輕軌轉向架的結構設計與分析畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p>　　輕軌轉向架的結構設計與分析</p><p>　　學生姓名： 學號： </p><p>　　系 部： </p><p>　　專 業(yè)：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　二零一二年六月</b></p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人

3、在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目：

4、 輕軌轉向架的結構設計與分析 </p><p>　　系部： 機械工程系 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學號： </p><p>　　學生： 指導教師（含職稱）： (副教授) 專業(yè)負責人： </p><p>　　1．設計的主要任務及目標</p&g

5、t;<p>　　本次畢業(yè)設計著重參考國內較為先進的在廣州地鐵3號線車輛SF2500型轉向架、B型地鐵車輛ZMA120型轉向架以及DB—80(B1)型轉向架，對轉向架的主要結構（構架、輪對軸向裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、基礎制動裝置等）進行設計和性能分析，完成零件圖及裝配圖。</p><p>　　2．設計的基本要求和內容</p><p>　　收集現(xiàn)有的先進輕軌轉向架的相關

6、資料，分析轉向架的基本組成結構，根據轉向架的主要設計要求、主要技術參數，確定其主要結構設計方案。熟練使用有關設計手冊，確定其主要零部件（構架、輪對軸向裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、基礎制動裝置等）設計。然后針對轉向架主要零部件（構架、車軸）進行受力分析與強度計算，同時運用CAD軟件繪制主要零部件圖并完成裝配圖。</p><p><b>　　3．主要參考文獻</b></p>

7、<p>　　[1]蔣學忠.車輛學[M].北京：人民鐵道出版社.1980</p><p>　　[2]劉盛勛,趙邦華主編.車輛設計參考手冊?轉向架[M].北京：中國鐵道出版社.1988</p><p>　　[3]劉申全,黃璟主編.工程力學（下冊）[M].北京：兵器工業(yè)出版社.2007</p><p>　　[4] 濮良貴,紀名剛主編.機械設計(第八版) [M]

8、.北京：高等教育出版社.2006 </p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　轉向架的結構設計與分析</p><p>　　摘要：隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展，人口的不斷地膨脹，城市規(guī)模的不斷擴大直接導致了我國交通運輸的巨大壓力。面對亟待解決的城市公共交通問題,發(fā)展由地面、地下和高架組成的立體城市軌道交通變得愈加重要。而

9、轉向架作為軌道交通最重要的組成部件之一，是支承車體并擔負著車輛沿著軌道走行的支承走行裝置，它的結構是否合理直接影響車輛的運行品質、動力性能及行車安全。</p><p>　　本設計分析了較為先進的輕軌車輛轉向架（SF2500型轉向架、B型地鐵車輛ZMA120型轉向架以及SDB—80(B1)型轉向架）主要技術參數、主要零部件結構。針對構架、車軸、車輪、軸箱裝置進行了具體設計；對于二系懸掛及盤形制動裝置，參考并引用了現(xiàn)

10、有的成熟的轉向架技術，實現(xiàn)輕軌轉向架的輕量化、國產化生產。</p><p>　　關鍵詞：輕軌，轉向架，結構設計</p><p>　　The structure of the bogie design and analysis</p><p>　　ABSTRACT： With the rapid development of our national economy,

11、 The population continued to expand, the constant enlargement of the city directly led to the huge pressure of transportation in China. Face the urgent problem of public traffic of city development, by the ground, underg

12、round and elevated consisting of three-dimensional city orbit traffic becomes more and more important. But the bogie frame is the most important components of the rail vehicle bogie, supporting body and loading vehicle &

13、lt;/p><p>　　This graduation design has analyzed the main technical parameters, structure of main parts of the advanced light rail vehicle bogie, such as SF2500 type bogie, B type metro vehicle bogie of the ZMA1

14、20and SDB - 80 (B1) type bogies. It has designed in detail of the frame, axles, wheels, axle boxes. According to reference of the existing mature Bogie Technology, complete the design of two suspensions and disc brake de

15、vice, to achieve lightweight, domestic of the light rail bogies.</p><p>　　Keywords: light rail, bogie, structure design</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b&g

16、t;</p><p>　　1．轉向架概述及主要設計內容的確定2</p><p>　　1.1轉向架的概述2</p><p>　　1.1.1轉向架的基本作用及要求2</p><p>　　1.1.2轉向架的組成及分類2</p><p>　　1.2設計的主要內容及要求5</p><p>　　1

17、.2.1主要設計方案確定5</p><p>　　1.2.2轉向架的主要技術參數6</p><p>　　2.構架的總體結構設計8</p><p>　　2.1 構架的總體結構設計8</p><p>　　2.1.1構架的結構設計要求8</p><p>　　2.1.2構架的類型確定8</p><

18、p>　　2.1.3構架主要輪廓的尺寸確定9</p><p>　　2.1.4構架斷面尺寸及壁厚的確定10</p><p>　　2.2構架的受力分析11</p><p>　　2.2.1垂向靜載荷及垂向動載荷11</p><p>　　2.2.2側向力引起的附加垂向動載荷13</p><p>　　2.2.3垂向

19、斜對稱載荷15</p><p>　　2.2.4制動時的載荷16</p><p>　　2.3構架的強度校核18</p><p>　　2.3.1垂向靜載荷及垂向動載荷的強度校核計算18</p><p>　　2.3.2側向力引起的附加垂向載荷作用下強度校核計算20</p><p>　　2.3.3垂向斜對稱載荷作用下

20、強度校核計算21</p><p>　　2.4構架剛度校核22</p><p>　　2.4.1垂向靜載荷及垂向動載荷的剛度校核計算22</p><p>　　2.4.2側向力引起的附加垂向載荷作用下剛度校核計算23</p><p>　　2.4.3垂向斜對稱載荷作用下剛度校核計算23</p><p>　　3．輪對結

21、構設計25</p><p>　　3.1輪對的基本組成及相關設計要求25</p><p>　　3.2車輪結構設計25</p><p>　　3.2.1車輪結構、名稱及其作用26</p><p>　　3.2.2車輪的材質及標準輪的尺寸確定26</p><p>　　3.3車軸結構設計27</p>&l

22、t;p>　　3.3.1車軸型式、主要結構及各部分作用28</p><p>　　3.3.2車軸材質及標準車軸尺寸確定28</p><p>　　3.3.3車軸受力分析30</p><p>　　3.3.4車軸的彎矩計算32</p><p>　　3.3.5車軸的強度校核計算33</p><p>　　3.4滾動軸

23、箱裝置36</p><p>　　3.4.1軸承的材質及選型36</p><p>　　3.4.2軸箱相關零件確定38</p><p>　　3.4.3軸箱定位裝置40</p><p>　　4.轉向架其他相關裝置42</p><p>　　4.1二系懸掛裝置42</p><p>　　4.1.

24、1二系懸掛結構組成及作用42</p><p>　　4.1.2二系懸掛系統(tǒng)的選定43</p><p>　　4.2基礎制動裝置44</p><p>　　4.2.1輕軌制動系統(tǒng)具備的條件45</p><p>　　4.2.2制動裝置的組成及選定45</p><p>　　5.結論與展望48</p>&l

25、t;p>　　5.1主要設計結論48</p><p><b>　　5.2展望48</b></p><p><b>　　參考文獻50</b></p><p><b>　　致謝51</b></p><p><b>　　附錄52</b></p

26、><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著國民經濟的快速發(fā)展，城市交通運輸問題成了當今世界的一大難題，因此城市輕軌便在城市軌道建設中扮演著重要的角色，也是當今世界上發(fā)展最為迅猛的軌道交通形式。本設計根據現(xiàn)有的較為先進的轉向架技術對輕軌轉向架的結構設計與分析，旨在通過設計使轉向架朝著輕量化、國產化的方向發(fā)展。本設計主要閱讀了《鐵道機車車輛》、《電力機車與城

27、軌車輛》、《鐵道車輛》、《中國鐵道科學》等期刊；查找了相關設計手冊，如《車輛設計參考手冊?轉向架》、《滾動軸承 雙列圓錐滾子軸承 外形尺寸》；運用所學專業(yè)基礎知識初步了解了轉向架的結構、作用及運行原理完成了轉向架主要零、部件的設計。</p><p>　　通過對一些文獻的查找，如刊登在《電力機車與城軌車輛》上的期刊——《B型地鐵車輛ZMA120型轉向架國產化研制》，它較為詳細的介紹了轉向架各零部件的國產化研制和成品

28、校驗，以及實現(xiàn)國產化后的經濟效應；又如《機車車輛工藝》的期刊文章——《城軌B型車輛的轉向架方案設計》，它采用無搖枕轉向架結構及空氣彈簧支承方式，并簡化了零部件結構，同時各零部件具有較高的互換性，初步達到了輕軌的國產化要求。另外，通過對《車輛設計參考手冊?轉向架》的閱讀，了解了轉向架的發(fā)展歷史，及相關零部件的優(yōu)化方案，對轉向架也有了更深入的認識，為以后的工作奠定了一定的知識基礎。</p><p>　　1．轉向架概述

29、及主要設計內容的確定</p><p><b>　　1.1轉向架的概述</b></p><p>　　轉向架是支承車體并擔負著車輛沿著軌道走行的支承走行裝置，也是車輛最重要的部件之一，它的結構是否合理直接影響車輛的運行品質、動力性能及行車安全。</p><p>　　1.1.1轉向架的基本作用及要求</p><p>　　把兩個

30、或幾個輪對用專門的構架組成的一個小車，稱為轉向架。轉向架的基本作用及要求：</p><p>　　(1)車輛上采用轉向架是為了增加車輛的載重、長度與容積，提高列車運行速度以滿足鐵路運輸發(fā)展的需要。</p><p>　　(2)保證在車輛正常運行條件下，車體都能可靠地坐落在轉向架上，通過軸承裝置把車輪沿鋼軌的滾動轉化為車體沿線路運行的平動。</p><p>　　(3)支承

31、車體，承受并傳遞從車體至輪對之間或從輪軌至車體之間的各種載荷及作用力，并使軸重均勻分配。</p><p>　　(4)保證車輛安全運行，能靈活地沿著直線線路運行及順利地通過曲線。</p><p>　　(5)轉向架的結構要便于彈簧減振裝置的安裝，使之具有良好的減振特性，以緩和車輛和鋼軌之間的相互作用，減小振動和沖擊，提高車輛運行的平穩(wěn)性、安全性和可靠性。</p><p>

32、;　　(6)充分利用輪軌之間的黏著性，傳遞牽引力和制動力，放大制動缸所產生的制動力，使車輛具有良好的制動效果，以保證在規(guī)定的距離之內停車。</p><p>　　(7)轉向架是車輛的一個獨立部件。在轉向架與車體之間盡可能減少連接件，并要求結構簡單，裝卸方便，以便于轉向架可單獨制造和檢修。</p><p>　　1.1.2轉向架的組成及分類</p><p>　　由于車輛的

33、用途、運行條件、制造和檢修能力及歷史傳統(tǒng)因素的不同，因此轉向架的類型繁多，結構各異。但它們又都具有共同的特點，其基本作用和基本組成部分是相同的,其結構如圖1.1。</p><p>　　圖1.1 轉向架結構示意圖</p><p>　　一般轉向架的組成可以大致分為以下幾個部分：</p><p><b>　　(1)構架或側架</b></p&g

34、t;<p><b>　　(2)輪對軸箱裝置</b></p><p><b>　　(3)彈性懸掛裝置</b></p><p><b>　　(4)基礎制動裝置</b></p><p>　　由于車輛的用途不同，運行條件的差異，制造維修方法的制約和經濟效益等具體因素影響，對轉向架的性能、結構、參

35、數和采用的材料及工藝等要求就有差別，因而出現(xiàn)了多種型式的轉向架。我國國內目前使用的客車轉向架、貨車轉向架有幾十種，各種轉向架的主要區(qū)別在于：轉向架的軸數和類型，彈簧懸掛系統(tǒng)的結構與參數，垂向載荷的傳遞方式，輪對支承方式、軸箱定位方式，基礎制動裝置的類型與安裝，以及構架、側架結構型式等諸多方面。</p><p>　?、侔窜囕S的數目和類型</p><p>　　按轉向架上的軸數，可分為2軸、3軸

36、和多軸轉向架。轉向架軸數的多少是由車輛總重和每根軸的允許軸重確定的。車軸的類型，在我國鐵路上按允許軸重分為B、C、D、E、F、G六種，最大允許軸重受到線路和橋梁標準的限制。</p><p><b>　?、诎摧S箱定位方式</b></p><p>　　約束輪對與軸箱之間相對運動的機構稱為軸箱定位裝置。常見的定位裝置的結構型式有：</p><p>　

37、　固定定位，如圖1.2所示</p><p>　　導框式定位，如圖1.3所示</p><p>　　干摩擦式導柱定位，如圖1.4所示</p><p>　　油導筒式定位，如圖1.5所示</p><p>　　拉板式定位，如圖1.6所示</p><p>　　拉桿式定位，如圖1.7所示</p><p>　　

38、轉臂式定位，如圖1.8所示</p><p>　　層疊式橡膠堆彈簧定位，如圖1.9所示 </p><p>　　如圖1.2 固定定位 如圖1.3 導框式定位</p><p>　　如圖1.4 干摩擦式導柱定位 如圖1.5 油導筒式定位</p><p>　　如圖1.6 拉

39、板式定位 如圖1.7 拉桿式定位</p><p>　　如圖1.8 轉臂式定位 如圖1.9 層疊式橡膠堆彈簧定位</p><p><b>　?、郯磸椈裳b置型式</b></p><p>　　根據轉向架所采用的彈簧系統(tǒng)可分為：</p><p>　　一系彈簧

40、懸掛：在車體和輪對之間，只設有一系彈簧減震裝置，它可以設在車體與構架之間，也可以設在構架與輪對之間。</p><p>　　二系彈簧懸掛：在車體和輪對之間設有兩系彈簧減震裝置，即在車體和構架間設置搖枕彈簧減震裝置，在構架與輪對之間設軸箱彈簧減震裝置，兩者相互串聯(lián)，使車體的震動經過兩次彈簧減震的衰減。</p><p>　?、馨磽u枕彈簧的橫向跨距 </p><p>

41、　　外側懸掛、內測懸掛、中心懸掛</p><p>　?、莅窜圀w與轉向架之間的載荷傳遞方式 </p><p>　　心盤集中承載、非心盤承載、心盤部分承載</p><p>　　1.2設計的主要內容及要求</p><p>　　轉向架使軌道交通車輛最重要的組成部件之一，其結構的重要性可想而知。本次設計采用無搖枕轉向架結構，使用環(huán)境條件、限界條件、結構

42、特點、功能要求、強度及動力學性能等，均比鐵路用客車轉向架要求要高，在滿足轉向架性能要求的前提下，設計中盡可能采用簡單可靠的結構；各運動部件要盡可能實現(xiàn)無磨耗的結構形式；要求具有較高的互換性，便于轉向架的運用維修；在轉向架一、二系懸掛處應考慮加墊易于調整車輛高度；在最不利的情況下，所有轉向架的零部件均能保證車輛的安全運行。</p><p>　　1.2.1主要設計方案確定[8]</p><p>

43、;<b>　　(1)構架</b></p><p>　　構架為H形,橫梁采用無縫鋼管,省去了內部的加強筋板。無縫鋼管或側梁兼作空氣彈簧的附加空氣室。兩根小梁將兩根橫梁連接在一起,增大了橫梁的強度和剛度。側梁采用16MnR材料,為中間下凹的魚腹箱形結構,上、下蓋板與腹板之間采用高強度焊縫連接。中間隔板的位置根據受力情況而設定,以保證側梁體的抗彎、抗扭性能。上、下蓋板均為整體壓形,避免設置橫向焊縫

44、而影響整體強度。橫梁無縫鋼管和側梁的接合部位用圓形墊板補強。</p><p><b>　　(2)輪對軸箱裝置</b></p><p>　　采用整體輾鋼車輪,采用S型輻板車輪以增加其力學性能。輪對軸箱裝置采用整體鑄鋼結構。這種結構的軸箱設有前、后蓋,軸箱后部采用密迷宮式密封。在軸箱前部,為了進一步提高密封部性能,在軸箱蓋徑向增加了一道密封圈。軸箱軸承為進口圓錐滾子軸承,

45、應滿足計算壽命不小于80萬km的要求。</p><p>　　(3)軸箱定位裝置（一系懸掛裝置）</p><p>　　為了簡化結構和減輕質量,軸箱定位裝置使用了圓錐疊層橡膠式軸箱彈簧。滿足軸箱縱、橫向定位，垂向空、重車質量差大和制動的要求。</p><p><b>　　(4)二系懸掛裝置</b></p><p>　?、贋榱?/p>

46、滿足空、重車車鉤高的要求二系必須采用空氣彈簧。另外,轉向架靠空氣彈簧的橫向和縱向變形來實現(xiàn)其轉向作用,因此必須采用低橫向剛度的新型結構空氣彈簧直接支承車體,下部送風口與構架里的附加空氣室相通。在通過曲線轉向時,空氣彈簧下面的疊層緩沖橡膠彈簧隨空氣彈簧的橫向變形也產生剪切變形,從而減少了空氣彈簧膠囊橫向變形的負荷。另外,在空氣彈簧失效時,疊層橡膠彈簧還可以緩和垂向振動。</p><p>　?、跈M向油壓減振器和橫向緩

47、沖橡膠止擋為了提高車輛的舒適性,本轉向架采用了低橫向剛度的空氣彈簧。與此配套使用了橫向油壓減振器,提供相應的振動阻尼,改善橫向振動特性。橫向油壓減振器安裝在牽引銷(或牽引梁)與構架之間。在牽引銷(或牽引梁)兩端還設有非線性的橫向緩沖橡膠止擋。</p><p><b>　　(5)基礎制動裝置</b></p><p>　　采用盤形制動，輪盤材料一般為鑄鋼或鍛鋼，內外側輪盤

48、通過均勻分布的連接螺栓安裝在車輪輻板上。</p><p>　　1.2.2轉向架的主要技術參數[7]</p><p>　　轉向架的主要技術參數如下：</p><p>　　運行速度km/h 80</p><p>　　自重t ≦7(6.92)</p&

49、gt;<p>　　固定軸距mm 2200</p><p>　　輪對內側距mm 1353±2</p><p>　　車輪直徑mm 新輪時840,mm,最大磨耗時770mm</p><p>　　軸頸中心距mm

50、 1930</p><p>　　軸頸直徑mm 120</p><p>　　構架型式 鋼板壓型焊接</p><p>　　一系懸掛 圓錐型橡膠層疊</p><p>　　二系懸掛

51、 空氣彈簧+橫向減震器</p><p>　　車輛支承型式 空氣彈簧</p><p>　　基礎制動裝置 軸盤式盤形制動</p><p>　　參考材料 16Mn</p><p>　

52、　許用應力Mpa 240</p><p>　　彈性模量pa 2.09×105</p><p>　　空氣彈簧高（距軌面高度）mm 270</p><p>　　空氣彈簧橫向間距mm 1930</p>

53、<p>　　空氣彈簧有效直徑mm 540</p><p>　　空氣彈簧工作高度mm 200</p><p>　　空氣彈簧無氣時下降高度mm ≦40</p><p>　　圓錐橡膠彈簧垂直剛度KN/m 0.728</p>&

54、lt;p>　　軌距mm 1435</p><p>　　通過最小曲線半徑mm 正線：R300</p><p><b>　　車場線：R150</b></p><p>　　限界：符合城市軌道交通B型車限界</p><p>　　2.構架的總

55、體結構設計</p><p>　　轉向架是軌道交通車輛最重要的組成部件之一，而構架是轉向架的骨架，是以聯(lián)系轉向架各組成部分和傳遞各方向的力，并用來保持車軸在轉向架內位置的重要部件。其結構的合理性直接影響車輛的運行品質和行車安全，因而合理設計轉向架的結構并使其達到一定的強度和剛度是軌道交通車輛設計中的一項重要工作。</p><p>　　2.1 構架的總體結構設計</p><

56、p>　　2.1.1構架的結構設計要求</p><p>　?。?）合理選擇軸箱和車體的的支承方式，縱梁、橫梁的結構與連接方式。</p><p>　?。?）合理選擇構架材料、類型并充分考慮其結構工藝性。</p><p>　　（3）針對構架的強度、剛度進行校核，使其滿足列車正常行駛所需條件。</p><p>　　2.1.2構架的類型確定<

57、;/p><p>　　客車轉向架構架的三種類型中，框架構架結構復雜，自重大，制造難度大，構架的轉動慣量大，現(xiàn)已很少使用；U型構架結構比H型構架稍復雜且其側梁中部下凹，雖有利于降低構架重心和軸向定位設計，但制造難度大，自重比較大，不適合輕軌的運行要求；H型構架不但結構簡單，容易制造和維修，而且還有足夠的強度和剛度，自重小，滿足輕軌車輛的運行要求。綜上所述，選擇H型構架。</p><p>　　構架采

58、用H型鋼板壓型焊接結構，由兩根側梁和兩根橫梁組成，側梁為中間下凹的魚腹形U形梁。由4塊鋼板組焊成箱型封閉結構，側梁內部形成的密封隔板使側梁內腔成為空氣彈簧的附加空氣室。橫梁采用無縫鋼管，各種連接座焊接于構架的側梁和橫梁上。構架結構如圖2.1。</p><p><b>　　圖2.1 構架</b></p><p>　　2.1.3構架主要輪廓的尺寸確定</p>

59、<p>　　構架輪廓尺寸主要依據技術參數中的軸距、輪對中央懸掛裝置、基礎制動裝置的結構形式與支座的安裝以及軸向定位裝置的需要而定。</p><p>　　由技術參數可知，軸距2200mm，軸頸中心距1932mm,軸頸直徑ø120mm，查表I—32客、貨車車軸軸型與最大軸重[2]，選擇RC3構架兩側梁中心線應與軸頸中心線重合，構架兩橫梁間距離主要由基礎制動裝置及各吊座的安裝需要而定。我國現(xiàn)有通用

60、型客車轉向架兩橫梁支柱座縱向中心距均為560mm（RC3型軸）。構架側梁頂面距離軌面的高度應保證車輛運行中不與底架枕梁相碰，一般控制在870～930mm左右，側梁端面的底部（與軸箱對應處）距軌面的高度根據軸箱的結構與軸箱彈簧的需要而定，并保證在軸箱彈簧壓死狀態(tài)下不與軸箱頂面相碰。國產轉向架一般將該間隙的值定在45mm以上（廠、段修限度為38mm，運用限度為30mm）。在構架的側梁上焊接有8個鑄鋼鑄造而成的軸箱彈簧安裝座。同一車輪軸箱上的

61、彈簧安裝座縱向間距為560mm,橫向距離為1930mm，在橫梁的兩側焊接有4個制動吊桿安裝座，安裝座為“工”字形結構，上蓋板和中央腹板的厚度為12mm,下蓋板厚度為14mm，制動吊桿安裝孔板厚度為16mm。制動吊桿安裝座選用低合金高強度Q345-B鋼板焊接而成，同側安裝座的橫向距離為860mm。具體參數值如表2.1</p><p>　　表2.1 構架尺寸 （單位：mm）

62、</p><p>　　注①，車軸是標準件，“R”代表裝滾動軸承的車軸； “C”代表軸型為C ； “3”代表裝用滾動軸承形式及安裝方法。</p><p>　　2.1.4構架斷面尺寸及壁厚的確定</p><p>　　斷面尺寸及壁厚主要依據轉向架的承載形式和載荷大小，由強度和剛度條件，并參考同類構架的結構、檢修運用中暴露的問題以及相關計算來確定。采用H型鋼板壓型焊接

63、結構構架在焊接時應盡量避免焊縫的集中和多條焊縫的交叉，減少交叉處的內應力。構架設計為全封閉斷面，上下蓋板均用直邊，增大了側梁的橫截面面積，提高了側梁的整體強度，外觀更加簡潔美觀，更好的避免了因積水而使蓋板腐蝕。因此，查表Ⅳ-36【2】客車鑄鋼架（ZG25Ⅱ）的斷面尺寸及壁厚，確定具體尺寸如下（單位：mm）:</p><p>　　側梁 中部斷面尺寸（高×寬） 240*

64、160（180）</p><p>　　上下蓋板厚度 14.3</p><p>　　腹板厚度 14.3</p><p>　　端部斷面尺寸（高×寬） 160*160（180）</p><p>　　橫梁 直徑

65、 ø165.2</p><p>　　壁厚 14.3</p><p>　　截面圖如圖2.2，圖2.3，圖2.4所示：</p><p>　　圖2.2 側梁中部斷面 圖2.3 側梁端部斷面 圖2.4 橫梁斷面</p&g

66、t;<p>　　2.2構架的受力分析</p><p>　　構架的載荷即為垂向靜載荷、垂向動載荷、側向力引起的附加垂向動載荷、垂向斜對稱載荷、制動時的載荷等五種載荷。構架的計算簡圖可化為平面板架（載荷垂直于構架平面）和平面鋼架（載荷作用于構架平面內）的組合，忽略各梁軸線的微小彎曲和截面的微小變化，忽略各梁匯交處結點的剛度對變形的影響</p><p>　　2.2.1垂向靜載荷及垂

67、向動載荷</p><p><b>　?。?）垂向靜載荷</b></p><p>　　構架的受力情況如圖2.5：</p><p>　　圖2.5 垂向靜載荷情況</p><p>　　設作用在轉向架上的車體垂向靜載荷PST,按照該轉向架所用輪對壓在鋼軌上的允許載荷（即允許軸重）來考慮，</p><p>

68、;<b>　　即：</b></p><p>　　Pst=（n×PR -PT）×9.81 (KN) （2.1）</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　PR—— 一個輪對壓在鋼軌上的允許載荷（即允許軸重）（t）, P

69、R=13t；</p><p>　　n—— 一臺轉向架的軸數，N=2；</p><p>　　PT —— 一臺轉向架的自重（t）, PT =6.92t;</p><p><b>　　代入上式可得：</b></p><p>　　Pst=（n×PR -PT）×9.81=(2×13-6.92) &#

70、215;9.81=187.175(KN)</p><p>　　則 Pst= Pst/4=46.794(KN)</p><p>　　求得Pst后，按下列公式計算出作用在構架上的垂向靜載荷Pst1，即：</p><p>　　Pst1= （Pst+ PT1）×9.81/ m =（n×PR -PT）×9.81/ m (KN) （2.2）

71、</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　PT1——垂向靜載荷自心盤面起至構架為止包括所有零件質量之和（包括構架本身的自重）（t）, PT1= PT/2=3.46t；</p><p>　　m——一臺轉向架中平行受力的同名計算構架的數目，m =1;</p><p>　　其他符號的含義同式（2.1）&

72、lt;/p><p>　　按式（2.2）計算時，構架自重包含在Pst1，并以集中力考慮，這樣將使計算簡便，對計算結果影響不大，而且是偏于安全的。</p><p>　　計算得 Pst1=221.1174（KN）</p><p><b>　　（2）垂向動載荷</b></p><p>　　垂向動載荷是由于鋼軌不平、接縫、道

73、岔等線路原因以及車輛本身的結構狀態(tài)不良（如車輪滾動圓偏心、橢圓、踏面擦傷）等因素引起的簧上振動而產生的。</p><p>　　作用在轉向架零部件上的垂向動載荷Pd1，是由于車輛運行中輪軌之間沖擊和簧上振動引起的，Pd1的作用方式與Pst1相同，受力圖示如圖2.6</p><p>　　圖2.6 垂向動載荷</p><p>　　作用在構架上的垂向動載荷按式（2.3）計算

74、，即：</p><p>　　Pd1= az * Pst1 (KN) （2.3）</p><p>　　按照TB/T2705-1996［5］ </p><p>　　表2.2 垂向動靜載荷系數</p><p><b>　　代入式（2.3）</b&

75、gt;</p><p>　　得： Pd1=0.5*221.1174=120.126（KN）</p><p>　　2.2.2側向力引起的附加垂向動載荷</p><p>　　作用在車體上的側向力包括風力與離心力，當風從車輛側面吹來并垂直于車體側壁，而車輛又運行曲線區(qū)段時車體所受的側向力為風力與離心力之和。我國風力取值系據建筑界有關全國風力分布圖的研究而得，計算時取風壓

76、力540N/m3,風力的合力作用于車體側向投影面積的形心上。整個車輛的離心力作用在車輛的重心上，其方向沿徑向指向曲線外側。計算時通常把車體及轉向架的離心力分別考慮。對客車及車體的重心取在距輪對中心線上方1600mm處。外軌超高量h與曲線半徑R有關。</p><p>　　h= (mm) （2.4）</p><p>　　式中 v

77、p——列車平均速度，取vp=60Km/h；</p><p>　　R——曲線半徑，據技術參數得R=300m;</p><p>　　則可得 h=141.6mm</p><p><b>　?。?）側向力</b></p><p>　　①風力 q=540N/m3, 車體高x=2140mm,</p>&l

78、t;p>　　則形心處受力 H1=qx=×540×2140=577.8(N)</p><p>　?、陔x心力則由式（2.5）求得，</p><p>　　H2= Pst(-) （2.5） </p><p><b>　　式中 </b></p>&

79、lt;p>　　Pst——車體垂向靜載荷（N）；</p><p>　　g——重力加速度（m/s2），其值取9.81；</p><p>　　R——曲線半徑，R=300m;</p><p>　　h——外軌超高量（mm）;</p><p>　　2b1——輪對兩滾動圓之間的距離之半（mm），其值為2b1=1493mm;</p>&l

80、t;p>　　v——通過曲線時車輛最大允許速度（Km/h）,取值為v=60Km/h;</p><p>　　代入式（2.5）求得：</p><p>　　H2=187.175×10×(-)=85.479(KN)</p><p>　　則側向力為：H=H1+H2=577.8+85.479=663.279（N）</p><p>

81、　　（2）側向力引起的垂向動載荷</p><p>　　每個軸箱的垂向反力Pf可按下式計算,</p><p>　　Pf=(N) （2.6）</p><p>　　式中 h——車體側向力至車軸中心線所在水平面之間的垂向距離（m）,其值為h=1600mm；</p>

82、<p>　　2b2——輪對兩軸頸中心線間的水平距離之半，其值為2b2=1930mm；</p><p>　　m0—— 車輛一側的軸箱數（即車輛軸數），m0=4；</p><p><b>　　代入式（2.6）得</b></p><p>　　Pf==137.467（N）</p><p>　　構架的受力情況如圖2.6

83、所示，處于曲線外側的兩個軸箱彈簧對構架的作用力向上，而內側的則向下，每一個軸箱作用力的數值為。軸箱彈簧對構架的作用力Pf與作用在構架二系彈簧處的Pn力達到動態(tài)平衡，即：</p><p>　　Pn=2Pf= 274.934（N）</p><p>　　圖2.7 側向力引起的附加垂向動載荷</p><p>　　2.2.3垂向斜對稱載荷</p><p&

84、gt;　　垂向斜對稱載荷是垂向作用在構架軸箱部位的一組對于構架縱向和橫向中心線均為反對稱的自相平衡力系，此力系對于構架的縱向和橫向中心平面均呈反對稱分布，如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.8垂向斜對稱載荷分布情況</p><p>　　垂向斜對稱載荷僅產生在具有剛性構架的轉向架上。構架上的垂向斜對稱載荷是由于在垂向斜對稱載荷作用下，因為線路及轉向架結構本身存在缺陷等原因引起構架的四

85、個軸箱反力不等而造成的。因此垂向斜對稱載荷和垂向靜載荷是同時存在的。</p><p>　　導致構架四個軸箱反力不等的因素有很多，其主要原因是：各支承點的高度不等（由于構架、軸箱彈簧、車輪直徑、軸頸直徑等制造誤差以及線路不平順和轉向架進入緩和曲線時所造成的）和各支承點的剛度不等（主要是軸箱彈簧的剛度誤差）。因此，要同時綜合考慮以上諸多因素對構架垂向斜對稱載荷的影響是比較復雜的，很難一一考慮，為了求得Pk的數值，根據

86、實踐經驗，通常把上述諸因素的綜合影響當量的看成轉向架上某一車輪在軌道上升起或下沉一個Z值，而其他因素均認為是正常的。經過分析和推導，得到垂向斜對稱載荷Pk（N）的</p><p>　　計算公式: Pk= () (N) （2.7）</p><p>　　式中 K1——一個軸箱上彈簧的總剛度（N/mm），其值為K1=2k=1.456

87、N/mm</p><p>　　K2——構架抵抗垂向斜對稱載荷的剛度（或稱構架的扭轉剛度）（N/mm）</p><p>　　其值為： K2= （2.8）</p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　σ——構

88、架在一組Pk=1N的力的作用下</p><p>　　b2——輪對兩軸頸中心線間的水平距離之半（mm），2b2=1930mm</p><p>　　b1——輪對兩滾動圓之間的距離之半，2b1=1493mm</p><p>　　z——轉向架上某一車輪升起或下沉一個值，實際計算時，推薦采用z =16mm</p><p><b>　　則<

89、;/b></p><p>　　Pk=5.17(N) （2.9）</p><p>　　其中構架的扭轉剛度K2遠大于K1，則進一步簡化為</p><p>　　Pk=5.17 K1=7.53N</p><p>　　2.2.4制動時的載荷</p><

90、;p>　　當列車所有車輛均發(fā)生制動作用后，車輛間的縱向沖擊消失，制動力卻逐漸增大至最大值，由于制動力的作用，就將引起車體和轉向架質量的縱向慣性力。這種縱向慣性力對車體的作用遠小于上述縱向力作用，故可不計，但它對轉向架有一定的影響。制動時鋼軌作用大于車輛的最大值動力F（其方向與車輛運行方向相反）由下式決定：</p><p>　　F= Pn·υ·g

91、 （2.10）</p><p>　　式中 Pn——車輛總重（車體和轉向架的自重以及車輛在種之和）（t），</p><p>　　取其值為Pn =72.3t</p><p>　　υ——輪軌間的黏著系數，一般取υ=0.25</p><p>　　Pn =MC+ MO (t)

92、 （2.11）</p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　MC ——車輛自重，取MC =37.4t </p><p>　　MO ——載員重量，取MO=34.9t</p><p>　　計算Pn后代入式（2.11），求得F值，</p><p

93、>　　F= Pn·υ·g=72.3×0.25×9.81=177.32KN </p><p>　　因此在制動F的作用下，車輛的最大加速度為</p><p>　　α=υ·g=0.25g</p><p>　　這時，策劃體的縱向慣性力將引起前、后（按車輛運行方向）轉向架的垂向增減載荷Pa，以及作用在轉向架新判處的水

94、平載荷Ta,根據車體受力平衡，得</p><p>　　Pa= （2.12）</p><p>　　Ta= （2.13）</p><p>　　式中 h——重載車體的重心至心盤面的垂向距離

95、，取值為h=1.2m;</p><p>　　L——車輛定距（m）,其值為L=12.6m</p><p>　　Q——車體的縱向慣性力，其值為</p><p>　　Q= P1·a= P1·0.25g(KN) （2.14）</p><p>　　其中 P1 ——車體垂向靜

96、載荷（車體自重與載重之和），即</p><p>　　P1= Pst- 2PT=72.3-2×6.92=58.46t</p><p>　　因此計算得Q=143.38KN</p><p>　　則可求得Pa Pa=13.427KN </p><p>　　Ta=71687KN</p>

97、;<p>　　目前，在使用空氣制動機和鑄鐵閘瓦的情況下，最大制動力（即等于車輛慣性力以及由它所引起的轉向架的應力）是發(fā)生在制動過程的最后階段，即低速時，這時作用在轉向架的其他制動載荷（如垂向動載荷和側向力）都比較小了，因此在計算轉向架構架強度時，一般不考慮制動載荷的作用。 </p><p>　　2.3構架的強度校核</p><p>　　構架是轉向架的一個重要部件，是轉向架其他

98、零、部件的安裝基礎，也是承載體和傳力體，因此轉向架的結構型式既要考慮與其他各有關零、部件的相互位置和轉向架總體布置，又要保證構架具有足夠的強度和剛度要求，以保證結構緊湊安全可靠。由于構架采用16Mn鋼板和鋼管焊接而成的箱體結構，故必須充分考慮焊縫位置的布置并注意焊縫的內部和表面質量，以降低焊縫區(qū)域的應力集中，保證焊接強度和最小的焊接變形。為了消除殘余應力，構架組裝焊接后必須整體退火，最后進行整體加工以確保構架加工面的尺寸精度和位置精度。

99、</p><p>　　2.3.1垂向靜載荷及垂向動載荷的強度校核計算</p><p>　　在垂向靜載荷、垂向動載荷作用下的受力分析如圖2.5和圖2.6所示。取側梁為分離體，則其軸力圖如下。</p><p>　　圖2.9 垂向靜載荷、垂向動載荷作用下側梁軸力圖</p><p>　　其中a=0.56m，b=1.1m 由ΣY=0得</p&

100、gt;<p>　　R==47.977KN</p><p>　　MB=Ra·a=47.977×056=26.9KN·m</p><p>　　Mo=R(b+)+R(b-)=2·R·b=105.55KN·m</p><p><b>　　其彎矩圖如下：</b></p>

101、<p>　　圖2.10垂向靜載荷、垂向動載荷作用下側梁彎矩圖</p><p>　　由圖2.10可知，側梁的最大彎矩發(fā)生在側梁中部，則Mmax =105.55KN·m，所以側梁的危險截面為O處斷面，由于梁的截面為空心矩形截面，所以慣性矩[3]為：</p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　則抗彎

102、截面模量 Wz==- （2.16）</p><p>　　正應力 б= （2.17）</p><p>　　(1)對于側梁中部截面：B=160mm,H=240mm,b=131.4mm,h=211.4mm,如圖2.11</p><p

103、>　　圖2.11 側梁中部截面 圖2.12 側梁端部截面</p><p>　　所以求得側梁中部截面的抗彎截面模量Wz為：</p><p>　　Wz1=-=0.674×10-3m3</p><p>　　正應力 б1===156.63Mpa</p><p>　　查車輛設計參考手冊

104、83;轉向架[2] ,16Mn鋼的許用應力[б]=210Mpa,因為正應力б1<[б] =210Mpa,所以滿足強度要求。</p><p>　　(2)對于側梁端部截面：B=160mm，H=160mm，b=131.4mm，h=131.4mm。截面如圖2.12 。</p><p>　　將數據代入式（2.16），求得側梁端部截面的抗彎截面模量Wz2：</p><p>

105、;　　Wz2=-=0.3721×10-3m3</p><p>　　正應力 б2===72.3Mpa</p><p>　　因為正應力б2<[б] =210Mpa,所以滿足強度要求。</p><p>　　2.3.2側向力引起的附加垂向載荷作用下強度校核計算</p><p>　　在側向力引起的附加垂向載荷作用下，受力分析

106、如圖2.7，取側梁為分離體，其軸力圖如圖2.13所示</p><p>　　圖2.13 側向力引起的附加垂向載荷作用下側梁軸力圖</p><p>　　已知Pn=274.93N，a=1100,則得Pf==137.467N,求得彎矩為：</p><p>　　MB=Pf·a=137.467×1.1=151.214KN·m</p>

107、<p>　　彎矩圖如圖2.14所示</p><p>　　圖2.14 側向力引起的附加垂向載荷作用下側梁彎矩圖</p><p>　　由上圖可知側梁最大彎矩發(fā)生在側梁中部，則Mmax =151.214 KN·m，因此側梁的危險截面為B處斷面，已知側梁中部截面尺寸：B=160mm,H=240mm，b=131.4mm，h=211.4mm。將數據代入式（2.16），得側梁中部截

108、面的抗彎截面模量Wz3</p><p>　　Wz3=0.674×10-3m3</p><p>　　則正應力 б3===0.23Mpa</p><p>　　因為正應力б3<[б]=210Mpa,所以滿足強度要求。</p><p>　　2.3.3垂向斜對稱載荷作用下強度校核計算</p><p>

109、;　　在垂向斜對稱載荷作用下，受力分析見圖2.8。取橫梁為分離體，如圖2.15</p><p>　　圖2.15 垂向斜對稱載荷作用下橫梁受扭轉力圖</p><p>　　已知鋼的拉伸許用應力[бl]=160Mpa，剪切許用應力[τ] ≈0.6[бl]=96Mpa，而扭矩M=2PX·X=2×7.53N×0.55m=8.28 N·m, PX為焊接在橫梁上的

110、零部件最大重量。由于橫梁橫截面為空心圓形截面，所以抗扭截面模量[3]為：</p><p>　　WO=(1-a4) （2.18）</p><p>　　式中 a ———內外徑比值，已知橫梁d=136.6mm，D=165.2mm，故a=</p><p>　　則 WO=×[(1-

111、 ）4] =0.4712×10-3m3</p><p>　　最大剪切應力τmax===0.017Mpa</p><p>　　因此τmax<[τ],滿足強度要求</p><p><b>　　2.4構架剛度校核</b></p><p>　　2.4.1垂向靜載荷及垂向動載荷的剛度校核計算</p>

112、<p>　　取側梁為分離體，將側梁簡化為簡支梁，如圖2.16</p><p>　　圖2.16垂向靜載荷及垂向動載荷下的側梁受力圖</p><p>　　所以梁的最大撓度發(fā)生在自由端面，由工程力學[3]知最大撓度值為</p><p>　　fmax= （2.19）<

113、;/p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　E——抗彎截面剛度，取E=210GPa</p><p>　　I——側梁端部截面慣性矩，I=- ，已知B=160mm，b=131.4mm，H=160mm，h=131.4mm,則I=29.78×10-6m4</p><p>　　P—— P==191.91

114、KN</p><p>　　L——L=2200mm</p><p>　　則 fmax1==6.81mm </p><p>　　2.4.2側向力引起的附加垂向載荷作用下剛度校核計算</p><p>　　取側梁為分離體，將側梁簡化為簡支梁，如圖2.17</p><p>　　圖2.17 側向力引起的附加垂向載荷作用下構

115、架受力圖</p><p>　　已知Pn=274.934N,L=2.2m,E=210GPa,I=29.78×10-6m4，代入式（2.19），得</p><p>　　fmax1==9.75mm</p><p>　　2.4.3垂向斜對稱載荷作用下剛度校核計算</p><p>　　由工程力學[3]知最大扭轉角度</p>&l

116、t;p>　　θmax= （2.20）</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　Tmax——最大扭矩，Tmax =8.283N·m</p><p>　　G——抗扭截面剛度，G=8×104MPa</p>

117、<p>　　Ip——橫梁圓形空心截面慣性矩，其中Ip =(1-a4) </p><p>　　得 θmax= × =0.0018°/m </p><p><b>　　3．輪對結構設計</b></p><p>　　3.1輪對的基本組成及相關設計要求</p>

118、<p>　　輪對作為轉向架中最主要的承載部件之一，其性能的好壞直接影響到行車性能的安全與否。車輛輪對是由一根車軸和兩個相同的車輪在輪軸結合部以過盈配合方式牢固的連接在一起的。兩輪內端面之間的距離基本尺寸為1353mm,如圖3.1（a）所示。</p><p>　　如圖3.1 (a) 輪對</p><p>　　2——踏面 8—車軸</p><p><