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高速列車輪對是轉向架的重要組成部件，是影響車輛運行安全的關鍵部件之一。動車組車輪承受車輛與線路間相互作用的全部載荷及沖擊，與鋼軌形成粘著產生牽引力或制動力，輪對滾動使車輛前進。隨著列車速度的提高、軸重的增大，輪對所承受的負荷越來越惡劣，其暴露在疲勞可靠性方面的問題越來越多。為確保鐵路車輛的運行安全，就必須對輪對的安全性、可靠性設計提出更高的要求。
有限元分析基于ANSYS，以CRH型動車的拖車車輪為研究對象，對輪對的過盈配合以及車輪靜強度進行有限元計算分析，采用標準對車輪結構進行疲勞強度分析評價。CRH型拖車車輪采用整體軋制車輪，車輪輪轂厚度為135mm，車輪的公稱直徑為915mm。車輪用R8T牌號鋼制造，其彈性模量E=206000N/mm，泊松比0.29。
車軸按照標準設計，Solidworks中建好的輪對三維模型導入ANSYS中，對車輪的材料屬性進行設置，基于車輪的結構特點，采用自動劃分法對車輪進行有限元網格劃分。離散后的車輪輪軸過盈配合接觸問題是非線性接觸問題，輪軸是通過接觸面壓力產生的摩擦力來傳遞扭矩和軸向力的。在ANSYS計算過盈配合接觸時，能得到接觸面之間的壓力。按照CRH動車組技術資料和相關標準，新車輪和磨耗到限車輪的輪軸之間的過盈量分別取0.3mm和0.24mm，在軸向方向上，CRH動車組拖車車輪輪毅長度為170mm。CRH動車組拖車輪軸之間的過盈量為0.24mm時的最大等效應力為192.26MPa。輪軸之間的過盈量為0.3mm時的最大等效應力為192.39MPa。軌道對車輪徑向和橫向作用力、不同的輪對壓裝過盈量、高速旋轉引起的離心力等均對車輪的應力分布有著很大的影響。
通過ANSYS計算分析表明，CRH型動車拖車車輪設計的靜強度滿足運用要求。用有限元方法對車輛車輪的強度分析和評定方法能夠更加合理地反映車輪的實際受力狀況，對提高產品設計的可靠性有著重要意義。優(yōu)化后后縱梁支架的耐撞性得到顯著提高，并且與整個后縱梁總成之間有良好的匹配，有利于改善整車追尾碰撞的耐撞性。該結構優(yōu)化方法能用較小的計算成本來有效預測和指導提高工程實踐中產品設計的吸能性和耐撞性，具有一定的實用與推廣價值。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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