，同時(shí)溫習(xí)了自己已經(jīng) 學(xué)過(guò)的，我相信，這次設(shè)計(jì)已經(jīng)讓我得到了長(zhǎng)足 的進(jìn)步，

18、但是設(shè)計(jì)仍然存在很多問(wèn) 題，不可能解決所有的問(wèn)題 o 望老師批評(píng)改正 O課程設(shè)計(jì)總結(jié)三周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次實(shí)踐的過(guò)程中我以及團(tuán)隊(duì)成員認(rèn)真 負(fù)責(zé)，完成 設(shè)計(jì)任務(wù)，期間首先分析輪對(duì)軸箱組成，然后對(duì)搜集地鐵車輛相關(guān)數(shù) 據(jù)。查找軸以及軸承標(biāo) 準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算分析，完成軸的校核計(jì)算以及軸承的壽命計(jì) 算，基于此，我們對(duì)軸箱進(jìn)行了分 析研究，同時(shí)相比擬各種鐵路車輛的軸箱定位裝 置的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置。 此裝置現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的地鐵車輛之 中。最后，對(duì)零部件進(jìn)行了查找以及修改，優(yōu)化細(xì)節(jié)， 保證設(shè)計(jì)更加合理。但是在設(shè)計(jì)中我們也遇到了很多問(wèn)題。比方，在計(jì)算軸的扭矩時(shí)，由于沒(méi)有考 慮到制動(dòng) 閘瓦和夾盤對(duì)制動(dòng)盤得力，不可防止的在計(jì)算扭矩時(shí)夸大了。還有就是軸 承壽命計(jì)算，有些 參數(shù)選擇也不是很合理。但是通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們了解了一個(gè)設(shè)計(jì)所要完成的步驟，相信在以后的設(shè)計(jì) 中，我會(huì)設(shè)計(jì)的更好。參考文獻(xiàn) ?材料力學(xué)教程?單祖輝高等教育出版社 ?互換性與技術(shù)測(cè)量?韓進(jìn)宏機(jī)械工業(yè)出版社 ?機(jī)械設(shè)計(jì)?濮良貴 髙等教育出版社 ?動(dòng)車組車輛