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1.機車輪對輪箍加裝扣環方案簡介
此方案是將機車輪對輪輞由原設計寬128 mm減少到107 mm，在輪箍內側根據擋深107 mm加工10 mmX10 mm的扣環槽，扣環槽內鑲裝截面尺寸為10 mmX16 mm的扣環，扣環在輪箍熱狀態下鑲裝，輪箍加裝扣環后的裝配圖見圖，下面對該結構進行強度分析。
2.計算對象的選取
本次計算選取某系列機車輪對作為計算對象。計算過程中，首先按照輪對實際尺寸在SolidWorks下建立輪對的實體模型，通過parasolid文件格式導人到有限元分析軟件ANSYS中。考慮到磨耗到限車輪(輪箍厚度38 mm，輪緣厚度26 mm)比新制造車輪的受力狀態更惡劣，因此選用磨耗到限車輪作為對象進行計算更具有說服力，其實體模型如圖。為方便計算，在建立輪對實體模型時進行一些簡化，根據其幾何模型和載荷的對稱性采用半個車輪，去掉了輪輞上的油孔及幅板上的起吊孔，忽略模型中較小倒角和圓角對整體結構的影響。
3.計算工況選取
車輪在運用過程中承受多種復雜的載荷。軌道對車輪有徑向和橫向作用力、制動過程中閘瓦對車輪的摩擦熱負荷、輪對裝配過程中采用過盈配合、高速旋轉時引起的離心力等均對車輪的應力分布有著很大的影響。
由于輪與軸、輪箍與輪輞采用過盈配合，存在于各種工況。不同的過盈量對車輪的應力影響較大，同時對輪軸壓裝配合的緊固度也有很大影響。但實際的車輪生產過程中，磨耗到限的車輪其過盈量一般小于最大過盈量，因此計算中取過盈量的平均值，并取車輪運行中最惡劣的曲線制動工況。在此工況下車輪的載荷情況，見圖，各載荷作用位置符合AAR的s-660-83標準C37。其中，Pr為曲線工況下作用在增載側(輪重轉移)軸頸上的垂直載荷；R為曲線工況下鋼軌對增載側車輪的垂直支反力；H為曲線工況下鋼軌對車輪的橫向反作用力；T為制動熱負荷；a為平均過盈量。
4.有限元計算及計算的邊界條件
4.1.計算模型
采用Solid45及Mesh200兩種單元對實體模型進行網格劃分，得到有限元模型見圖。
在ANSYS軟件中，可以通過點一點單元和面-面單元實現輪軸之間的過盈配合。此次計算采用面-面單元，利用軟件中的接觸向導以GUI方式分別創建軸與輪輛、輪輞與輪箍之間的過盈配合，取軸與輪輞之間的平均過盈量為0.32 mm，輪輞與輪箍之間的平均過盈量為1.275 mm。
4.2.溫度場計算
計算中考慮比較惡劣的工況，假設熱量全部被車輪吸收，且在整個車輪踏面周圍均勻地分布，亦即熱負荷是軸對稱的，該問題屬于軸對稱問題。為了在應力計算中采用同一模型，以便利用溫度場計算的結果，取1/2車輪進行計算，見圖。溫度場計算的載荷是由于對車輪施行恒速制動或緊急制動時產生的熱負荷，本次計算以30 km/h恒速，制動10 min。
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