組合材料車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及研究.pdf

1、隨著軌道交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和需求，可以為車輛提供更好運行性能的新式車輪的開發(fā)和研究一直受到關(guān)注。本文設(shè)計出主要由鋁合金輪芯和鋼制輪輞組成的組合材料車輪，將鋁合金材料成功引入車輪結(jié)構(gòu)中。鋁合金材料有較低的密度和彈性模量，能有效降低車輪質(zhì)量、改善車輪徑向剛度，對提高列車的運行性能有積極意義。同時鋁合金普遍有非常強的抗腐蝕性，非常適合軌道交通車輛的運行環(huán)境。
　　基于組合式車輪的形式和地鐵車輪的尺寸要求，設(shè)計出適用于城市軌道車輛的組合材料車

2、輪的具體結(jié)構(gòu)。通過綜合考慮確定出各零件的具體材料，根據(jù)DVS1608、EN13262和GB/T1222-2007確定輪芯、輪輞和扣環(huán)材料的主要機械性能參數(shù)。
　　根據(jù)UIC510-5和EN13260等標(biāo)準確定車軸和輪芯、輪芯和輪輞過盈配合結(jié)構(gòu)需要傳遞的最大切向載荷和軸向載荷。根據(jù)標(biāo)準GB/T5371中的過盈配合計算方法，對車軸和輪芯、輪芯和輪輞過盈量的取值范圍進行初步計算?；诔醪接嬎憬Y(jié)果，建立組合材料車輪的有限元模型并進行仿真計

3、算，確定出更符合車輪實際結(jié)構(gòu)和載荷的過盈量范圍。確定車輪過盈量取值范圍后，對采用最大過盈量的新輪和采用最小過盈量的磨耗到限車輪進行組裝預(yù)應(yīng)力分析，分析發(fā)現(xiàn)輪輞的預(yù)應(yīng)力分布會明顯受到自身厚度的影響，輪芯和輪輞配合表面的接觸應(yīng)力也會受到車輪狀態(tài)的顯著影響。
　　基于UIC510-5確定組合材料車輪強度分析的載荷工況，利用ANSYS有限元軟件對車輪進行仿真計算，得到車輪在不同載荷工況下的應(yīng)力分布。車輪各零件的最大應(yīng)力都小于其材料對應(yīng)的屈

4、服強度，車輪的靜強度符合要求。在相同載荷工況下，輪輞在磨耗到限狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力更大，輪芯在新輪狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力更大?；趩屋S疲勞準則對輪輞內(nèi)表面和輪芯的輻板區(qū)域進行疲勞強度評估，其應(yīng)力幅均小于許用應(yīng)力幅，疲勞強度滿足設(shè)計要求。
　　基于平面應(yīng)力法編寫程序處理車輪的有限元結(jié)果數(shù)據(jù)，得到輪軸配合表面各位置的SWT參數(shù)，分析其配合表面的微動疲勞。分析結(jié)果表明:車軸配合表面上距離內(nèi)側(cè)邊緣約20mm處的SWT參數(shù)為極大值，其附近區(qū)域容易萌生