25t轴重重载货车车轮强度分析_王宏林

文章编号:100227602(2007)1220001203

25t轴重重载货车车轮强度分析

王宏林,李　芾,黄运华

(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)

摘　要:根据U IC和欧洲EN的有关标准确定车轮的机械载荷及载荷工况,考虑到轮轴过盈配合,计算了25t轴重重载货车磨耗到限车轮的应力,并对该车轮进行了静强度和疲劳强度评定。计算结果表明,在机械载荷作用下,25t轴重重载货车磨耗到限车轮的静强度和疲劳强度均满足设计要求。

关键词:货车;车轮;静强度;疲劳强度

中图分类号:U270.1+2 文献标识码:A

车轮作为铁路货车的重要承载部件,其可靠性与列车的安全运行密切相关。随着轴重的增加,对车轮的静强度和疲劳强度也提出了更加严格的要求。运行过程中的车轮承受多种复杂的载荷,轮轨间作用力、制动过程中由摩擦产生的制动热负荷、轮轴间过盈配合、高速旋转引起的离心力等对车轮的应力分布都有很大的影响。本文对25t轴重100km/h货车车轮进行了强度分析。在进行车轮强度分析时考虑了轮轴间过盈配合的影响,使计算结果更接近车轮实际工作情况。

1　研究对象

我国铁路的货运速度由80km/h左右提高到100 km/h,车辆轴重也由21t提高到23t及25t,速度和载重的提高增加了车辆制动功率以及轮轨动作用力,对车辆转向架提出了更高的要求。因此,本文以25t 轴重100km/h货车车轮(新型轻量化S形辐板车轮)为研究对象。该轮新轮直径为840mm,磨耗到限时直径为786mm。由于磨耗到限车轮比新轮的工作环境更加恶劣,故本文对磨耗到限车轮进行了强度分析。

铁道车辆轮轴装配采用过盈配合的方式组装,其过盈量控制在轮毂孔直径的018‰～115‰之间[1],本文取其最大值(过盈量为01315mm)。

2　车轮强度分析

2.1　有限元模型

由于车轮结构和载荷是轴对称的,故在分析时选取结构的二分之一建立有限元模型。模型包括37722个节点,33180个三维实体单元。为考虑模型的几何

收稿日期:2007206208

基金项目:教育部高等学校骨干教师资助计划项目

作者简介:王宏林(19842),女,硕士研究生。特性,在对称面上施加对称约束,在轴的一个端面上施加全部约束。有限元模型如图1所示

。

2.2　计算工况

车轮机械载荷作用位置和方向如图2所示。图中,p为转向架轮重,p j=1125p(j=1,2,3),H2= 017p,H3=0142p

。

根据U IC510—5:2003《整体车轮技术认证》和EN13979—1:2001《铁路应用轮对和转向架车轮技

?

1

?

　试验研究铁道车辆　第45卷第12期2007年12月　

术认证方法第1部分:铸钢和碾钢车轮》,计算工况分

为以下4个:

(1)垂直静载荷工况:垂直静载荷p +过盈量Δ;(2)直线运行工况:垂直动载荷p 1+过盈量Δ+最高运行速度对应的角速度;

(3)曲线运行工况:垂直动载荷p 2+横向动载荷H 2+过盈量Δ+最高运行速度对应的角速度;

(4)道岔通过工况:垂直动载荷p 3+横向动载荷H 3+过盈量Δ+最高运行速度对应的角速度。

2.3　车轮强度评定2.

3.1　车轮静强度评定

为使车轮满足运用要求,车轮各关键点的Von Mises 应力应小于车轮的许用应力值。该车轮材料为CL60,静强度许用应力为307M Pa [2]。但是,在轮毂边缘处,由于过盈配合以及孔边缘应力集中,使得该位置的应力较高。孔边的高应力范围较小,不会对车轮构成危害,并且车轮从未在该处发生失效[2],所以轮毂孔边缘的静强度许用应力为418M Pa [3]。

各工况下车轮的Von Mises 应力云图见图3～图6

。

各载荷工况下的最大Von Mises 应力见表1。

表1　车轮各工况下最大V on Mises 应力

MPa

载荷工况应力

位置垂直静载荷工况309轮轴接触处直线运行工况310轮轴接触处曲线运行工况337轮轴接触处道岔通过工况

322

轮轴接触处

由图3～图6和表1可以看出,垂直静载荷工况和直线运行工况关键部位的最大等效应力很接近,都为310M Pa ,曲线运行工况车轮的最大Von Mises 应力达到337M Pa ,而道岔通过工况也达到322M Pa 。以上4种工况的最大应力都发生在轮轴接触处,各工况的最大应力都小于轮毂孔边缘的静强度许用应力(418M Pa ),并且除轮毂孔边缘外,其他位置的Von Mises 应力均小于车轮材料的许用应力(307M Pa ),因此各工况的静强度均满足要求。轮轴接触面沿轴向应力分布总体趋势为中部低、端部边缘高。由于轮毂孔应力集中,最大应力值出现在轮毂孔边缘处。

?

2?铁道车辆　第45卷第12期2007年12月　

2.3.2　车轮疲劳强度评定

由于车轮的转动,其上各点的应力均呈三向交变应力状态。有关文献[4]指出,结构产生疲劳裂纹的方向与最大主应力方向相互垂直。因此,根据疲劳破坏的这个显著特点,将三向应力状态转化为单向应力状态,计算应力循环的平均应力和应力幅值,根据制造材料的修正G oodman 曲线进行车轮疲劳强度的评定。车轮疲劳强度的评定方法如下:

(1)确定车轮在不同载荷工况作用下的主应力值和方向;

(2)将所有载荷工况作用下的最大主应力方向确定为基本应力分布方向,其值为计算最大主应力σmax ,计算其与结构基准线的夹角α;

(3)将在其他载荷工况作用下的三向主应力投影到基本应力分布方向上,将其投影值最小的应力值确定为最小主应力σmin 。

根据上述方法得到了最大和最小主应力值,按下式计算平均应力σm 和应力幅σa :

σm =

σmax +σmin

2σa =

σmax -σmin

2根据文献[3]中的车轮材料特性,得到了Haigh 形式的修正G oodman 疲劳极限图(图7),并使用该图校核车轮各关键部位的疲劳强度

。

由图7可见,在机械载荷作用下,25t 轴重重载货

车磨耗到限车轮各关键部位的应力幅均低于材料的允许范围,该车轮的疲劳强度满足要求。此外,该车轮各区域都有一定的应力幅裕量,疲劳薄弱部位位于轮对内侧轮辋与辐板过渡处和轮毂与辐板过渡处。

3　结束语

计算结果表明,在各种机械载荷工况下,25t 轴重重载货车磨耗到限车轮关键部位的等效节点应力均低于CL60钢的许用应力,车轮静强度满足要求;使用U IC 推荐的车轮疲劳强度评定方法,对该车轮在机械载荷作用下的疲劳强度进行了校核,其疲劳强度满足设计要求。需要指出的是,本文只考虑了机械载荷作用下的强度,未考虑制动热载荷的影响。

参考文献:

[1]　陈胜利.铁道轮轴配合有限元分析[J ].铁道车辆,2003,41(5):

16—17.

[2]　刘会英,张澎湃,米彩盈.铁道车辆车轮强度设计方法探讨[J ].铁

道学报,2007,29(1):102—108.

[3]　郑红霞.货车车轮辐板孔裂纹形成原因及疲劳裂纹扩展特性研究

[D ].北京:北京交通大学,2007.

[4]　米彩盈.有限元法基础和铁道车辆结构分析[M ].成都:西南交通

大学,2005.

(编辑:李　萍)

世界铁路载重量最大的落下孔式货车

———D 45型450t 落下孔车成功运输中国一重集团公司5m 轧机机架

2007年9月10日—23日,D 45型落下孔车分2次成

功运输了中国一重集团公司为鞍钢集团公司生产的2片

5m 轧机机架。机架长度为15200mm ,最大半宽为2300mm ,高度为4670mm ,重量为405t ,是国内最大的轧钢

机架。该轧钢机主要用于轧制特大型部件,是国家重点建设项目所需的重大设备。重车重心高2327mm ,运输总重为412t 。货物发站富拉尔基,到站鲅鱼圈,途经哈尔滨、沈阳铁路局,往返走行里程4000多km 。

D 45型落下孔车是按照铁道部科技研究开发计划的要

求,由齐车公司主持,四方所、铁科院机辆所、大连交大等单位参加,为中铁特货运输公司研制生产的。该车28轴,载重为450t ,落下孔长度为16100mm ,最大宽度为

2350mm ,是我国国内正线铁路载重量最大的货车,也是

世界铁路载重量最大的落下孔车。该车的运用使我国铁路长大货物车载重吨位迈上了400t 级的新台阶,也有力支持了振兴东北的工业化进程。

(中国北车集团四方车辆研究所　田葆栓供稿)

?

3?　25t 轴重重载货车车轮强度分析　王宏林,李　芾,黄运华

ABSTRACT

Strength Analysis of Wheels for H eavy H aul Freight

C ars with the Axle2load of25t

WAN G Hong2lin,et al.

(female,born in1984,graduate st udent for master degree,School of Mechanical Engineering of Sout hwest Jiaotong University,Chengdu610031, China)

Abstract:The mechanical loading and loading conditions of wheels are determined according to U IC code and European EN standards.Wit h t he consider2 ation of wheel2axle interference,t he stresses of wheels worn to limit for heavy haul f reight cars wit h t he axle2load of25t are calculated,and t he static st rengt h and fatigue st rengt h evaluations are carried out on t he wheels.The analysis result shows t hat t he static st rengt h and fatigue strengt h of wheels worn to limit for heavy haul freight cars wit h t he axle2load of 25t can bot h meet t he design requirement s.

K ey Words:freight car;wheel;static st rengt h; fatigue st rengt h

R esearch on the Noise Distribution Pattern inside Cushioned B erth R ail w ay Passenger C ars

at Different Running Speeds

L IU Yan,et al.

(male,born in1956,p rofessor,School of Traf2 fic and Transportation Engineering of Dalian Jiaotong University,Dalian116028,China)

Abstract:The multi2channel synchronous noise measurement is made on t he cushioned bert h railway passenger cars wit h t he multi2channel noise measure2 ment and analysis system,t he dist ribution pattern of noise inside cushioned bert h railway passenger cars at different running speeds is analyzed,so t hat t he ba2 ses are provided for t he noise p revention and reduc2 tion design of newly manufact ured railway passenger cars in our country.

K ey Words:railway;cushioned bert h passenger car;noise;measurement

R esearch on Passenger C ar’s N egotiation

L IU Feng2gang,et al.

(male,born in1963,senior engineer,Coupler and Draft Gears Depart ment of CN R Sifang Rolling Stock Research Instit ute,Qingdao266031,China) Abstract:There is certain deviation from t he re2 quirement s of relevant standards when t he new type passenger cars negotiate a curve.Via calculations and analysis,wit h t he combination of relevant require2 ment s in t he U IC codes,suggestions for revision of several standards relating to t he negotiatio n capabili2 ty are given.

K ey Words:passenger car;coupler;negotiatio n

Development of the KF702VEN Side Dump C ars

YAN G Shi2wei,et al.

(male,born in1969,senior engineer,Product Develop ment of CSR Meishan Rolling Stock Works, Meishan620032,China)

Abstract:The technical parameters,main st ruc2 t ure feat ures,test result s and st rengt h calculatio n of t he KF702V EN automatic dumping car are described. The dumping stability of t he car2body and t he dy2 namics performance of t he car are analyzed.

K ey Words:side dump car;stability;technical parameter;st ruct ure feat ure;test result

Development of NHWH Export to the

Australia Coal H opper C ars

L I Chun2yu,et al.

(male,born in1973,graduate st udent for mas2 ter of engineering,School of Mechanical of Dalian Jiaotong U niversity,Dalian116028,China)

Abstract:Described are t he main feat ures,tech2 nical parameters,st ruct ure and testing of N HW H Aust ralia Coal Hopper cars.

K ey Words:coal hopper car;st ruct ure;technical parameter

Development of the4D2Axle Welding Frame Type Bogies for N ew Type Speed Increased120t

Long and Big C argo Flat C ars

XU Shan2chao,et al.

(male,born in1966,senior engineer,Technical Center of CN R Qiqihar Railway Car(Group)Co., Ltd.,Qiqihar161002,China)

Abstract:Described are t he develop ment target, main technical feat ures and parameters,main st ruc2 t ure,finite element calculatio n result s and testing of t he4D2axle welding f rame type bogies.

K ey Words:welding f rame type bogie;balance device;technical parameter;bogie st rengt h;dynam2 ics performance

Feasibility Discussion of the Parallelizable T echnology for the Output of DC600V Inverters

L I Zhao2ping

(male,born in1976,engineer,Elect rical R&D Center of CN R Sifang Rolling Stock Research Insti2 t ute,Qingdao266031,China)

Abstract:In view of t he isolation and redundancy p roblems existing in t he DC600V power supply sys2 tem,t he feasibility of t he parallelizable technology for t he outp ut of DC600V inverters is discussed.

K ey Words:DC600V;parallelizability;isola2 tion;redundancy

Discussion of the Supersonic Fla w Detection T echnology for the Wheel Seat Inlaid P art of the Disc B raking Wheelsets for Speed Increased Passenger C ars

有限元分析在轮毂设计中的应用_王渭新

现代制造技术与装备２００７第４期总第１７９期 在汽车的零部件中，轮毂由轮辋及轮辐构成，是一个高速转动和承受汽车总载荷的零部件，轮辋结构遵照《ＹＥＡＲＢＯＯＫＦＯＲＴＨＥＴＩＲＥＡＮＤＲＩＭＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ》标准规定设计，轮辐的形状则多种多样，没有统一的要求。轮毂的强度和刚度无论从安全性还是性能方面考虑都至关重要。本文通过有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对车轮进行弯曲疲劳、径向疲劳和冲击应力的模拟分析，最后结合试验结果对模拟分析进行验证，为轮毂设计开发人员提供可靠的设计依据，进而缩短开发周期、减少开发费用，从而提高企业的竞争力［１－２］。 １疲劳破坏的基本概念和车轮安全性试验的具体要求１．１疲劳破坏的基本概念 零件在受到交变的循环载荷作用并在达到一定的循环次数时，零件的表面会产生裂纹、裂纹继续扩大会导致构件断裂。零件表面产生裂纹称为疲劳破坏。疲劳破坏的过程是零部件在循环载荷作用下，在局部的最高应力处，最弱的及应力最大的晶粒上形成微裂纹，然后发展成宏观裂纹，裂纹继续扩展，最终导致疲劳断裂。所以，疲劳破坏经历了裂纹形成、扩展、和瞬断三个阶段［３－４］。 １．２车轮安全性试验的具体要求 由于汽车轮毂是一个高速转动和承受汽车总载荷的零部件，其在工作过程中承受交变的循环载荷：动态弯矩、动态径向力和路面的冲击力，因此轮毂装车前必须通过汽车行业标准ＱＣ／Ｔ２２１－１９９７和国家标准ＧＢ／Ｔ１５７０４－１９９５规定的三项强度测试试验。这三大强度试验分别是弯曲疲劳试验，径向疲劳试验，冲击试验［５］。 ２车轮安全性试验的有限元分析 ２．１车轮安全性试验有限元分析的概述 本文研究的铝合金车轮材料为Ａ３５６，经过Ｔ６热处理（固熔＋时效处理）。因此在ＡＮＳＹＳ中输入材料属性（ＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｐｅｒｔｙ）时，选择为各项同性（Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ），并且是线弹性的（ＬｉｎｅａｒＥｌａｓｔｉｃ），同时需要限定的参数（材料特性）为： 弹性模量Ｅ：７１Ｅ０９Ｎ／ｍｍ２； 密度ρ：２．７＊１０－３ｇ／ｍｍ２； 泊松比：０．３３。 ２．２弯曲疲劳试验有限元模拟 ２．２．１试验概述 弯曲疲劳试验模拟汽车转弯时车轮的受力状态，试验台有一个旋转装置，车轮可在一个固定不动的弯矩作用下旋转，或是车轮静止不动，而承受一个旋转弯曲力矩作用。见图１。 图１弯曲疲劳试验装置 ２．２．２试验弯矩 试验弯矩由下式确定： Ｍ＝（ｕ?Ｒ＋ｄ）?Ｆ?Ｓ（１）式中Ｍ—— —弯矩（Ｎ?ｍ）； ｕ—— —轮胎和道路之间的摩擦系数，设定为０．７； Ｒ—— —静载半径，是轮毂厂或汽车制造厂规定的该轮毂配用的最大轮胎静载半径（ｍ）； ｄ—— —轮毂的内偏距或外偏距，取绝对值，按轮毂规定（ｍ）； Ｆ—— —轮毂最大额定载荷，由轮毂厂或汽车制造厂规定（Ｎ）； Ｓ—— —试验强化系数。 有限元分析在轮毂设计中的应用 王渭新张磊刘智冲 （戴卡轮毂制造有限公司，秦皇岛０６６００３） 摘要：轮毂是汽车中的重要零部件，既要具有高承载能力，又要满足整体外观个性化设计要求，其设计与开发中也主要体现了此设计理念，因此其制造企业要想赢得市场，提高产品的竞争力，必须改变原有的紧靠设计经验开发轮毂的传统的设计开发模式。本文以有限元分析软件ＡＮＳＹＳ和三位造型软件ＵＧ为工具，建立了与轮毂实际的弯曲疲劳试验、径向疲劳试验、冲击试验相等效有限元分析模型，对轮毂的可靠性进行预测，为轮毂产品的设计开发人员提供设计依据。 关键词：有限元分析轮毂疲劳设计ＡＮＳＹＳ 安装面 试验加载力臂 ３２

弯曲工况下车轮强度、疲劳分析方法对比

弯曲工况下车轮强度、疲劳分析方法对比 车轮主要由轮辋和轮辐组成。轮辋是支撑轮胎的基座，轮辐是作为车轮和车轮轮毂的连接件，主要起传递载荷（垂直力、侧向力和切向力转矩）的作用[1]。轮辋与轮辐焊接后与轮胎组成一个整体，共同承受汽车的重力、制动力、驱动力、汽车转向时产生的侧向力及所产生的力矩，还要承受路面不平产生的 冲击力。车轮工作条件严酷，其质量直接影响汽车行驶过程的安全性，因此， 应有一定的强度、刚度和工作耐久性能。在汽车车轮的实际使用过程中，80% 以上的车轮破坏是由疲劳破坏引起的，而在衡量疲劳性能的径向疲劳试验中， 又以弯曲疲劳失效率最高。国外建立了JWL、DOT 和ISO 等相关车轮弯曲疲 劳试验标准，这些标准都是模拟车轮在弯矩作用下的受载情况。我国《GB/T 5334-2005 乘用车车轮性能要求和试验方法》对于乘用车车轮的试验方法进行了规定。该试验是使车轮在一个固定不变的弯矩下旋转，或是车轮静止不动承 受一旋转弯矩，以车轮不能继续承受载荷（如结构失稳）和出现侵入车轮断面 的可见疲劳裂纹为失效标准。本文利用5 种建模方式对车轮进行离散，对弯曲工况车轮的强度与疲劳分析结果进行对比，寻找简单且结果准确的建模方式。 1 模型描述本文利用HyperMesh 软件分别采用以下五种方式进行建模。1.1 模型1（壳单元离散，不考虑接触与预紧力）轮辋、轮辐与焊缝均使用壳单元模拟，总装件的螺栓连接与加载轴均用KINCOUP 刚性单元模拟，加载圆盘使用 B31 模拟，如图1 所示。1.2 模型2 （体单元离散，不考虑接触与预紧力）轮辋、轮辐、焊缝使用实体单元模拟，总装件的螺栓连接与加载轴均用KINCOUP 刚性单元模拟，加载圆盘使用B31 模拟，如图1 所示。图1 未考虑预紧力的车轮有限元模型 1.3 模型3（壳单元离散，考虑预紧力，接触对模拟接触）轮辋、轮辐与焊缝

浅谈轮胎的正确使用与维护

浅谈轮胎的正确使用与维护 【摘要】：轮胎在汽车使用过程中，是仅次于燃料的运行消耗材料，费用在运输成本中约占5%-10%；在行车安全层面上来说，轮胎是汽车上唯一直接接触路面的部件，轮胎直接影响着汽车驱动、制动、避震、操纵稳定性以及乘坐的舒适性。本文从轮胎的科学使用维护理论出发，结合多年的行车经验，详述轮胎实用过程中的正确使用与维护。 【关键词】：轮胎配装维护行车习惯 交通事故统计数字表明：90%的交通事故，特别是翻车事故，是由于轮胎故障直接或间接造成。专家提醒我们广大司机必须充分认识轮胎。掌握正确的使用方法和养护轮胎，及早防止或消除轮胎的异常磨、破损，对降低运输成本、提高车辆安全性能将起着积极作用。正确使用与维护轮胎有效措施主要有：合理配装、加强维护、养成良好行车习惯等。 一、合理配装轮胎 轮胎配装时，必须是同一规格尺寸、花纹形式和帘布层级的轮胎，严禁高压胎与低压胎、钢丝胎与棉帘线胎、普通花纹胎与越野花纹胎同轴混装。新、旧轮胎混装时，其半径差一般不得大于3mm，直径较大的轮胎应作后桥外档轮胎。车辆换胎时，在条件允许的前提下，最好实行整车换胎。这样便于换位、保证正常磨耗，减少损坏，有利于提高翻新率，同时也便于各车之间对比。 使用配装同一轴上的轮胎，应注意以下几个具体问题： 1、规格相同。若选用轮胎规格不同，轮胎的直径和断面宽不一样，负荷分布也就不一样。因此要求同一轴上必须相同规格。另外，前后轴没有特殊要求的车辆其轮胎规格也应相同。 2、结构相同。子午线轮胎线排列垂直于轮钢，故径向变形大、缓冲性好、带束层比较坚硬，故周面变形小，转一圈接近周长的长度，而斜交轮胎不同，径向变形小，缓冲性较差，行驶时接近地面部位被压缩，故周向变形大，转一圈距离小于周长，两种轮胎配装在同一轴上必须负荷、磨耗不一致。因此，同一轴上必须同结构，做到整车配装一种结构的轮胎。 3、材质相同。尼龙胎与棉线胎；全钢丝子午胎与纤维子午胎等。胎体的厚度、帘线的强度、散热性能等都有差异、配装在一起则影响使用效果。因此，同一轴的轮胎胎体帘线材料必须同一材质。 4、层级相同。层级是指轮胎的负荷级别，并确定了相应的充气标准。负荷能力不同的轮胎装在一起，充气压力不一致。因此，同一轴上必须做到同层级，以求各胎位的负荷一致。因此，同一轴上必须做到同层级，以求各胎位的负荷一致。 5、气压、负荷、花纹、厂牌等相同。气压由层级而定，层级相同，气压应该一致，保持同一性。所以同一轴上必须同气压。负荷由层级与气压而定。应根据载荷等使用条件，装配同一种负荷的轮胎，使其负荷性能相同，故可延长轮胎的使用寿命。轮胎花纹不同，不仅磨耗有差别，而且与地面的附着力不一样，汽车左右轮胎花纹各异，会影响汽车的制动的平顺性，紧急制动会出现单边甩尾现象。生产厂家不同，轮胎的轮廓尺寸、胎面宽度、花纹形状、帘线都有一定差别，不同厂牌的轮胎混装在一起也会影响使用效果。因此，同一轴上必须同厂牌。 二、加强轮胎维护 （一）、保持轮胎气压符合规定。轮胎的气压过低和过高都会影响轮胎的寿命。无论使用的是新轮胎或是修理过的轮胎，都应严格按照标准规定进行充气。 轮胎气压过低时，工作时其径向变形增大，胎体内部产生拉、压应力，胎体材料在拉、压应力反复作用下将产生疲劳、弹性下降；轮胎变形大，经引起橡胶内部分子间摩擦而生热，导致轮胎温度升高，高温又使轮胎材料的机械性能下降，磨损加剧，胎面和肩面磨损加快，

汽车轮毂有限元分析

第二章理论基础与模型建立 2.1 有限元技术及UG软件 2.1.1 有限元法基本原理 计算机辅助工程CAE(Computer Aid2ed Engineering) 指工程设计中的分析计算与分析仿真, 而有限元法FEM( FiniteElement Method) 是计算机辅助工程CAE中的一种, 另外CAE还包含了边界元法BEM(Boundary Element Method) 和有限差分法FDM( Finite Difference Method) 等。这几种方法各有其优缺点, 各有其应用领域,但有限元法的应用最广。 有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机结合在一起的一种数值分析技术，是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。有限元是一种离散化的数值方法。离散后的单元与单元间只通过节点相联系, 所有力和位移都通过节点进行计算。对每个单元选取适当的插值函数,使得该函数在子域内部、子域分界面上(内部边界) 以及子域与外界分界面(外部边界) 上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程组合起来, 就得到了整个结构的方程。求解该方程,就可以得到结构的近似解。离散化是有限元方法的基础。必须依据结构的实际情况,决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式。这样做的目的是将结构分割成足够小的单元,使得简单位移模型能足够近似地表示精确解【13】。 因次它可以对各种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化,以实现产品技术创新, 故已广泛应用于各种力学、电学、磁学及很多结合学科领域; 同时, 由于它能够处理耦合问题, 使得其有更大的应用前景。你可以从专业的角度理解有限元:包括变分原理、等效积分和加权余量法等, 也可以从直观的意义上理解有限元: 把连续体划分为足够小的单元, 这些单元通过节点和边连接起来,通过选择简单函数(比如线形函数) 来近似表达位移或应力的分布或变化, 从而得到整个连续体物理量的分布和变化【14】。 2.1.2 有限元法分析过程 所谓有限元法（FEA）基本思想是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过设定

轮胎与汽车的性能匹配分析参考资料

轮胎与汽车的性能匹配分析 2008-03-01 01:02:58| 分类：构造原理工艺技术|字号订阅 轮胎与汽车的性能匹配分析 王传铸 图1 现代汽车,尤其是高档轿车对轮胎动态力学性能提出了越来越高的要求,脱离汽车研究轮胎的动态力学性能没有实际意义。轮胎的动态力学性能不仅取决于轮胎本身,更取决于轮胎与汽车的匹配,因此当前对轮胎性能的评价也就从对轮胎性能本身的评价逐步转移到对轮胎匹配的汽车行驶性能的评价。目前,对轮胎与汽车的性能匹配要求日益提高。1轮胎与汽车生产的相关性

单纯讨论轮胎的某项性能意义不大,轮胎性能的研究应结合轮胎匹配的汽车性能,更确切地说是汽车悬架系统(如图1所示) 性能来进行。轮胎与汽车悬架系统匹配所构成的集成系统的刚度、柔度及动力学性能是影响汽车行驶性能的主要因素。同一条轮胎匹配于不同汽车表现出的动态力学性能可能会有较大差异,即一条轮胎与某一汽车匹配可能表现出良好的动态力学性能,而与另一汽车匹配则可能表现出个别动态力学性能极差。在国外,为达到轮胎与汽车性能匹配,在进行汽车设计时,轮胎生产商一般会与汽车生产商密切合作,由汽车生产商提出轮胎与汽车匹配的动态力学性能要求或由轮胎生产商为汽车生产商提供轮胎的动态力学模型,以便汽车生产厂家进行悬架系统设计和整车性能模拟仿真计算。这就要求轮胎生产商不仅能够设计、生产出满足汽车性能要求的轮胎,同时也能够提供用于悬架系统设计或整车性能模拟仿真计算的轮胎动态力学模型。国内轮胎生产企业必须深入了解并逐渐适应高档轿车原配市场在这方面苛刻的要求。 2 轮胎在汽车中的作用 轮辋和轮胎是汽车行驶系中重要的部件,其作用是:支撑整车质量;缓冲由路面传来的振动和冲击;通过轮胎与地面的附着力(轮胎抓着力) 来传递驱动力和制动力;产生横向力和回正力矩来平衡汽车转向行驶时的离心力;保证汽车正常转向后车轮直线行驶;翻越障碍,提高通过性。轮

基于ANSYS的汽车轮毂单元载荷分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/1c16271827.html, 基于ANSYS的汽车轮毂单元载荷分析 作者：吕新飞 来源：《下一代》2019年第03期 摘要：轮毂是汽车系统重要的运动和支撑部件，从轮毂实际结构出发，建构SoliwdWorks 实体模型，并将模型导入ANSYSWorkbench有限元分析软件作为分析工具，通过模拟轮毂实际载荷，对轮毂的各项力学性能有限元分析，可以优化轮毂设计、提高强度。 关键词：轮毂;有限元;弯矩载荷 一、轮毂的几何结构、载荷分析 1.1轮毂的形状结构 本文轮毂为整体铸造辐条式铝合金轮毂，轮毂材料为ZL101A。通过三维软件SolidWorks 建立轮毂模型，轮毂上有5个直径为Φ22mm的PCD孔，均匀分布在直径为Φ108mm的圆周上。结合实际，将辐条表面形状设计为多曲面结合，较平面设计可提高结构的抗冲击性能。轮毂为五辐条式，且大部分汽车轮毂均为5幅设计。据统计，轿车轮毂PCD数值5孔占70%以上。下面通过五幅轮毂展开分析。 1.2汽车轮毂的轻量化发展趋势及材料选用 中国汽车行业的飞速发展带来了一系列安全、能源等方面的问题，为了获得更多经济效益和动力性能，汽车工业发展要有新的技术工艺。汽车轮毂轻量化在节能减排、降低油耗等方面起着至关重要的作用，考虑汽车平稳、舒适、无噪音等整体运行情况，对汽车的结构和形状进行优化。根据RAYS的测算，减轻lkg非簧载质量（例如，轮毂重量轻lkg，相当于整车质量轻15kg）铝合金以其轻量、散热性好、减震性好等诸多优点大量应用于汽车轻量化，推动了汽车轻量化的发展。 二、建立有限元模型 2.1轮毂模型的导入、建立及简化 将在SolidWorks软件中完成的零部件3D造型按照Parasolid标准输出“.x_t”文件，导入ANSYS环境。因轮辐表面由多曲而构成，结构相对复杂，以采用自由网格划分方式“AutomaticMethod”生成网格，而轮缘及胎圈座部分结构较为规则，采用六面体法“Hex Donimant Method”生成網格。共生成12174个节点，4725个基本单元。为了节约仿真计算时间

车轮强度疲劳分析

车轮强度疲劳分析 作者：长安汽车股份有限公司闫立志袁登木高晓庆陈启亮 摘要：汽车车轮主要承受循环载荷，借助MD.Nastran 及MSC.Fatigue 模拟车轮在循环对称载荷作用下的强度和疲劳，可以有效地指导车轮的设计。 关键词：车轮；强度；疲劳；MD.Nastran；MSC.Fatigue 1 引言 汽车车轮的功用是支持全车的重量，承受驱动力、制动力、以及地面对车轮的各种力，并通过轮胎与地面的接触而实现汽车的运动。因此车轮的强度疲劳对于整车的正常使用有非常重要的作用，而实际使用中，车轮主要承受径向载荷，也是车轮破坏的主要载荷形式，因此本论文针对车轮在滚动过程中承受径向载荷作用下，车轮强度疲劳分析并进行结构优化。 2 基于Nastran 的汽车车轮循环对称响应分析（SOL109） 本文以某项目开发为例，利用MSC.Nastran 分析车轮，并对危险部位通风孔进行结构改进及优化，得到较优方案，为设计提供参考意见。 2.1 模型文件 本文主要对比不同车轮通风孔结构及位置对车轮强度疲劳的影响，如下是某款车型的车轮结构示意图。 图1 车轮结构

方案一为初始设计方案，通风孔直径为Φ 30mm; 方案二为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm； 方案三为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm，同时将通风孔直径扩大到Φ 34mm； 2.2 边界条件与分析方法 本次分析中，约束车轮底面，在距车轮底面中心1.0m 处沿Y 和Z 方向分别施加两个大小相等的载荷。 图2 车轮有限元分析模型 为了模拟车轮的旋转，本次分析采用SOL109 进行分析，考虑通过对Y 和Z 方向两个大小相等的载荷分别乘以两条正弦和余弦曲线的方式来实现力的旋转。 2.3 分析结果 本次分析的载荷为每隔9 度输出一个结果，一共产生41 个结果，在后处理软件中将这41个结果进行取大值处理后，输出如图3 所示的应力分布图：

疲劳强度的计算

摘要：零件的疲劳强度是一个值得深刻探讨的问题，在众多领域有着至关重要 的地位，零件的疲劳强度决定了其疲劳寿命，也就决定了对零件的选择和对这个器件的设计。本论文在参考多方资料，以及在平日学习中积累总结的经验之后，对零件疲劳强度的计算有了一些结论，得出影响导致零件疲劳的原因有破坏应力与循环次数之间量的变化影响，静应力的影响，应力集中的影响，零件绝对尺寸的影响，表面状态与强化的影响等方面。在分析零件疲劳产生原因之后，得出许多关系变化图与计算方法。运用这些计算方法，对零件疲劳极限进行了计算上的确定。并总结出疲劳强度在一些条件下的相关计算方法，如在简单应力状态，复杂应力状态下的不同。对疲劳强度安全系数的确定也进行了一系列分析，最后，尝试建立了疲劳强度的统计模型。 Abstract：The fatigue strength of parts is a worthy of deep discussion, have a vital role in many fields, the fatigue strength of parts determines its fatigue life, also decided on the part of the selection and the device design.This paper in reference to various data, and after the usual study accumulation experience, calculation of the fatigue strength of parts have some conclusion, that caused damage should change between force and the number of cycles of the causes of fatigue parts, the influence of static stress, effect of stress concentration, affects the absolute size, surface state and strengthening effect etc.. After the analysis of fatigue causes, draw many relationship graph and calculation method. Using the calculation method of fatigue limit, determined the calculation. And summarizes the related calculation under some conditions the method of fatigue strength, as in the simple stress state, the complex stress state under the different. Determination of the fatigue strength safety factor is also carried out a series of analysis, finally, try to establish a statistical model of fatigue strength. 关键词：零件疲劳寿命疲劳强度 Key word:Spare parts Fatigue life Fatigue strength

基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计

摘要 轻量化是世界汽车工业发展的主要趋势，轻质材料铝及其合金等的使用是一种有效的途径。目前，大部分汽车车轮已使用铝及其合金做作为材料，利用现代设计方法，在此基础上进一步实现车轮的轻量化则是本文的研究所在。 在研究了CAD软件Pro /E以及有限元分析软件ANSYS的功能及其主要特点后，着重进行了了应用ANSYS对铝合金车轮进行结构强度分析的具体过程。 首先使用Pro/E软件，按照轮辋的国家标准，建构车轮的实体模型;然后把模型导入ANSYS，按2005年中国汽车行业标准中的汽车轻合金车轮的性能要求和实验方法所规定的疲劳实验要求施加荷载;然后进行强度分析和模态分析，分析结果表明，车轮的最大应力远小于铝合金的许用应力，车轮的固有频率满足要求，存在进一步改进的可能和必要。最后，改进车轮模型，改进结果表明，车轮的重量有了显著的减少。 利用CAE分析技术有助于提高汽车车轮的设计水平、缩短设计周期、减少开发成本。该方法具有普遍性，适用于指导任何其言型号车轮的设计和分析。 关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析

ABSTRACT Lightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article. In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process. First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced. The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel. Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis

螺栓疲劳强度计算分析

螺栓疲劳强度计算分析 摘要：在应力理论、疲劳强度、螺栓设计计算的理论基础之上，以疲劳强度计算所采取的三种方法为依据，以汽缸盖紧螺栓连接为研究对象，进行本课题的研究。假设汽缸的工作压力为0~1N/mm2=之间变化，气缸直径D2=400mm，螺栓材料为5.6级的35钢，螺栓个数为14，在F〞=1.5F，工作温度低于15℃这一具体实例进行计算分析。利用ProE建立螺栓连接的三维模型及螺杆、螺帽、汽缸上端盖、下端盖的模型。先以理论知识进行计算、分析，然后在分析过程中借助于ANSYS有限元分析软件对此螺栓连接进行受力分析，以此验证设计的合理性、可靠性。经过近几十年的发展，有限元方法的理论更加完善，应用也更广泛，已经成为设计，分析必不可少的有力工具。然后在其分析计算基础上，对于螺栓连接这一类型的连接的疲劳强度设计所采取的一般公式进行分类，进一步在此之上总结。 关键词：螺栓疲劳强度，计算分析，强度理论，ANSYS 有限元分析。

Bolt fatigue strength analysis Abstract: In stress fatigue strength theory，bolt，design calculation theory foundation to fatigue strength calculation for the three methods adopted according to the cylinder lid，fasten bolt connection as the object of research，this topic research. Assuming the cylinder pressure of work is 0 ~ 1N/mm2 changes，cylinder diameters between = = 400mm，bolting materials D2 for ms5.6 35 steel，bolt number for 14，in F "= 1.5 F below 15 ℃，the temperature calculation and analysis of concrete examples. Using ProE establish bolt connection three-dimensional models and screw，nut，cylinder under cover，cover model. Starts with theoretical knowledge calculate，analysis，and then during analysis，ANSYS finite element analysis software by this paper analyzes forces bolt connection，to verify the rationality of the design of and reliability. After nearly decades of development，the theory of finite element method is more perfect，more extensive application，has become an indispensable design，analysis the emollient tool. Then in its analysis and calculation for bolt connection，based on the type of connection to the fatigue strength design of the general formula classification，further on top of this summary. Keywords: bolt fatigue strength，calculation and analysis，strength theory，ANSYS finite elements analysis.

轮胎的合理使用与行车安全

轮胎的合理使用与行车安全 发表时间：2019-08-14T14:19:47.177Z 来源：《科技新时代》2019年6期作者：周文富[导读] 维护轮胎，使用轮胎，只有这样才能延长轮胎的使用寿命，降低车辆的使用成本，减少事故，特别是重大事故的发生。辽宁省铁岭市铁岭县路政管理局 112000 摘要：本文通过分析影响轮胎使用寿命的因素，阐述合理使用轮胎的方法。同时通过分析指出在车辆行驶中由于轮胎爆胎是引发重大交通事故的一个重大因素，合理使用轮胎能够减少事故的发生，增大行车安全。 ?关键词：轮胎，使用，爆胎，预防，行车安全 ? 引言 据公安部交管部门数据表明，汽车轮胎原因引起的事故已成为汽车交通事故的第一杀手，其中，我国高速公路 70%至80%的交通事故是轮胎气压引起的，而车辆爆胎引发的重大交通事故占交通事故总数的35%，所以汽车的轮胎对于车辆的行车安全至关重要。同时轮胎消耗费用在汽车运输成本中占10%~20%。所以合理使用轮胎，延长轮胎的使用寿命，能减少爆胎现象发生，在降低运输成本和保障汽车正常运行、减少事故中起着重要的作用； 1 影响轮胎寿命的因素 ?1.1轮胎的负荷?? 每一辆汽车的载重都有一定数量规定，特别是每条轮胎的承载值是固定的，汽车负荷越大，轮胎对地面的压力越大,如果轮胎超负荷，则轮胎的变形将增大，使胎冠剥离，帘布破裂，同时，由于轮胎超载，将使轮胎侧壁的弯曲变形增大，扩大与地面接触面积，加速胎肩磨损与损坏使胎内温度迅速升高。所以超负荷超多，轮胎磨损越大，轮胎能行驶的路程愈短，同时更易增加爆胎的可能性。因此轮胎的载荷对轮胎的寿命同样有很大影响。 1.2行驶速度?? 车辆超速行驶是引发爆胎的一个重大因素，行驶速度要适应路面情况，掌握经济速度，避免高速行驶，尤其在不平的路面上更为严重，车速过高，轮胎的变形频率和轮胎的滑转率越高，轮胎受到载荷增大，这就使轮胎温度升高和内胎压力升高，使轮胎的磨损率成倍增加，这就加快了轮胎的机械损伤和热损伤，极易引发爆胎。同时车速越快，由于风阻及发动机转数原因引起油耗增加，所以行驶中注意合理车速，既有利于延长轮胎的使用寿命，又能节约燃料。 1.3轮胎的工作气压??汽车的轮胎之所以用橡胶，而不是其他钢性强的材质，主是轮胎除具支撑作用外，更有减震作用，所以轮胎的气压对于汽车轮胎来讲是非常重要的，?轮胎气压必须符合充气标准，气压过高或过低，都将缩短轮胎的行驶里程，胎压过低，轮胎会因变形剧烈，其内部温度迅速升高，致使胎冠剥离，胎肩发生磨损而引发爆胎。那么是不是轮胎高就是很好呢？也不是，胎压过高，会使胎体帘线过度伸线，这样轮胎极易受外伤，当轮胎冲击路面石子或经过凹凸不平的路面时，就会因胎体内应力的瞬间集中而发生爆胎。其次，胎压过高会使胎冠中央磨损严重，从而缩短轮胎的使用寿命。所以保持最适宜的气压是延长轮胎使用寿命的最有效的措施。? 1.4?轮胎的使用温度??? 汽车的轮胎主要是由橡胶制成的，而橡胶的最大缺点就是散热较慢，在高温的天气中，汽车高速运行，由于胎侧经常受到伸张和压缩，胎体帘线之间产生摩擦，再加上胎面之间的摩擦，引起轮胎温度升高。同时轮胎帘线内应力加大，就会引起轮胎的机械性能下降，这样容易产生轮胎磨损加剧或易出现不正常的磨损和爆破。所以轮胎的使用温度是影响轮胎寿命的一个重要因素。 ?1.5?底盘的技术状况 行驶系技术状况不良，是使轮胎磨损增加，减少轮胎寿命的一个重要因素之一。行驶系中的外倾角、前束，主销倾角都是保证车辆行驶时保持直线，有自动回正作用，所以在更换轮胎时一定在规定值对车轮的外倾角，前束进行调整，否则易造成前轮定位及轴位失准，轮盘和轮辋失准等。同时对更换的备用车轮一定要进行动平衡试验，不能直接使用，没有动平衡实验的车轮安装在车辆后，在高速行驶中由于离心力的作用，会使用车轮产生很大的冲击与振动，这样会降低轮胎帘布线的抗疲劳强度，同时也会加剧胎冠内侧与侧磨损，整体加大轮胎的磨损。 ?1.6?道路条件 一般情况下，好的路面既节油又节胎，但不好的路面则会直接减少轮胎的寿命，所谓不好的路面则是指路面上凸凹不平，马路边缘有损坏的尖角，或不时出现石子，碎石或有铁钉、螺钉等杂物，而轮胎的胎侧是轮胎最为薄弱的地方，最容易被马路边的边石（马路牙）凸出的尖角、快边，固定路障用的角铁或螺钉而割伤。或碎石夹在轮胎上，或刺入轮胎，轻者引起轮胎漏气，气压不足，重者引起轮胎帘线断裂，造成轮胎割伤，引起爆胎。所以，路面的好坏，对轮胎的使用寿命有很大影响。 ? 1.7?驾驶技术??? 驾驶员操作技术的好坏是能直接影响轮胎使用寿命的，一个具有高操驾驶技术的驾驶人员在驾驶中既能节油，又能减少车辆的机械故障率，延长车辆的其他使用寿命（特别是对轮胎的使用寿命），又能减少事故的发生。反之，一个无良好驾驶技术的驾驶员会在车辆起步时起步过猛，猛抬离合，猛打方向，车速时而很快，时而过慢，时而紧急制动，行驶中未选择良好的路面，经常压、擦硬质障碍等，都会导致轮胎的严重磨损。 ?1.8?轮胎的维护和管理??? 轮胎的定期维护是对轮胎来讲是非常重要的，它是直接影响轮胎使用寿命的重要因素之一。。如发现人为损伤，化学腐蚀等问题要及时处理或更换。 ? 2??如何合理使用轮胎延长轮胎寿命。 2.1安装胎压监测器 胎压监测报警器，是保证汽车轮胎安全行驶的创新产品。在汽车行驶时刻监测轮胎压力与温度，无线传输信息，当轮胎出现气压过低、过高、慢漏气等异常情况时，即时报警、令驾驶员及时减速停车检查轮胎，预防爆胎发生，同时也使车辆保持正确的轮胎压力行驶，让您出行更安全、延长40%的轮胎寿命、能够节省5%的油耗、能够减少20%的碳排放。具体来说安装胎压监测器的有六大好处; 即、预防爆胎、节省燃油、减小磨损、减小悬架系统磨损、预防漏气、气压平衡

电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析_尚军军

北京力学会第18届学术年会论文集：计算力学 电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析 尚军军杨庆生 （北京工业大学机电学院，100124） 摘要：本文确定了电动汽车轮毂式驱动电机的参数，采用了分数槽的方式，有效地减小了 电动机运转时所产生的转矩脉动。利用有限元软件对电动机的磁场进行了分析和计算，在 ANSYS中导入2-D模型，并对该模型进行划分网格、加载、求解，得到永磁直流电机的磁 场磁力线分布图、磁通密度模值、磁通密度矢量显示图、磁场强度分布图等分析结果，说 明了采用分数槽的钕铁硼永磁直流电动机具有磁性能好，磁化均匀，利用率高等优势。 关键词：永磁无刷直流电动机，分数槽，有限元 一、 轮毂式驱动电机的参数选择 通过查阅文献，本文采用适合作轮毂驱动电机的三相永磁无刷直流电动机。从减少电动机的定子齿槽引起的转矩脉动，从而降低电动机运转时产生的噪声的角度出发，采取分数槽技术。分数槽[1]是指电机的每极每相槽数为分数，它提高了槽满率，改善了反电势波形的正弦性，提高了电动机的性能。电机的槽数为51，极数为46，永磁材料为钕铁硼，它的额定数据如表1所示。 表1 轮毂式驱动电机的额定参数 额定功率额定转速额定运行电压额定运行电流最大转矩起动转矩倍数 2.7kw1000r/min 216v 14A 50Nm 5 二、 轮毂电机的有限元分析 首先创建有限元模型[2]。进入偏好设置，选择电磁分析选项中的Magnetic-Nodal, 设置好分析类型。进入前处理器并定义单元类型为Magnetic Vector下的Quad 8 node 53。定义材料属性：空气的相对磁导率值为1，材料编号为1；转子壳材料编号为2，相对磁导率为8000；永磁体材料编号为3，相对磁导率为1.14，磁化方向为X轴正方向，永磁体的矫顽力为755740A/m。电磁场分析模型可用AUTOCAD绘制并生成面域的SAT图形导入。导入后将其转化成ANSYS模型，并显示出来，对其进行布尔操作，使各个不同的面分开。建立局部坐标系，确定永磁体的充磁方向，通过三点在46个磁钢上建立46个局部坐标系。其次，进行网格剖分。给几何图形中各部分分配单元及材料属性，单

汽车轮胎性能分析

工程与技术 汽车轮胎性能分析 徐斌 (乐山职业技术学院，四川乐山614000) 摘要：通过介绍轮胎基本知识、轮胎与汽车行驶跑偏的原因，分析对轮胎性能要求对如何评价轮胎性能有一定帮助。 关键词：轮胎；跑偏；花纹 中图分类号：TB文献标识码：A doi：10. 19311/j,cnki. 1672-3198. 2016. 19. 090 1轮胎基础知识 车轮与轮胎是汽车行驶系中的重要部件，现代汽 车几乎都采用充气轮胎。轮胎安装在轮辋上,直接与 路面接触，它的作用是： (1)和汽车悬架共同来.缓和汽车行驶时所受到的 冲击，并衰减由此而产生的振动，以保证汽车有良好的 乘坐舒适性和行驶平顺性。（2)保证车轮和路面有良好的附着性，以提高汽车的牵引性、制动性和通过性0 (3)承受汽车的重力，并传递其它方向的力和力矩。 2轮胎与汽车行驶跑偏 汽车行驶跑偏是指汽车在平直的路面上行驶，双手 松开方向盘后，汽车偏离了原直线行驶方向9GB7258 —97《机动车运行安全技术条件》中5. 7规定：机动车在平 坦、硬实、干燥和清洁的道路上行驶不得跑偏。 汽车行驶跑偏的原因十分复杂，主要包括： (1)轮胎的不均匀性（锥度效应）。（2)前轮定位(前束、前轮外倾、主销内倾、主销后倾（3)|^些使用 和调整因素（如左右轮胎气压不相等、前制动器分离不 彻底、前轮轴承过紧等）。（4)车辆零部件损坏所导致(如前弹簧减振器失效、车身底部或车架变形等）轮胎 锥度对跑偏的影响|般而言，轮胎红点既表示径向力 一次偕波最大点，同时表示红点所在面为锥度力负值面。径向力表示的是圆度均匀性，锥度效应表示的是圆柱度均匀性。装车的时候，|般前轴两轮红点要么同时朝外，要么同时朝内^>目前供应商黄点一般和红点打在同一侧，如果黄点和车轮蓝点对齐，则可保证两 侧轮胎的红点均在外侧，抵消锥度效应引起的侧向力s 行驶跑偏90%是由于轮胎的锥度效应引起，所以确定 跑偏原因首先应从轮胎锥度考虑。 3轮胎性能 对于现代、高速汽车而言,轮胎是|个在行走机构中极其重要的部件，它们必须有弹性，而又减震s它们 必须保证汽车立行，而又具有良好的圆周方向旋转性：它们必须具备长久的使用寿命。轮胎首先必须承受并 传播车辆前进方向的纵向力和垂直于车辆前进方向横 向力。轮胎的设计有着多方面的矛盾，设计工程师要想加强或达到一种功能，则必须减弱或者被迫放弃另一种功能。下图表/K着轮胎设计中的目标冲突。 轮胎花纹对轮胎性能的影响： (1)在有积水的路面上，在轮胎与地面之间会形成一层水膜，即水膜效应。极容易引起车轮打滑。在轮 胎上设计出花纹状沟槽后，路面和花纹之间的水就可以沿沟槽排出，可以防止水膜效应发生。使车轮不易 打滑。也就自然减少了雨天在柏油路上打滑的现象e 沟槽花纹的深度和形状对排水性能有影响。对参加拉 力赛以及在未铺的粗糙路面上高速行走的汽车一般都 配置花纹沟槽很深的轮胎。 (2)在路况不好的情况下行车，因为路面的凹凸非 常大，又很疏松，所以比起排水性，这种路面更追求轮 胎的附着性能，这样的轮胎花纹一般都是叫作块状花 纹的形式。不过，这种花纹的轮胎的橡胶质地比较硬。块状花纹（被槽包围的部分）的刚性、形状、块状花纹的 边缘角的尖锐度都会影响其性能9因此，就产生了能 够提高在柏油路上的排水性及在路况不好情况下的附 着性能的胎面图纹设计方案。所以，磨损较重的轮胎 容易在潮湿的柏油路和路况不好的路面上打滑。碧 外，由于花纹部分吸收了来自路面的冲击，所以会对乘 坐的舒适性有影响。 (1) 花纹噪声：花纹表面接触地面时，槽中的空被压缩，当释放空气时就会发生声音。槽的形状和面 积决定噪声的频率，并且当行车速度提高时发出的声 音能量也增大。 滚动阻力：所谓滚动阻力是指轮胎在路面滚动时 产生的一种阻力。产小滚动阻力有几个主要因素：?轮胎的形变;②路面的凸凹；■轮胎与路面的摩 擦；④车轮轴安装部位的机械摩擦I?轮胎转动中的空 气阻力《 常用的滚动阻力测试方法是测力法，即测量轮轴 上的反作用力。试验设备主要由转鼓为主的路面驱动 系统，将试验轮胎紐在转鼓外周表面上的加负荷装置 和检测试验数据的测量装置组成。 (2) 转向性能：在转弯时，轮胎会产生一种叫作向力（转弯力）的内转弯圆内侧的作用力。就是?这个 转向力来实现汽车转弯的。实际上，汽车的前进方向 比车轮的朝向稍稍靠外侧。有了这个角度差，轮胎才 能边打滑边转向。这个角度差被称为侧滑角。路面越 滑，所产牛的转向力越小，侧滑角就越大。也就是说在 易打滑的路面上，如果不比普通路面时多转动一点转 向盘就不会达到相同的转向角。1般子午线轮胎是转 向力较大，侧滑角较小。所以转向盘的转舵角小，可以 感到其操纵的灵敏性。 参考文献 [1] 林礼贵，林剑莲，赵振海.轮胎翻新技术问答[M].北京：化学工业 出版社，2009. [2]徐丽红.轮胎实用知识问答鲍宇.车轮定位及轮胎.北京： 中国标准出版社，化学工业出版社J i l l. [3] 赵旭涛，刘大华.合成橡胶工业手册[M].北京：化学工业出版社， 2006. 184 I现代商贸工业丨2016年第19期

城际动车组车轮疲劳强度与寿命评估

城际动车组车轮疲劳强度与寿命评估 车轮是保证动车组运行的关键零部件,随着动车组的高速化和普及化,对车轮的使用要求也越高,为了保证列车的行车安全,就需要对车轮的强度和疲劳寿命提出更高的要求。因此,对动车组车轮的疲劳强度进行理论研究与分析有着重要的意义。 本文在对国内外轨道车辆车轮强度研究方法、理论与试验研究过程的文献进行了综述的基础上,详细介绍了国外车轮的标准、国内外车轮疲劳强度研究的发展现状和车轮疲劳失效的主要形式,介绍了有限元法、疲劳强度评价方法、疲劳寿命预测方法。运用有限元建模软件Hypermesh建立了城际动车组车轮的新轮和磨耗轮的三维实体有限元模型,然后应用ANSYS软件对车轮轮轴过盈配合对车轮应力的影响进行分析,为了分析辐板孔对车轮强度的影响,选取三个截面位置,并在这三个位置上根据UIC510-5标准中的直线、曲线、道岔三种疲劳分析工况进行加载,从而分别确定了9个工况并对新轮和磨耗轮进行静强度和疲劳强度分析以及寿命评估。 过盈分析表明随着过盈量的增加,轮轴之间的应力值会随之增加,并且近似呈线性关系,且在相同过盈量下的新轮和磨耗轮的应力基本相同。静强度评估结果表明新轮和磨耗轮在9种工况下都满足静强度要求,并分析了9种工况下新轮和磨耗轮的Von Mises应力、第一主应力以及第三主应力的应力分布情况。 对车轮辐板的疲劳强度评估使用的是Haigh形式的Goodman曲线,对车轮辐板孔疲劳评估采用的是Crossland曲线,可以看出车轮的辐板和辐板孔均满足疲劳强度要求,车轮的疲劳薄弱部位是垂直或者平行于车轮半径的辐板孔的孔边缘中间位置或中间位置连线上的点上,且疲劳寿命均满足无限寿命要求。