CRH3型动车组动车转向架三维实体设计

CRH3型动车组动车转向架三维实体设计CRH3型动车组动车转向架三维实体设计摘要随着我国铁路第六次大提速的顺利实施，以及客运专线不断建成通车，国产CRH系列200～300km/h动车组已分期分批投入运营。转向架是高速动车组的走行机构，必须始终保持良好的性能状态，才能保证高速列车的安全可靠运行,所以必须对高速动车组转向架进行进一步研究。本论文主要研究设计CRH3高速动车组动力转向架三维实体造型。首先介绍了世界各国的典型高速动车组技术，其次对我国的CRH3型电动车组设备组成进行了介绍，然后应用Solidworks三维软件对CRH3动车组转向架各零部件进行设计和实体建模并进行了虚拟装配，并对一些零件进行了分析，最后对CRH3型动车组动力转向架进行了总体设计。为以后转向架的优化设计提供一定的参考。关键词：高速动车组；转向架构架；转臂式轴箱定位装置；架悬式AbstractAsChina’srailwaythesixthspeedupwascarriedout，aswellasthepassengerspeciallinewasopenedtotrafficcontinuously，DomesticCRHseriesof200~300km/hEMUshavebeenputintooperationinstages.Bogieisthehigh-speedEMUs’travelingagency，soinordertoensurethehigh-speedtrainoperationsafelyandreliably,itmustbealwaysmaintainedagoodperformancestatus,Therefore,weshoulddofurtherresearchonhigh-speedEMUbogie.Inthispassage,theresearchdesign3DsolidmodelingfordrivingbogietheCRH3high-speedthefirstcountriesintheworldofthetypicalhigh-speedEMU,thentheCRH3EMUequipmentwereintroduced,ThentheapplicationofSolidworks3DsoftwareonCRH3EMUbogieofthevariouspartstodesignandsolidmodelingandvirtualassemblyAndsomepartsanalysis,theoveralldesignofthefinaltheCRH3EMUpowerbogie.Afterbogieoptimizethedesigntoprovideareference.Keywords:highspeedtrain;bogieframe;rockertypejournalboxpositioningdevice;Framesuspension;目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论4日本新干线高速动车组的发展及应用4法国TGV高速动车组的发展及应用5德国ICE高速动车组的发展及应用5其他国家6意大利7瑞典7西班牙7我国高速铁路的发展8结束语82转向架总体设计9转向架设计准则9高速转向架技术9构架10轮对10弹簧悬挂装置10牵引装置10轴箱定位装置10回转阻尼装置11抗侧滚装置12主动和半主动悬挂系统的开发12高速运行的稳定性12高速通过曲线的性能133基于Solidworks的转向架三维实体设计14三维造型软件Solidworks软件简介14转向架的三维模型建立14特征的概述14零件的三维造型与装配15装配干涉检查16本章小结164构架17转向架构架18侧梁19横梁20图横梁215轮对轴箱定位装置21轮对21主从动齿轮配合设计23轴箱体24本设计轴箱定位装置也采用转臂式定位276悬挂与制动27中心悬挂28牵引装置30电机驱动装置31基础制动装置成327转向架附属装置设计33撒砂装置33轮缘润滑装置33扫石器组装33结论34致谢35参考文献361绪论目前世界上拥有自主开发并已成功运用高速动车组的国家有日本、法国、德国和意大利，其共同之处在于列车各部件大量运用高新技术，同时又各具特色，即根据本国的运用条件和传统经验，特别是在转向架结构、车体轻量化、流线型外形、列车动力配置及构成形式、电传动及控制技术、列车信息网络等方面都具有各自的特点。其他正在发展高速铁路技术的国家和地区，如西班牙、比利时、荷兰、韩国和中国、台湾等，都是建立在引进这些国家的成熟技术的基础上而发展起来的。日本新干线高速动车组的发展及应用日本的东海道新干线于1959年开工建设，1964年10月1日东京奥运会开幕前夕开通。该线路的成功运营，开创了一世界上高速铁路的新纪元。第一列0系新干线列车以210km/h的最高运行速度投入运用，使东京一大阪间列车运行时间由7h缩短至3h10min。东海道新干线建成并成功运行，在日本产生了良好的社会效益和经济利益，对世界铁路的发展产生了重大影响。1985年，日本东北、上越新干线相继开通，200系、100系新干线列车分别以240km/h和210km/h的最高运行速度投入运用，100系列车在1986年与0系列车一同达到220km/h.1987年日本国铁民营化之后，新干线网络的不断扩大。为了适应不同线路的运营条件，提高运行速度，降低对环境的影响，日本持续不断地开发研制不同系列的新干线高速动车组，使日本高速铁路技术飞速发展。1992年300系列车在东海道新干线投入运行，最高速度达到270km/h。该车通过采用铝合金车体、轻量化转向架和交流传动技术使轴重大幅度降低，同时，运行速度及动力学性能得到较大提高。随后，日本又开发了采用其有更好的空气动力学性能，并采用半主动减振技术的500系(最高试验速度350.4km/h,运行速度300km/h)、采用IGBT变流技术的700系(最高运行速度285km/h),采用双层车体的E4系(运行速度240km/h)和Star21、700系等型号的新干线列车，并一直保持自开通运行以来无重大事故的良好。2002年12月1日，东北新干线盛冈一八户新建标准新千线开通运营，东日本公司采用E2系1000型高速动车组，每列车由10辆编组(8M2T}。E2系1000型动车组最高设计速度3l5km/h,最高运行速度275km/h。我国从日本引进并联合设计生产的200km/h动车组的原型即为该型动车组。法国TGV高速动车组的发展及应用自1967年起，法国国营铁路开始着手研究高速运输。首先是尝试将航空用燃气涡轮发动机用于铁路动车组。1969年11月，法国研制成功了第一代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度达到248km/h。此后，通过进一步提高燃气轮动车组质量，又研制出第二代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度为260km/h。为了配合在巴黎—里昂建设高速铁路，还研制了第三代TGV一00l型燃气轮动车组，5节编组，1972年最高试验速度达到381km/h。然而，1973年中东钱争引起第一次世界石油危机后，法国开始将高速动车组技术政策转向电力牵引，并率先在欧洲实行将速度、环保意识、充分利用能源、高新技术以及经济可靠性综合考虑的技术方针。1973年研制出第一列Z7001电动车组，1975年最高试验速度达到309km/h.自1976年开始，法国开始着手研究交一直传动的TGV-PST动车组，并在1981年9月投入运用。此后，法国先后研制了交一直一交传动的TGV-ATGV-R,TGV-2N,TGV-TMST,西班牙AVE,TGV-PBKA,TGV-K等动车组，新型动力分散动车组AGV也已研制成功，并投入试验运行。其中，TGV-A325号车组于1990年5月在大西洋线创造了km/h轮轨系统高速行车的纪录。2007年4月3日，TGV以574.8公里的时速创造了轮轨列车的最快纪录。同时，TGV也是世界上定期轮轨客运列车中平均速度最快的。德国ICE高速动车组的发展及应用早在1970年，原联邦德国政府技术研究部就开始组织对未来长途运输系统新技术的研究。在发展高速铁路采用磁悬浮技术还是轮轨技术的问题上，德国经过了旷日持久的讨论，由于联邦铁路在市场竞争中亏损越来越大，而法国TGV高速动车组的成功运营也刺激着素以高技术著称的德国，故原联邦德国政府加快了发展高速铁路的步伐。1982年5月13日，原联邦德国铁路成立董事会，决定修建高速铁路，并一于1982年7月动土。1982年8月，联邦铁路投资1200万马克，研制ICE(InterCityExpress)试验型城际快车。1985年，2动3拖的ICE/V试验型高速电动车组试制成功，同年，其最高试验速度达到317km/h.1988年5月，ICE/V型试验列车在汉诺威—维尔茨堡间创造了406km/h的当时高速动车组速度纪录。在ICE/V的基础上，1985年12月联邦铁路确定了ICE设计任务书，1986年开始试制ICE1型高速动车组，1990年7月试制完成并一于1991年6月2日以280km/h的速度正式投入运行。1991年民主德国、联邦德国统一后，德国政府决定修建柏林—汉诺威的高速铁路，同时开始了第二代ICE高速动车组—ICE2的开发。1996年，该型动车组投入运用。德国铁路于1995年开贻动工修建科隆—法兰克福的高速铁路，由于该线路最高运行速度提高到300km/h，线路最大坡度达到4%,既有的ICE1、ICE2型列车已经不能满足运行需要。为此，德国铁路于1994年向工业界订购了50列ICE3型动力分散电动车组。1997年，ICE3型电动车组投入运行。为了使ICE能于未来推广至整个欧洲，ICE列车班号已被简化。ICE-1,2都是推拉形式的传统火车系统。为乎合UIC新的标准，新型ICE-403(德国内的ICE3及406(适合多国电压的ICE-3M)采用动力分布式的设计。ICE-3所有的列车型号全归类为SiemensVelaro.SiemensVelaro列车的动力被分散在列车各轮上，令各车卡推进力量相同。在相同的能源输入下，大大提升列车的稳定性、动力效能与行驶斜度。与ICE-2一样，ICE-3也可以两组列车联挂运行，或在中途站分体后行走两条不同路线。ICE-3及ICE-3M是德国国铁最高速的铁路列车，在科隆至法兰克福，及因戈尔施塔特至纽伦堡高速线路上ICE-3都可以高于时速300公里行走。其他国家除了上而所说的日本、法国和德国拥有高速铁跻以外，由于高速铁路具有的良好的经济促进作用，世界各国都纷纷研究高速铁路技术，先后发展了一系列的高速动车组，例如西班牙、意大利、瑞典、韩国、比利时、荷兰、英国和关国等等。其中主要的有意大利、瑞典和西班牙三个国家，他们各自的高速动车组均具有各自的特色。意大利意大利铁路早在20世纪50年代的Settebella电动车组上就获得了最高速度达200km/h的运行经验，在20一世纪80年代初计划建设高速铁路网的同时着手研制高速动车组。1989年春，ETRX500型试验列车在罗马—佛罗伦萨试验时速度达到316km/h.随后，意大利又开发了“预生产型”ETRY500列车，经试验后一于1991年投入运行。随后，正式生产的CTR500试验列车于1995年开始供货并投入运用。同时，由于，意大利铁跻曲线多，为适应这些线路还开发了车体可倾摆式列车YendolinooFiat公司在1967年就开始对摆式车体的理论和系统进行研究，1974年试制成第一代摆式动车织ETR401,并一于l976年开始试用。鉴于ETR401往运用中的良好效果，随后，第二代ETR450，第三代ETR460,ETR4'l0,ETR480摆式列车相继研制成功井投入运用。现时这款列车除意大利外，在西班牙、葡萄牙、斯洛文尼亚、芬兰、捷克、英国、瑞士及中国也可找到其踪影，当中中国版本被称为CRH5，但不设摆式功能。瑞典和意大利一样，瑞典铁路的线路状况也不十分理想，因此，瑞典铁路主要通过采用摆式列车实现高速化。瑞典铁路的主要特点是弯道多、曲线半径小。鉴于其铁路线路现状，瑞典国营铁路（SJ)和ABB公司经过多年的研究实验，研制成功了X2000型摆式列车，并于1990年投入运用。此后，瑞典还研制了XG,KC1.等型号的摆式列车。1994年4月，瑞典国铁与中国铁道部决定合作研究利用X2000动车组在中国既有线路实施提速的可能性。经过研究与谈判，1996年双方决定瑞典ADtranz公司为中国制造一列X2000动车组。1998年1月15日，列车运抵大津新港，随即被送至中国铁道科学研究院环行线进行系统性能实验，同年8月在广深线完成安全评估试验，并于1998年8月28日正式在广深线投入运用。西班牙西班牙在马德里—塞维利亚的高速铁路主要采用AVE(AlfaVelocidadEspanola）动车组和由5252型电力机车牵引的Talgo摆式列车进行商业化运行。其AVE功车组主要是从德、法两国购置的。二次世界大.钱后，西班牙开始着手研制Talgo列车，1950年，由美国车辆及铸造公司制造的Talgfl列车投入运行，在此基础上，又先后研制了TalgoIITalgolll,Talgo-Pendular等列车。1998年4月，西班牙铁路与德国ADtran2,Siemen。及四班牙Talgo公司签订了，研究开发Talgo350摆式列车，样车于2000年底研制完成，并于2001年2月24日达到359km/h的最高试验速度我国高速铁路的发展适合高速铁路的生存环境其实只要两条基本原则：第一是人口稠密和城市密集，而且生活水准较高，能承受高速铁路比较昂贵的票价和多点停靠；第二是较高的社会、经济和科技基础，能够保证高速铁路的、运行和维修需求。随着城市化进程的加快和物质文化水平的提高，人际间的交流将越来越频繁，这些预示着客运需求潜力很大。我国高速铁路建设处在起步阶段，2004年铁道部根据国务院“引进先进技术联合设计生产，打造中国品牌”的指导方针，通过引进国外高速铁路先进技术立足国内、自主创新，已取得了实质效果。2008年8月1日，在京津高速线上开行350km/h的高速动车组拉开了我国300km/h以上高速列车的发展序幕，所用动车组是通过再创新，把250km/h的动车组提升到了350km/h,这一阶段为再创新阶段；目前全长1300多公里的京沪高速铁路正在试运行阶段，于11年六月开通运行所采用的动车组是京津高速所用的两个动车组平台，通过自主创新设计速度380km/h，持续运行速度300km/h。结束语世界高速铁路的发展方兴未艾。在欧洲根据规划，2020年将形成一个新建高速铁路10000公里和改建既有线15000公里的遍及全欧的高速铁路网。美国加利福尼亚州和佛罗里达州均将建造高速铁路。技术发展的主要方向为:一是提高线路质量，采用无碴轨道，长期保持线路的稳定性和几何尺寸的持久性，降低维修成本;二是高速列车正向360-400km/h迈进，摆式列车、双层客车也有所发展:三是高速列车(时速在250公里以上者)采用动力分散型是大势所趋;四是降低轴荷重已引起许多国家的重视，日本500系、700系的轴荷重分别为10.8t和,ICE3为12.5t;五是复合制动系统也在发展。此外，与高速铁路配套的安全保障措施列车运行控制系统正在积极研发中，主要是基于无线通信、卫星定位和智能化的自动控制技术相整合的综合系统是今后的发展主流，欧洲己制订了ETCS标准。我国己开始修建客运专线，向早期建设高速铁路的国家汲取先进经验和失败教训，将大大有助于我国高速铁路的稳步发展。2转向架总体设计转向架设计准则动车组车转向架是动车组车的重要部件之一，它用来传递各种载荷，并利用轮轨间的粘着保证牵引力的产生，转向架构架性能的好坏，直接影响列车的牵引能力、运行品质、轮轨的磨耗和列车的安全。特别是即车向高速、重载方向发展，对转向架的要求就更高了。根据现代动车组的发展趋势，转向架应具有的技术要求是：(1).保证最佳的粘着条件保证最佳的粘着条件，轴重转移尽量小，以满足提高动车组车牵引力的要求（一般要求粘着重量利用率不低于90%）(2).良好的动力学性能在直线或曲线区段运行时，具有良好的动力学性能，尽可能减小对线路的动作用力和减小轨道及车轮的盈利与磨耗。因此，对动车组的簧下重量有不同的要求。二系悬挂采用空气弹簧，并增大弹簧装置的静挠度，以适应高速运行的需要。(3).自重轻，工艺简易转向架构架在满足强度和刚度的前提下，尽可能的减轻自重，制造工艺简单，各梁之间不允许用螺栓连接。(4).良好的可接近性要求转向架各部分具有良好的可接近性，在保证运用可靠的前提下，结构简单，采用无磨耗及不需维修的结构形式，以减少维修工作量及延长两次维修间的走行公里数。(5).零部件材质统一设计转向架时，要求各零部件结构和材质尽可能统一化。高速转向架技术尽管高速转向架的形式多种多样，但随着列车速度的进一步提高，高速转向架结构形式逐步趋于类同，它们的主要特点是：无摇枕、空气弹簧悬挂，有回转阻尼、加装弹性定位等。构架它是安装各种零部件的载体，承受和传递垂向力、水平力和扭矩等。轮对轮对是转向架的关键件之一，列车的大部分载荷通过它传递给钢轨，牵引电机所产生的扭矩也是通过它传至钢轨产生牵引力。列车运行时，它还承受钢轨接头、道岔、曲线通过和线路不平顺时的垂向和横向作用力。轮对直接向钢轨传递列车重量的动作用力，通过轮对的回转实现列车在钢轨上的运行。有些转向架的制动力也通过轮对实现。基础制动装置是使运行中的机车减速和停车。停放中的机车不发生溜逸的部件，采用轮盘制动方式。每个车轮安装有一套独立的单元制动器，车轮辐板上装有制动盘，单元制动器上的闸瓦在压力的作用下与制动盘摩擦，进而将动能转化为热能，达到减速停车的目的。弹簧悬挂装置它是用来保证一定的轴重分配、缓和轮轨冲击作用，是保证车辆运行平稳性等动力学性能的重要装置。一系悬挂采用螺旋弹簧、减振垫和垂向减振器，垂向承担车体及转向架重量及垂向动力作用，横向承担轮对相对于转向架构架的横向力。衰减一系簧下振动对构架和车体的冲击。二系悬挂是由空气弹簧和各种减振器组成。垂向承担车体重量以及车体与转向架之间的垂向动力作用，横向则承担风力、离心力及车体与转向架的横向作用力。衰减二系弹簧下振动对车体的冲击和蛇形运动。牵引装置它是车体与转向架的连接装置，用以传递车体与转向架之间的水平力等，同时保证车体与转向架之间回转运动。轴箱定位装置它是联系构架和轮对的活动“关节”，除了保证轮对能自由回转外，还能在构架与轴箱之间产生相对运动时由它传递纵向力和横向力，并实现弹性定位作用。目前，高速转向架的轴箱定位装置有单（双）拉板式、拉杆式、转臂式以及采用橡胶弹簧等多种结构形式。图日本IS式（单拉板式）轴箱定位装置图法国TGV转向架的轴箱定位装置回转阻尼装置回转阻尼也是抑制高速转向架蛇行运动的一个有效措施，一般采用以下两种装置：旁承支重结构和抗蛇行减振器。全旁承支重结构由摇枕上的旁承装置承受全部载荷，当转向架相对车体转动时，上下旁承之间由摩擦力形成的摩擦力矩阻止转向架相对车体转动，以提供足够的回转阻尼。旁承支重具有结构简单，可减轻车体摇枕梁和摇枕重量等优点，但需选择适当的摩擦副材质。车体与构架之间（或摇枕与构架之间）安装抗蛇行减振器，也可提供足够的回转阻尼，有效地抑制转向架的蛇行运动。例如，MD52型转向架在采用磨耗形踏面的情况下，速度只能达到160km/h，而装用抗蛇行减振器后，速度可提高到250km/h。因此，在日、法的200km/h以上转向架上都安装有抗蛇行减振器。抗侧滚装置为了使高速客车具有良好的垂直振动性能，车体悬挂装置的总静挠度至少需要200mm以上，其中80％左右分配在中央弹簧上。而在垂向悬挂比较柔软的情况下，为防止通过曲线时车体的侧滚角过大，一般在高速转向架上设置抗侧滚扭杆。此外，加大中央弹簧的横向间距也可以起到同样的作用，如MD52－350型将中央弹簧的横向间距加大到2500－2600mm，取消了抗侧滚扭杆装置。主动和半主动悬挂系统的开发应用主动或半主动控制方法来控制车辆系统的振动、车体倾斜、曲线通过以及轮对位置等等，就可用更经济的手段实现高的速度，或达到更好的运行性能。这是新一代转向架发展的主要特点之一。如SGP400型在回转阻尼系统、中央悬挂的横向弹性系统以及轮对导向系统等三方面，应用主动或半主动控制系统。高速运行的稳定性在设计制造高速转向架时，必须解决其高速运行时的稳定性、平稳性和良好的曲线通过性能等关键技术问题，以保证高速列车安全行驶、乘坐舒适、减少维修。平稳性是列车在规定的线路条件下、在设计最高速度范围内运行时，设备能平稳工作、乘客感到舒适的基本性能。乘客舒适度是反映乘客在旅途中疲劳程度的综合性生理指标。影响舒适度的因素很多，如车内设备、通风、照明、温度、湿度、噪声、瞭望和振动等等。不过，其中振动是车辆整个运行中始终存在的、一直起作用的主要因素。理论分析和实践经验表明，车辆的垂向和横向运行平稳性随速度提高而下降。通常用平稳性指数W（Sperling方法的评价计算值）来表示。它反映了力的变化率引起的冲动和振动时的动能大小对舒适度的影响。图蛇形运动平稳性指数W：式轮对蛇行运动曲线为：式其中是轮对蛇形运动的角频率式V为车辆运动的速度当铁道车辆在某一速度以下运行时，即使有一定的线路扰动使车辆在横向偏离线路中心位置，但扰动消失后，车辆的横向振动会逐渐衰弱，最后回到线路中间位置，因此车辆运动是稳定的。而当车辆在某一速度以上运行时，蛇行运动的振幅将会越来越大，直至车轮轮缘碰撞钢轨，损伤车辆及线路，甚至造成车辆脱轨、倾覆等行车安全事故。这时列车运行是不稳定的，这一速度称为蛇行稳定性临界速度，简称临界速度。国外高速转向架的试验研究证明，当车辆的运行速度超过200km/h时，有可能出现这种不稳定的蛇行运动。高速列车必须保证在其临界速度以下运行，以使其运行稳定、安全。通过改变转向架结构、优化参数使其具有较高的临界速度，是研制高速转向架需要解决的关键技术问题，也是高速转向架有别于一般转向架的主要特点。高速通过曲线的性能高速客车通过曲线时，将产生过大的侧压力,会造成轮、轨的剧烈磨损，还易引起脱轨、倾覆等安全事故。要合理地兼顾车辆的曲线通过性能与抗蛇行运动稳定性要求。此外，还需要控制噪声，减少自重，尤其是减轻簧下质量等。3基于Solidworks的转向架三维实体设计三维造型软件Solidworks软件简介Solidworks公司是达索系统（DassaultSystemes）下的一个子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统。Solidworks三维软件是Solidworks公司在1995年推出的一款三维CAD软件。进入21世纪后，Solidworks公司经过不断的创新、与时俱进，几乎每年都有新的版本推出。该产品得到了很多用户的认可。目前，Solidworks已经成为计算机平台上的主流三维设计软件。其最大特点：参数化设计也给设计工作者带来了很大的便利。转向架的三维模型建立本课题采用Solidworks2011为设计平台，采取自底而上(Down-Top)的建模方式。先对转向架整体结构进行分析，明确每个子装配和子装配下的零件，然后对每个零件进行实体建模，再完成子装配部件的装配，最后把每个部件组装。这样的建模思路明确，容易分工合作，提高了设计的效率。特征的概述现代的三维CAD软件中，立体建模方式都是采用“特征”（Feature）建模法。所谓特征，指的是反映产品零件结构特点的、可按一定原则加以分类的产品描述信息。三维零件的设计中，在对结构和形状较为复杂的产品进行建模时，首先是分解特征，将模型分为主要特征和若干添加特征，我们往往把产品模型最主要的部分看作为基本特征，完成整个产品的基本特征后，在基本特征上完成其他的添加特征，通过特征之间的布尔运算，逐步得到完整的产品模型。三维造型实体是由一个一个特征逐步构成的，特征是构成三维模型的基本要素。常用的特征有：拉伸、切除、旋转、扫描、放样等。基于特征的三维实体造型设计方法的优点：(1)零件图和装配图都是三维立体图形，渲染着色后就像看到了制造出的真实产品。(2)发现不合理可随时修改，尺寸不合适，更改尺寸对参数化系统非常简单。(3)可以自动生成二维图纸。零件和装配模型设计好后自动生成二维图纸空间。省时省力，准确表达三视图。(4)设计数据全相关性。工程图尺寸的修改，对应的实体模型将随之发生变化。反之，三维模型改变，工程图都会随之发生改变。(5)可自动计算零件的物理特性。如重量、重心、主惯性轴、惯性矩。免去了设计人员许多计算时间。零件的三维造型与装配（1）零件的三维造型转向架由多个子装配部件组成，所用零件很多，而且还包括了一些标准零件和非标准零件等，对不同的零件，建模方法也异同。如侧挡模型中，孔比较多，也为非对称结构，只能采用分组建模的方法，每个特征完成一组孔的建模；对于具有旋转中心的零部件，如轮对中的车轮和横梁零件，建好的车轮模型，可以通过建立辅助基准轴，通过旋转命令来完成零件主要特征的建模，再在主要特征的基础上完成辅助特征的建模；而对那些具有对称结构的零部件，可以先构建出零件的一半，然后通过镜象命令选择好对称基准来完成模型的建立。对于转向架中所运用到的螺母、轴承、高强度螺栓等标准件均可在Solidworks的标准件库(toolbox)中直接调用。首先在Solidworks中的工具选项中选择插件栏，同时勾选Solidworkstoolbox栏。然后点击主界面右边的设计库，就可以看到标准件库(toolbox)的菜单。如果找不到标准件库的插件，还要另外安装。在标准件库(toolbox)插件中含有很多国家不同的标准件，例如中国国标的标准件有：螺母、螺栓和螺钉、O型环、铆钉和焊钉、销和键、轴承垫圈和挡圈、结构件之类，从而省去了很多标准件建模的时间。只须调出相对应的标准件，然后对其型号输入就可以生成我们所需要的零件，大大的节约了设计的时间。（2）装配模型的建立任何一台设备都是有许多零件和部件组成的。零件由毛坯加工成成品后，要按照一定的技术要求进行装配，将若干零件装配起来成为组件、部件，再进一步装配，最终获得所需的产品。由各个零件组装成整台设备的过程称为装配。一般来讲，总装配由多级的子装配组成。在Solidworks系统里，是通过配对条件来表达产品的配合关系，配对描述的是如何按照预定的两个零件的约束关系，将一个零件通过配合放置在另外一个零件上，其中一个零件叫做参考零件，另一个叫做配对零件。在装配设计中，约束是指零件之间相对位置的限制条件，具体包括了点约束，直线约束和平面约束等几大类，各种约束的所限制的自由度不一样。Solidworks支持的配合关系有：重合、平行、同心等。零件的装配关系可以在特征管理器上显示，方便了对装配关系的管理。装配干涉检查干涉检验是可装配性检查的重要手段。本课题就使用三维设计软件Solidworks提供的装配体干涉检查的功能。干涉检查能检测装配体零件之间是否存在干涉，并能精确地给出相关的干涉参数，这对减少零件的设计错误有很大的帮助。除了用软件检查的方法，就只能靠用户的经验来判断装配的可行性。本章小结本章介绍了CAD技术的概念及其优势，相对传统的二维CAD设计，三维设计的直观可见、参数化驱动使设计者的工作效率大大提高。本课题用三维造型软件Solidworks对转向架进行三维实体建模，并对模型进行干涉检查，以确保模型的正确性。随后用工程图模块对转向架的工程图进行绘制。4构架转向架构架是转向架的骨架，用以连接转向架各组成部分和传递各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置（如车轴相互平行并垂直于构架纵线轴）它一般由左、右两侧梁和一个或几个横梁组成。图动力转向架表动力转向架1电动轮对10动车转向架构架2一系悬挂装置11轮盘制动3轴箱定位装置12牵引杆4横向终点止动装置13牵引电动机5二系悬挂装置14牵引电动机通风装置6横向悬挂装置15Trainguard天线7抗蛇行减振器16GFX-3A型接收器8空气弹簧连杆17轮缘润滑装置9扭杆18撒砂和扫石器CRH3高速列车为电动车组（EMU），由8节独立的客车组成。列车采用二轴两系空气弹簧转向架。该项目使用的转向架以SF500转向架为基础，在SF500转向架的基础之上，为适应中国CRH3项目宽车体的要求，作了适当改进。通过对每种车辆转向架各部件重量和中心的调整，以及悬挂弹簧参数的调整使其运行质得到优化。CRH3高速列车转向架分动力转向架和非动力转向架。两种转向架采用基本一致的结构型式。构架为H型焊接构架；圆柱滚子轴承单元，轴径130mm；转臂轴箱定位，一系悬挂是螺旋弹簧加垂向减振器；二系悬挂为带有辅助橡胶堆的空气弹簧直接支撑车体；在车体和转向架之间装有主动控制的抗蛇行减振器；采用Z型拉杆牵引装置；转向架的轮径为920mm；固定轴距为2500mm。由于特定的优化，动力转向架和拖车转向架不可互换。转向架构架转向架构架的设计是双H字结构，包括两个焊接在一起的箱型截面侧梁，通过两个管状横梁相互连接。构架为H型轻量化低合金高强度钢板焊接结构，主要由2根侧梁和2根横梁组成。图构架构架侧梁上焊有制动缸安装座、轴箱弹簧定位座等，横梁上焊有牵引电机吊座、齿轮箱吊杆座、牵引拉杆座和横向缓冲器座等。所有关键安装座的位置精度均通过对转向架构架的整体加工获得。构架的材料以钢板S355J2G3WC和S355J2G3C为主。强度依据UIC515-4和615-4标准计算，可承受的应力标准依据DIN15018。评估工作在试验台上验证。由于设备不同，拖车转向没有牵引电机架安装座和齿轮装置扭力杆。拖车转向架安设制动盘座。因此，拖车和动力转向架构架不能互换。表动力转向架技术参数轴列式B0二系纵向力传递方式枕梁轨距[mm]1435最小曲线半径[m]连挂时低速时：250最高运行速度[km/h]300最小曲线半径[m]单车调车步行速度时：150最高试验速度[km/h]330S形曲线180m+10m过渡+180m固定轴距[mm]2500运营服务时一次性演示最高速度[km/h]350车轮直径[mm]920/830转向架距轨面高度[mm]新轮、空气弹簧充风1010(摇枕上边缘）最大静轴重（变形载荷）[t]174(最大传动轴装式平行轴传动未平衡离心加速度[m/s2]持续轴功率[kw]约560转向架质量，包括摇枕及其零部件[kg]机械制动轮盘制动一系悬挂螺旋圆柱钢弹簧停放制动-二系悬挂空气弹簧侧梁侧梁不仅仅是向轮对传递垂向力、纵向力和横向力，还用来规定轮对的位置。侧梁上盖板、下盖板和立板的厚度分别为12mm、14mm、10mm,侧梁内部设有多块厚度为8mrn的筋板。图侧梁横梁横梁用来保证构架在水平面内的刚度，保持个轴的平行及承托牵引电机两端的横梁又称端梁。构架横梁采用直径<180mm、壁厚14mm的无缝钢管，可提高构架主体结构的可靠性。侧梁与横梁的连接处和两横梁之间设有纵向加强梁。图横梁5轮对轴箱定位装置目前，大多数动车组转向架结构型式的不同主要体现在轴箱定位方式的差异上。约束轮对与构架之间相对运动的机构，称为轴箱定位装置。对轴箱定位装置的基本要求是：应该在纵向和横向具有适宜的弹性定位刚度，其值是该装置主要参数；结构形式应能保证良好地实现弹性定位作用，性能稳定，结构简单可靠，无磨耗或少磨耗，制造检修方便，重量轻，成本低等。适宜的轴箱弹性定位，不仅可以避免车辆在运行速度范围内发生激烈的振动，还能保证车辆在曲线上运行时具有良好的导向性能，从而减小轮对与钢轨之间的冲击和侧压力，减轻车轮轮缘与钢轨的磨耗，确保车辆运行的安全性和平稳性。轮对高速动车的车轴上承受的载荷是比较复杂的，它不仅承受由于车体自重而产生的弯矩，同时还受很大的扭矩（主要是由牵引电动机经传动齿轮传动时侧压力引起的弯、扭矩）轴承、轮心、齿轮压装在车轴上引起的组装应力；牵引电机的动、静载荷；当机车通过曲线时，外轮的导向力将给车轴一个相当大的附加弯矩；一个轮对的一侧车轮相对于另一端车轮滑动时也将产生附加扭矩。由于主要的应力都是交变的，所以车轴的折损通常是疲劳引起的。高速动车车轴的裂损多发生图轴在齿轮和车轮压装部位两侧的圆肩部分：在轴颈圆肩部、轮座外缘部、车轴中央部分发生疲劳折断。轮对的车轴采用高频淬火,镗孔径60mm,材质为A4T，轴颈直径φ130mm。车轴按疲劳寿命20年设计，为减轻重量，车轴为空心设计，并进行轴的超声探伤。动力和非动力转向架的车轴主要在齿轮座和制动盘座处不同。拖车转向架车轴有用于安装制动盘的座而无安装齿轮的座。在设计车轴时，着重考虑避免应力集中，在车轴不同直径的过渡区大都采用了大圆弧过渡，有些地方还采用液压加工提高表面质量，尽可能的减小车轴的应力集中，采用有效的工艺措施提高疲劳强度。车轮是铁道车辆用碳素钢整体碾压车轮，具有较好的弹性和优良的防噪声性能。车轮直径φ920mm、宽度135mm，车轮材质为R8T，车轮踏面为1/8磨耗型踏面轮缘高28mm，最大可能的磨耗半径为35mm。如要更换车轮，车轴轴承以及图车轮接地刷等要首先移除。使用油压方法将车轮移出和将新轮装入。通过简单工具和辅助装置来完成。车轮材料的选用将依据300km/h的运行速度和350km/h的测试速度而定，即采用R8T主从动齿轮配合设计驱动装置采用直齿传动，传动比为101/21，齿轮模数为，齿轮中心距。齿轮材料选用18CrNiMo7-6，该材料属于低碳低合金高强度渗碳齿轮钢，经过渗碳、淬火和低温回火以后，其齿轮表面硬度高，耐磨性好，心部韧性好，抗冲击具有较高的延伸率，因此用于高速。齿轮油牌号：Mobil-MobilubeSHC75W90LS。小齿轮两端为轴承安装座，一端加工了端面齿轮，通过与齿轮联轴器配合传递电机扭矩。图齿轮联轴器轴箱体轴箱装配主要由前后端盖、轴箱体、吊钩、轴承单元、压盖、转臂、一系弹簧和橡胶减振垫、一系垂向减振器等组成。轴箱装配采用转臂式定位结构，每一轴箱采用一组单圈螺旋弹簧加橡胶垫，并在端轴轴箱间配置一系垂向减振器，构成一系悬挂系统。一系悬挂装置与转向架构架弹性相连，把车体簧上部分的重量传递给轮对，同时将来自轮对的牵引力、制动力、横向力等传递到构架上并减弱来自轮轨的垂向振动。转向架中间轴右侧装有光电速度传感器。轴箱由GGG铸铁制成，并使用圆锥滚子轴承。可不拆卸轴承更换轮对。车轴轴承箱为分体设计。其下部可分离以便更换轮对。轴箱前盖采用铝合金铸件AC4CH-T6（JISH5202）。轴箱后盖采用铝合金板材A5083P-O（JISH4000）或者铝合金锻造材料A5083FD-O（JISH4051），采用上下分体的结构，用螺栓连接组装。图轴箱体轴箱定位装置有多种结构方式，最常见的有：1.板弹簧式也叫做板弹簧德国式，在战后的德国国铁中使用，是使用板弹簧的先驱。转向架框架通过轴弹簧上下运动时，水平支撑板多少也会产生上下前后晃动，所以使用一端可垂直弯曲的垂直弹簧板，将其安装在侧梁上。2.IS式（拉板式的一种）针对高速行驶，在0系列新干线之后采用。使用橡胶衬套与侧梁连接，可以使前后、左右具有适当的刚性。与板弹簧式中的板弹簧相比，可降低弹簧应力。在0系列、100系列及200系列中使用。3.拉板式（支撑板式）——SU板弹簧式将IS方式中一侧的板弹簧移到中心侧，轴箱与转向架侧梁间使用2个板弹簧固定。可减小转向架的长度。4.麦弗逊式也叫做双连杆式，使用缓冲橡胶衬套，将轴箱两侧和侧梁相连接。可缩短转向架长度。5.轴箱导框架式使用轴箱导框架引导轴箱上下运动，并限制前后左右运动，保持车轮与转向架框架正确的位置关系。在与轴箱接触的位置安装耐磨树脂磨耗板。若滑动部位磨损会产生松动，容易发生轮对蛇行运动，可能会导致车体左右剧烈晃动。在普通客车及机车中广泛使用。6.圆柱导轨式（螺旋弹簧圆筒叠层橡胶并用式）该方式包括两种模式，即通过在密封的滑动部位注油，使其具有摩擦、磨损对策和减震效果的湿式，以及在滑动部位使用耐磨树脂，安装叠层橡胶使其具有适当刚性的方式。京急新1000型：使用干式橡胶JR东海700系列、JR九州8857.拉杆式为麦弗逊式的变形，轴箱和转向架使用单连杆支撑。与SU板弹簧式相比，它可以减小前后支撑刚性，以及降低曲线横向和滑动所发出的声音。8.圆锥叠层橡胶式是使钢板和橡胶层压成圆锥状的方式，按软剪切方向施加轴弹簧作用，压缩方向为硬。不使用螺旋钢弹簧，可利用橡胶的衰减力。JR九州817系列JR西KIHA126系列9.转臂式其历史很悠久，现在大部分的客车和新干线均在使用。有的使用叠层橡胶取代橡胶衬套。JR东E231系。东急5000系。西武3000系。京王9000系。JR西500系新干线。近铁23000系表轴箱定位方式的比较本设计轴箱定位装置也采用转臂式定位在本论文中轴箱定位装置为转臂式定位。一系悬挂圆弹簧置于转臂安装座上，转臂通过橡胶节点安装在侧架上。定位转臂是该装置中的骨架，是轮对轴箱与构架的联系纽带，为减小定位节点刚度对一系垂向刚度的附加影响，定位转臂选择尽可能长一些。图动力转向架轴箱定位系统6悬挂与制动中心悬挂橡胶止挡用于通过其特性限制纵向的位移，由此，加速和减速力的传递无冲击。每个转向架有两个用于安装横向液压减震器的座。图橡胶止挡和横向液压减震器中央悬挂装置采用低横向刚度、大扭转变形的空气弹簧直接支承车体的三无结构垂向用可变阻尼节流阀减振，横向安装油压减振器，还设有非线性横向缓冲止挡和新型抗侧滚扭杆装置牵引装置由中心销、牵引梁和新结构Z形牵引拉杆组成，牵引点距轨而高度为385mm。新结构Z形牵引拉杆具有低的横向及垂向附加刚度，提高了车辆的横向及垂向动力学性能，实现了无磨耗、无间隙牵引。橡胶止挡用于通过其特性限制纵向的位移，由此，加速和减速力的传递无冲击。每个转向架有两个用于安装横向液压减震器的座。动力和拖车转向架的二系悬挂装置能确保在舒适性、轮轨接触力和稳定性方面的性能。空气弹簧由气囊和附加橡胶弹簧组合而成的自由膜型式，适用于水平位移大的无摇枕转向架。通过调整水平阀和转向架构架之间的控制杆的长度调整由于轮对磨损带来的车辆高度的变化。在每次镟轮之后需进行这样的调整。车辆水平阀调节车辆垂向位移至死挡高度约±3mm，此时空气流通停止。这避免空气的过度消耗。在死挡之后，空气流通增加保证悬挂系统的全功能。来自空气悬挂设备的空气信号与旅客载荷成比例并被传送到制动控制单元，用作负载补偿。图二系空气弹簧悬挂装置图1一气囊2一外筒3-下面板4-橡胶垫5-橡胶堆6一0型圈图抗侧滚装置为限制车体在过曲线和遇强风时过度倾斜，转向架上装有抗滚杆。抗滚杆由一扭力杆件和两个导向杆组成，扭力杆水平与转向架构架相连。图扭力杆牵引装置图牵引装置如下图是典型的高速车辆牵引装置，其结构是中心销上端用螺栓同定在车体枕梁上，下端插在能传递纵向力的牵引梁孔中，能够自由垂向运动和回转。中央牵引连接杆传递车体与转向架间的牵引力及制动力，使转向架具有相对于车体在横向、垂向、侧滚、点头等方向的自由度。牵引拉杆距轨面的高度经优化后，可减少转向架的点头振动，降低牵引和制动时对轮重转移的影响。牵引拉杆的两端都装有弹性橡胶节点，可以吸收一定的振动。牵引装置主要包含的零部件有:横向挡组成、中心销、中心销套、牵引梁、牵引拉杆、横向减振器等。各零部件及其功能如下:中心销的上端通过定位脐和六个螺栓固定在车体的枕梁中心，下端插入牵引内，通过中心销套将中心销与牵引梁连接在一起，牵引梁和构架之间通过两个呈“Z”字型布置的牵引拉杆连接;中心销套是由内外钢套及橡胶硫化而成，通过挤压中心销套，消除中心销、中心销套、牵引梁之间的间隙，实现了无间隙牵引，中心销套的橡胶变形还可以满足车体和转向架之间的相对转动，从而消除磨耗。转向架与车体摇枕通过中心销连接，中心销铸钢制成并通过螺栓与摇枕固定。一带橡胶混合物弹簧的铸铁套插入中心销底部与其相配。对角线布置的带回弹部件的牵引杆传递中心销套和转向架构架之间的牵引和制动力。电机驱动装置牵引电机安于悬挂的电机架上。电机架横向具有弹性。一安全杆用于固定电机并防止其向轨道的垂向移动。安全杆插入转向架构架中心横梁和电机架的座中。为使齿轮装置可垂向移动，在牵引电机和齿轮装置中间有一弹性连接器如图。齿轮装置的一端在轴的滚动轴承中运动，另一端通过一反力杆在转向架构架处悬挂。因此，约三分之二的齿轮质重量为簧下质量，三分之一的质量为一系悬挂质量（通过反力杆在转向架构架上的悬挂）。一安全止挡用于提供当反力杆损坏时防止齿轮装置掉到轨道上。转向架连接具有限制车体相对转向架的纵向位移，限制车体的横向位移和与车体一同吊起的功能。在不卸开任何悬挂系统部件的情况下，转向架可与车体一同被吊起。为此，在二系和一系悬挂处提供安全吊起装置。二系和一系悬挂处的安全吊起装置可用简单常用的工具分离，使轮对和整个转向架移出。图电机悬挂装置基础制动装置成动车组具有再生制动、空气制动、停放制动。采用微机控制的直通式空气制动(正常制动)和自动式空气制动(救援和空气制动)相结合的空气制动系统。在整列车上应用了内冷式盘制动。在动力轴上采用钢制轮装制动盘，在非动力轴上采用钢制轴装制动盘。拖车轮对采用三个轴装制动盘，动力转向架采用两个轮装制动盘。轮装制动盘和轴装制动盘都采用特殊的烧结制动闸片，甚至在平均制动初速度为300km/h也能够保证统一接触和承载重量。制动系统在列车最佳实用性和安全性上具有高度冗余性。一旦列车由于制动故障而停止运行，相应设备会提供列车移动到下一停止点的能力。基础制动采用轮盘制动甲单元制动装置内设有问瓦间隙自动调整器，以保证闸瓦与踏而间隙始终保持在规定的范围内。每轴带有1个空气缓解、弹簧施压的停放制动装置。动车组具有再生制动、空气制动、停放制动。采用微机控制的直通式空气制动(正常制动)和自动式空气制动(救援和空气制动)相结合的空气制动系统。制动设备包括动力轴的轮盘制动盘和非动力轴的制动盘。动力转向架的制动盘直径为750mm，动力转向架采用轮盘制动，每个轮上安装轮盘制动盘。制动盘和车轮踏面不得涂抹防锈油，所有其他裸露金属表面都应涂抹防锈油。7转向架附属装置设计附属装置主要由撒砂装置、扫石器组装、轮缘润滑装置、侧挡装配、垂向止挡、等组成。撒砂装置本次转向架设计采用的全套撒砂装置，主要包括：砂箱、砂箱盖、撒砂器和砂管加热器；沙箱在车体上和撒砂器分开，砂箱为全钢板焊接成的方形结构，分前后两种砂箱，同时砂箱还分为左右。系统全封闭，砂箱盖具有气密性，撒砂器有对箱体内砂子进行烘干功能，砂管加热器可以保证在寒冷风雪天气的撒砂顺畅。砂箱盖是保证砂箱密封的装置，它可以保证箱体内10kpa的正压。轮缘润滑装置轮缘润滑装置本次设计中采用干式接触式的GR-1型机车轮缘润滑器，该装置挤结构简单、实用、故障少、易管理、成本低、干式润滑剂无毒阻燃，是高分子复合材料制造而成的，使用方便，不污染机车。该装置主要由安装板、导管、弹簧盒、牵引钢丝绳及推料杆等组成。其工作原理是弹簧储存的能量通过推料杆传递给润滑块。延导管方向压靠在轮缘部位，借助车轮转动时的相对摩擦，使轮缘部附着一层干式润滑膜，达到减磨目的。扫石器组装扫石器组装通过4个M16×80螺栓把紧在转向架构架前端梁下盖板上，其主要由支架装配、连接板装配、调节板和扫石管装配等零部件组成。支架装配、连接板装配、调节板和扫石管装配均通过螺栓把对在一起。其中调节板上开有两个长孔，主要用来调节扫石管距离轨面的高度。扫石管装配中的扫石管由夹布橡胶管加硬杂木塞制成，在组装过程中要保证扫石管距离轨面的高度为为20-30mm，扫石器组装作用主要是在机车运行过程中将存留在钢轨面上的石块等杂物扫掉，保证行车安全。结论我国高速铁路发展正处在关键时期，通过几次引进消化吸收，吸取了其他国家高铁发展的经验和教训，实现了动车组国产化，又自主研发了CRH380等动车组。通过这次课题设计我对动车组转向架走行部有了更新的认识，对solidwords三维实体设计软件应用更加熟练。课题设计中的主要工作：搜集了大量的有关资料，学习了多种CRH系列的动车组转向架的有关知识。充分借鉴CRH3型动车组转向架，完成了本次转向架设计的总体设计和性能参数的确定，完成了转向架三维装配图，对动车组转向架进行了更全面的学习了。对以前学习的知识进行了巩固和补充学习课题设计中存在的问题：由于时间和自己能力的问题，未完成转向架基础制动装置、齿轮箱及转向架附属装置的图纸绘制。对有些零部件和材质的选择有些欠合理，对转向架设计中的有些影响因素考虑不全，都是由于自己有关知识的欠缺。这都是我以后工作和学习的重要教训，也让我学会了如何快速的补充以往的知识，对我以后都有积极的影响。致谢通过这三个月来的忙碌和学习，本次设计已接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，在这里衷心感谢导师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，让我按时完成了这次毕业设计。在毕业论文设计过程中，我遇到了许许多多的困难。在导师朱喜锋的悉心的帮助和耐心的指导下，克服了遇到的一个个难题。除了敬佩朱喜锋老师的专业水平以外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将影响我今后的学习和工作。还要感谢大学四年传授我们专业知识的所有老师，谢谢你们呕心沥血的教导，让我在大学四年里不断成长和进步。还有谢谢我周围的同窗和朋友，他们给了我无数的关心和鼓励，也让我的大学生活充满了温暖和欢乐，并在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。如果没有他们的帮助，此次毕业论文的完成将变得更加困难。毕业设计结束了，通过这次设计，不仅仅帮助我们检验大学四年的学习成果，也帮助我们更加清楚的认识自我，磨练学生的意志与耐性，还学会了不少实用软件的使用,这将会为日后的工作和生活带来很大的帮助。参考文献[1]张曙光.高速列车设计方法研究[M].中国铁道出版社.2008.[2]董锡明.现代高速列车技术[M].中国铁道出版社.2006.[3]王伯铭.高速动车组总体及转向架[M].中国铁道出版社.2008.[4]商跃进.动车组车辆构造与设计[M].西南交通大学出版社.2010[5]王建斌.高速动车组转向架构架强度设计与试验验证[D]西南交通大学.2010CTRL+A全选可调整字体属性及字体大小-CAL-FENGHAI.NetworkInformationTechnologyCompany.2020YEAR