车轴受力分析

基于日本标准的强度分析

采用日本JIS．E．4501铁道车辆车轴强度设计方法和JIS．E．4502铁道车辆车轴品质要求，对CRH2动车组非动力车轴进行疲劳强度计算和分析。

日本的车轴疲劳强度计算中考虑了车体振动引起的垂向和横向加速度对弯曲

应力的影响，不过动载荷系数的取法与欧洲有所不同，在欧洲标准中，一般垂向动态载荷系数α=O．25，横向动态载荷系数卢β=0．175，

日本标准中的动态载荷系数

日本JIS车轴的受力简图

然后通过相关资料找到

ZMA120型车非动力车轴参数如下表: d

mm r

mm j mm g mm a mm h mm x mm

y mm l mm 202

840

2100

1493

170

1400

63

72

135

其中轴重为14t

，经换算得到W=137.2kn V Km/h Av Al W kn P kn Q0

kn

R0

kn 80 0.42 0.20 137.2 27.44 18.29 41.17 100 0.52 0.24 137.2 32.93 21.93 49.41 120

0.62

0.28

137.2

38.42

25.61

57.64

轮座处得许用应力awb 取147Mpa ，该车轮处得弯矩、应力计算结果和安全系数列于下表

一 车轴的强度分析

(一)基于日本标准的强度校核

采用日本JIS ．E ．4501铁道车辆车轴强度设计方法和JIS ．E ．4502铁道车辆车轴

品质要求，对A 型080城轨车辆非动力车轴进行疲劳强度计算和分析。

日本的车轴疲劳强度计算中考虑了车体振动引起的垂向和横向加速度对弯曲

应力的影响，不过动载荷系数的取法与欧洲有所不同，在欧洲标准中，一般垂向 动态载荷系数为O ．25，横向动态载荷系数为0．175，它们与车辆的运行速度无关；

而日本标准中，动态载荷系数取决于运行线路和速度，具体的取值见下表。

日本标准中的动态载荷系数

线路状态

等级

速度V km/h

αv

αl

改进的高速

线 SA

200—350

0．0027v

0．030+0．00060 v

高速线A A 150-280 0．0027v 0．030+0．00085 v 改进的既有

线A A

60—160 0．0027v 0．040+0．0012 v

<60 0.16 O ．11 既有线B

B 60～130

0．0052v

0．060+0．0018 v

<60 0.31 0．17

符号说明

符号说明单位a mm d 轮座径mm

g 车轮踏面间距离mm

h mm j mm l mm r 车轮踏面半径mm Z 轴轮座处抗弯截面模数mm*mm P 横向力N Q. 颈上的垂向力，N R. P引起的踏面上的垂向力N W 车辆轴重N M1 轮座处P引起的弯曲力矩mN*m M2 轮座处垂向动态载荷引起的弯曲力矩mN*m M3 轮座处横向力引起的弯曲力矩mN*m σb 轮座处的弯曲应力N/mm σwb N/mm σL

σv 垂向动态载荷系数

m 安全系数

n 疲劳安全率

G 车轴重心

V 使用最高速度

车轴受力简图

车轴相关参数列表。

d mm

r

mm

j

mm

g

mm

a

mm

h

mm

x

mm

y

mm

l

mm

202 840 2100 1493 170 137.2 63 72 135 根据标准JIS．E．4501，车轴轮座位置的弯曲应力由下式确定：

在我国，动车组实际运行线路既有改进的既有线路又有客运专线，并且很快将有满足90km／h时速的高速线路，所以在计算中，车辆的运行速度按照不同的线路情况选取，分别取为90km／h、80km／h和60km／h。车轴的动态载荷系数和载荷计算结果列于下表

A 型地铁080车辆非动力车轴载荷计算结果

V km/h σv σL W

kN

P

kN

Q.

kN

R.

kN

80 0.42 0.20 137.2 27.4 18.3 41.2

100 0.52 0.24 137.2 32.9 21.9 49.4 120 0.62 0.28 137.2 38.4 25.6 57.6 轮座处的许用应力取147MPa，该车轴轮座处的弯矩、应力计算结果和安全系数列于表

A型地铁转向架非动力车轴轮座处的应力计算结果

V km/h

M1

Kn*mm

M2

kN*mm

M3

kN*mm

σb

Mpa

n

60 17405 2785 9363 62.2 2.4

80 17405 3759 10291 67 2.2

90 17405 4229 11268 70 2.1

A型地铁转向架车轴材料为25CrMo4，采用高频淬火热处理和滚压工艺，根据JIS．E．4502取车轴轮座处的疲劳许用应力为147MPa。由表5．10可见，A 型地铁转向架非动力车轴轮座处的最大弯曲应力为70MPa，出现在时速90km/h 的运行条件下，远小于材料的许用应力，安全裕度较大。因此，按照日本标准，该车轴满足强度设计要求。

（二）欧洲标准与日本标注车轴强度分析的比较

通过采用欧洲标准和日本标准对arm0808型车城轨车辆非动力车轴进行强度分析，可以发现，两种标准计算车轴强度有很大区别，主要体现在以下方面：

1. 强度计算的部位不同。日本标准重点考虑轮座部位的疲劳强度，而欧