李晓静

（吉林铁道职业技术学院，吉林吉林132200）

高速转向架车轴强度分析

李晓静

（吉林铁道职业技术学院，吉林吉林132200）

车轴是高速车辆转向架中最重要的部件之一，它是轮对转动的中枢，其质量的好坏，直接关系到运行的安全，所以在制造、维修中必须要严格要求。由于车轴在运用过程中承受很大的静载荷和动作用力、组装应力、制动力以及曲线通过时的构架力等，因此要求车轴必须有足够的强度。文章采用CAE分析的方法对高速转向架车轮的强度进行分析。

高速转向架；车轴；CAE；强度分析

车轴上承受的载荷是比较复杂的。它既承受由于机车、车辆自重而产生的弯矩，另外还承受很大的扭矩。在压装的过程中，轴承、轮心、齿轮等都会在车轴上引起组装应力；还包括牵引电动机的静载荷、动载荷。当列车通过曲线时，外轮的导向力将给车轴一个相当大的附加弯矩。因此在设计车轴时，必须尽可能减小车轴的应力集中，并且采取有效的工艺措施提高疲劳强度。

1 CAE基本概念

CAE是计算机辅助工程的缩写，指的是用计算机辅助求解、分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。其核心思想就是有限元方法，CAE软件能够作静态结构分析，动态分析，还能研究线性、非线性问题。

有限元方法的基本思想是先将结构进行离散化，之后用有限个容易分析的单元来表示一个复杂的对象，单元与单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件进行综合求解。这种方法可以改变求解的精度，主要是通过改变单元的数目，单元数目足够多时，就可以得到与真实情况无限接近的解。

应用CAE软件对工程或产品进行性能分析和模拟时，一般要经历以下3个过程：

（1）前处理：该过程就是对工程或产品建模，建成合理的有限元分析模型。

（2）有限元分析：对有限元模型进行单元特性分析、有限元单元组装、有限元系统求解和有限元结果生成。

（3）后处理：得到分析结果以后，根据工程或产品模型的设计要求，对有限元分析结果进行用户所要求的加工以图形方式提供给用户，最终帮助用户判定计算结果与设计方案的合理性。

2 车轴CAE强度分析过程

（1）受力分析。车体→空气弹簧→构架→一系弹簧→轴箱→车轴

（2）应力分析。前处理：定类型：设为静态分析。画模型：运用solidworks2011车轴模型。设属性：定车轴材料为合金钢。分网格：共22620个节点，13941个单元。

（3）求解。添约束：在轮座下侧添加弹性支撑，轮座处添加高级约束。加载荷：在轴颈处施加载荷，根据实际情况计算载荷一侧为87200N，另一侧为66840N。齿轮箱座处添加力矩，如图1所示。查错误：载荷列表后进行检查。求结果：进行有限元分析

（4）后处理。轮对车轴CAE分析，该车轴应变图如图2所示。

图1 车轴网格、载荷图

图2 车轴应变图

3 结语

由分析结果得知，车轴中最大的应力为63.8MPa，如图中的红色位置处。依据相关标准查得，动车、拖车车轴的疲劳许用应力值为85MPa，与强度评价标准比较的结果是轴的各部位均是安全可靠的。

［1］李印川.高速客车转向架轮对强度分析［D］.成都：西南交通大学,2011.

［2］李晓东,何忠韬.高速动车车轴的CAD/CAE分析［J］.机械工程与自动化，2012，（1）：13-14.

［3］马龙,林君山.CAE技术在高速列车研发中的应用［J］.计算机辅助工程,2010，19，（1）.

李晓静（1990-），女，内蒙古赤峰人，硕士研究生，助教，主要研究方向：车辆动力学、机车总体。