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客車轉向架仿真設計
畢 業(yè) 設 計(論 文)
客車轉向架仿真設計
學科、專業(yè) ： 車輛工程
學 號 ： 201104209
作 者 姓 名： 趙 毅
指 導 教 師： 商躍進
蘭 州 交 通 大 學
Lanzhou Jiaotong University
41
摘 要
隨著我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，對客車運行平穩(wěn)性、安全性、舒適性的要求也越來越高，為適應我國鐵路發(fā)展的需要，長春客車股份有限公司在吸取了國內外動車組和高速列車研制經驗的基礎上，綜合我國的鐵路發(fā)展的實際情況，研制出了CW-200K型轉向架。現(xiàn)已在各路局和既有線路上大批量應用，因此有必要對其進行系統(tǒng)的了解和認識。
根據(jù)鐵路車輛機械加工工藝規(guī)程和CW-200K鐵路客車轉向架圖集，對轉向架零部件進行機械加工工藝分析的基礎上，運用SolidWorks三維仿真軟件，通過拉伸基體、旋轉基體、拉伸旋轉切除、薄壁特征、加強筋、鏡像、特征陣列以及打孔等高級命令操作，完成了CW—200K型客車轉向架各零部件的三維實體建模，然后根據(jù)建好的三維實體模型完成了轉向架各主要部件及轉向架整體的的虛擬裝配。并編制了實際生產過程中車輪、車軸、輪對的機械加工工藝卡片。
掌握了CW—200K型客車轉向架各零部件在SolidWorks三維建模軟件中的建模方法和轉向架組裝裝配方法。熟悉了CW-200K轉向架各零部件的設計、制造加工、組裝規(guī)程。了解了機車車輛各零件的機械加工工藝和各機件的組裝工藝。
CW-200K轉向架是我國自主開發(fā)研制的準高速客車轉向架，其技術參數(shù)滿足鐵路運輸要求。設計中盡可能的采用了無磨耗結構，使轉向架結構簡單且易于維修。
關鍵字: 轉向架；三維建模；虛擬裝配；工藝分析
Abstract
With the development of the railway industry in our country, the requirements of passenger car’s running stability, safety and comfort are also getting higher and higher, in order to accommodate the needs of railway development in our country, Changchun Passenger Car company with the basis of absorbs the domestic and foreign EMU trains and developed experience, comprehensive our country's railway development synthesis developed cw-200k bogies.There is now a large volume of applications on the various bureaus and both lines, so it is necessary to systematically understand its.
According to the railway vehicle machining process planning and cw-200k railway passenger car steering rack atlas. With the basic on the steering rack parts machining process analysis, using SolidWorks 3D simulation software, through the substrate stretch, rotation matrix, stretching and rotating resection, characteristics of thin-walled, a reinforcing rib, mirror, character array and drilling and other senior command operation, completed the CW 200K bogie 3D solid modeling of the frame parts, then using the completed three-dimensional entity model completed the main parts and bogie virtual assembly. And the mechanical process cards of the wheel, axle and wheel in actual production process are compiled..
Master the modeling method of the CW - 200K type passenger car bogie and the assembly method of the bogie in the SolidWorks 3D modeling software. Familiar with the design, manufacture and assembly of the CW-200K bogie.. Understand the assembly process of the machining technics and various parts of the vehicle.
CW-200K bogie is a quasi high speed passenger car bogie which is independently developed in our country. Its technical parameters meet the railway transportation requirement.. The structure of the bogie is simple and easy to maintain..
Key words: Bogie; 3D Modeling; Virtual Assembly; technical analysis
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1.緒論 1
1.1.研究背景 1
1.2 .CW-200K轉向架 2
1.2.1.綜述 2
1.2.主要技術參數(shù) 3
1.3.主要研究內容與方法 4
2. CW-200K轉向架主要零部件三維實體建模 5
2.1.三維建模簡介 5
2.2.構架 5
2.3軸箱定位裝置 12
2.3.1輪對 13
2.3.2軸端安裝 15
2.3.3軸箱彈簧 18
2.3.4節(jié)點裝置 20
2.4.中央懸掛裝置 22
2.4.1.牽引支座組成 22
2.4.2.抗側滾扭桿 24
3.CW-200K轉向架的虛擬裝配 26
3.1.虛擬裝配簡介 26
3.2.輪對 26
3.3.軸箱定位裝置 27
3.4.中央懸掛裝置 29
3.4.1.抗側滾扭桿 29
3.4.2.牽引支座組成 30
3.5.轉向架總體虛擬裝配 31
4.CW-200K轉向架工藝分析 33
4.1.機械加工工藝基礎 33
4.2.主要零部件機械加工工藝分析 33
4.2.1.車軸 33
4.2.2.車輪 35
4.2.3.輪對組裝工藝分析 36
總結與展望 37
致 謝 38
參考文獻 39
附件：圖錄 40
蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）
1.緒論
1.1.研究背景
國產客運機車轉向架是國內客運列車研究的熱點問題，我國既有鐵路運營的25K、25T型客車主型轉向架有十余種,有209P、206P、209HS、SW-160、CW-1、CW-2、CW-200K、SW-220K、AM96、CL242-K(CL242)，型號較多，發(fā)展歷程較長，隨著不斷的運用，各轉向架的結構設計方面發(fā)生了一定的改變，在后續(xù)方面對轉向架的局部方面進行了優(yōu)化。目前諸多型號轉向架已經較為成熟，在各線路及路局已大批量運[1]。雖然國內外客車轉向架在構架、軸箱定位、車體承載方式上各不相同，但其發(fā)展的方向都是輕量化、高速、舒適,提高轉向架性能[10]。
1998年根據(jù)《200km/h動力集中電動列車正線實驗的通知》（原鐵道部科技司[1997]28號文）和原鐵道部科技司對200km/h正線轉向架的要求，三月試制了一輛CW-200型轉向架并裝于廣深RZ25K10622車上，五月在四方所進行了滾動和振動實驗，6月下旬順利完成了鄭武線200km/h以上正線試驗。試驗完成后，長客股份公司根據(jù)各方面的實驗數(shù)據(jù)對原結構強度和相對薄弱處和結構不完善、工藝不合理出進行了改進。2002年開始將CW-200型轉向架應用于快速車上。為便于區(qū)分，將應用于快速車上的轉向架定型為CW-200K型[1]。
CW-200K型轉向架是目前我國旅客列車用主型轉向架之一，主要用于25T、25K型客車，具有生產成本低、車輛落成簡單、運行性能好、易于維護等優(yōu)點，在我國干線鐵路有大量的應用。
CW-200K型轉向架是長春客車股份公司生產的一種無搖枕、無搖動臺結構的200 km/h級別的客車轉向架，并裝有抗蛇形減振器，中央懸掛裝置采用抗側滾扭桿和空氣彈簧旁撐，軸箱懸掛采用轉臂式定位，并裝有垂向減振器?；A制動裝置采用軸盤式制動，每軸二個制動單元盤并加裝電子防滑器[2]。
CW-200K型轉向架是長春客車公司在借鑒各國先進轉向架的基礎上，自主研制開發(fā)的的一款國內準高速客車轉向架，在研制過程中得到了國務院、鐵道部、鐵道科學研究院、各鐵路院校、各路局的技術支持。該型轉向架經歷十余年的研制開發(fā)、試制生產、正線試驗，現(xiàn)已完善成熟，成為我國25T型客車主型轉向架，按速度級CW-200K型轉向架分為300km/h、200km/h、160km/h和120km/h四種[2]。
1.2 .CW-200K轉向架
1.2.1.綜述
CW-200K轉向架是1993年國家“八五”科技攻關項目，于1998年由長客股份有限公司開發(fā)研制。其基本結構為無搖枕、無搖動臺、無旁承型式。軸箱定位采用可分離式的軸箱轉臂定位方式。中央懸掛采用空氣彈簧、抗側滾扭桿及抗蛇形減振器。牽引方式為單牽引拉桿?；A制動為每軸兩制動盤的單元軸盤制動方式。轉向架主要由構架組成、軸箱定位裝置、中央懸掛裝置、盤形制動裝置及軸溫報警裝置部分組成[2]。
圖1.1 CW-200K轉向架
1.2.主要技術參數(shù)
軌距： 1435mm
限界： 符合GB146.1-83車限1B
運行速度： 170km/h
試驗速度： 200km/h
軸距： 2500mm
軸重： 15.5t
一系簧下質量/每轉向架： 3.6t
轉向架自重： 6.3t
車輛定距： 18 m
通過最小曲線半徑： 車輛連掛時：145m
單車調車時：100m
輪對： KKD車輪Ф915
軸承： SKF公司滾動軸承BCIB322880AB
BCIB322881AB
軸箱彈簧橫向跨距： 2000mm
空氣簧中心跨距： 2000mm
空氣簧上平面自重高： 937mm
轉臂節(jié)點縱向剛度： 12±0.5MN/m
轉臂節(jié)點橫向剛度： 6±0.5MN/m
二系每空簧垂向剛度： 0.32MN/m
二系每空簧橫向剛度： 0.20MN/m
二系每空簧縱向剛度： 0.20MN/m
一系每垂向減振器阻尼： 15kN.s/m
二系每空簧垂向阻尼（節(jié)流孔）： 80kN.s/m
二系橫向阻尼/每減振器： 25kN.s/m
二系抗蛇行阻尼/每減振器： 250kN.s/m
（卸荷速度0.04m/s時最大10kN）
抗蛇行減振器橫向跨距： 2824mm?
抗側滾扭轉剛度： 2.9kN.m/rad[2]
1.3.主要研究內容與方法
運用課本所學知識，以及檢索文獻資料、計算機輔助設計(CAD)為基礎，運用Solidworks三維建模軟件。通過拉伸基體、旋轉基體、拉伸旋轉切除、薄壁特征、高級抽殼、鏡像、特征陣列以及打孔等高級命令操作來實現(xiàn)產品的設計。
SolidWorks公司是專業(yè)從事計算機三維機械設計、工程分析和產品數(shù)據(jù)管理開發(fā)與營銷的國際性公司，其軟件產品自1995年問世，進入市場以來，其人性化的用戶界面，自定義、優(yōu)異的算法極大的提高了機械設計工程師的工作效率。SolidWorks在全球現(xiàn)在擁有將近50萬用戶，現(xiàn)在已經發(fā)展到最新的SolidWorks2015版本。Solidworks軟件，可以為機械產品的虛擬建模和設計提供了一個非常友好的環(huán)境，進行機械虛擬體裝配，為學習和應用Solidworks軟件設計機械零部件提供了設計思路。Solidworks不僅在機械產品三維設計方面有得天獨厚的優(yōu)勢，其自身所帶的運動模擬仿真、有限元強度分析對機械工程師都有很強的實用性[3]。
通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實現(xiàn)實時的設計修改，完成CW—200K型客車轉向架各零部件的三維仿真設計，熟悉各個零部件的結構特點；建模完成后，根據(jù)軟件可以進行虛擬裝配的特性，在Solidworks軟件中完成對CW—200K型客車轉向架各零部件的虛擬裝配，熟悉各個零部件的虛擬裝配原則與方法；根據(jù)專業(yè)課車輛維修制造加工方法和動車組制造工藝，對轉向架車輪、車軸、輪對進行機械加工工藝分析。
2. CW-200K轉向架主要零部件三維實體建模
2.1.三維建模簡介
SolidWorks以其優(yōu)異的性能、易用性、創(chuàng)新性提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。具有如下特點：用戶可以通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等各種高級命令操作來實現(xiàn)產品的設計；可以對特征和草圖動態(tài)修改，而且可以用簡單拖拽的方式進行實時的設計修改；三維草圖功能為掃描、放樣、生成三維草圖、管道、電纜線和管線生成路徑；同時其人性化的設計，諸如：加快特征樹回退、提高特征編輯性能，快速建模的菜單結構大大提高建模速度；零件建模時提供自動尺寸標注、草圖共享、草圖著色、套合樣條曲線、擴展設計、分離實體設計、輪廓與區(qū)域、本地化的操作、布爾運算、特征范圍、插入零件。這些特點使三維建模更加方便快捷[4]。
2.2.構架
構架為H型焊接結構，由兩根側梁和兩根橫梁組成，兩橫梁間裝有縱向梁。側粱中間為下凹的魚腹形，由4塊鋼板組焊成箱形封閉斷面，內有密封隔板，使側梁內腔成為空氣彈簧的附加空氣室。橫梁采用日本進口無縫鋼管，無縫鋼管外徑為φ165.2mm。壁厚為14.3mm[2]。各種吊座均焊在構架上。如圖2.1所示
圖2.1 構架
1、側架組成
側粱中間為下凹的魚腹形，由4塊鋼板組焊成箱形封閉斷面，內有密封隔板，使側梁內腔成為空氣彈簧的附加空氣室。有內側立板、外側立板、上蓋板、下蓋板、圓筒、上端板等零件組成。
（1） 上蓋板：如圖2.2所示，先繪制草圖如下，拉伸草圖360mm，然后再上蓋板平面進行完全貫穿拉伸切除，并將其鏡像，最后繪制圓筒蓋板，拉伸草圖即可。由于其對稱，將其鏡像得到上蓋板。
圖2.2 上蓋板
（2） 下蓋板：做法與上蓋板類似。
（3） 側立板：繪制如圖2.3所示草圖，拉伸12mm；然后繪制內側小圓，拉伸切除。
圖2.3 側立板
2、 橫梁
橫梁采用日本進口無縫鋼管外徑為φ165.2mm。壁厚為14.3mm。各種吊座均焊在構架上，通過優(yōu)化設計，在保證足夠強度和剛度的基礎上，盡量減輕重量。繪制時先生成主體部分，再拉伸切除使其成為空心。
圖2.4 橫梁
3、 定位座
(1) 繪制如圖2.5所示草圖，拉伸12mm，然后在拉伸面上繪制草圖拉伸凸臺15mm，然后創(chuàng)建基準面，將以上特征鏡像。然后拉伸切除節(jié)點裝置安裝座及螺紋孔。
(2) 繪制拉伸定位座筋板，并將（1）中所繪制特征選擇筋板中心基準面鏡像。
圖2.5 定位座
4、 牽引拉桿座
(1) 繪制如圖2.6所示草圖，拉伸12mm，然后在拉伸面上繪制草圖拉伸凸臺15mm。然后創(chuàng)建基準面，將以上特征鏡像。然后拉伸切除牽引拉桿安裝座及螺紋孔。
(2) 如圖2.6所示繪制定位座筋板草圖，，并將（1）中所繪制特征選擇筋板中心基準面鏡像。
圖2.6 牽引拉桿座
5、圓筒
(1) 繪制圓筒主體草圖，拉伸171mm，如圖2.7所示
(2) 繪制垂向減振器安裝座及夾板安裝凸臺，拉伸150mm
(3) 切除生成垂向減振器及吊鉤安裝座，由于兩邊對稱，將其鏡像得到另一邊。
(4) 拉伸切除打孔，垂向減振器螺栓安裝孔和吊鉤安裝孔
圖2.7 圓筒
5、 縱向梁
(1) 上蓋板：繪制如圖2.8所示草圖，將其拉伸100mm，得到縱向梁上蓋板主體。然后在縱向梁上蓋板平面繪制安裝座，將其鏡像即可得到縱向梁上蓋板。
圖2.8 縱向梁上蓋板
(2) 下蓋板：做法與上蓋板類似，三維圖如圖2.9所示
圖2.9 縱向梁下蓋板
(3) 側立板：繪制如圖2.10所示草圖，拉伸12mm
圖2.10 縱向梁側立板
6、 防過沖座
防過沖座有四塊板組成，其中兩側不完全對稱，有一塊傾角恰好相反。
(1) 防過沖板：共四塊，繪制如圖2.11所示草圖，拉伸20mm即可
圖2.11 防過沖板
(2) 防過沖座內筋：內側兩塊筋一樣，繪制如圖2.12所示草圖，拉伸20mm。
圖2.12 防過沖座內筋
(3) 防過沖座外筋：繪制如圖2.13所示草圖，拉伸20mm，安裝傾角恰好相反。
圖2.13 防過沖座筋
7、 抗蛇形減振器安裝座
(1) 繪制如圖2.14所示草圖，拉伸14mm，然后進行圓角處理，并打螺栓安裝孔。
(2) 選擇前視基準面，創(chuàng)建距離為60mm和80mm的基準面1和基準面2。
(3) 分別在以上兩個創(chuàng)建的基準面上繪制如圖2.14所示筋板草圖，拉伸筋板10mm，并將其鏡像。
圖2.14 抗蛇形減振器座
8、 橫向減振器座
(1) 繪制如圖2.15所示草圖，拉伸12mm。
(2) 繪制如圖2.15所示吊座草圖，拉伸180mm，得到橫向減振器安裝吊座。
(3) 繪制加強筋
圖2.15 橫向減振器座
9、 制動吊梁
(1) 上蓋板：如圖2.16所示草圖，拉伸180mm。然后在上蓋板上平面繪制安裝座。
圖2.16 制動吊梁上蓋板
(2) 下蓋板：下蓋板建模方式與上蓋板類似，其三維圖如圖2.17所示。
圖2.17 制動吊梁下蓋板
(3) 側立板：繪制如圖2.18所示草圖，拉伸12mm。
圖2.18 制動吊梁側立板
(4) 制動吊座：繪制如圖2.19所示草圖，拉伸10mm。
圖2.19 制動吊座
(5) 制動卡鉗安裝座：繪制如圖2.20所示草圖，拉伸10mm，然后進行圓角處理。
圖2.20 制動卡鉗安裝座
2.3軸箱定位裝置
CW-200K型轉向架的軸箱定位方式采用轉臂式分體定位裝置，通過橡膠節(jié)點保證縱、橫向定位，節(jié)點組裝時從轉臂端部壓入。轉臂和箍整體加工，通過螺栓將其連接，分解時只需將箍和轉臂間螺栓擰開即可將輪對推出。軸箱定位裝置包括：輪對、軸箱彈簧、軸端安裝、軸箱垂向減振器、節(jié)點裝置、轉臂[2]。
圖2.21 軸箱定位裝置
1. 車輪 2.車軸 3.防塵擋圈 4.轉臂 5.軸箱 6.箍 7.軸承 8.壓板 9.放松片 10.軸箱蓋
11. 鎖緊板 12.節(jié)點 13.橡膠墊 14.調整墊 15.下夾板 16.彈簧 17.上夾板 18.螺母
19.螺栓 20.吊鉤 21.軸箱減振器
2.3.1輪對
CW-200K型轉向架車軸軸重為15.5t，車軸軸徑中心距為2000m，軸型為RD3A1。車輪采用KKD車輪。制動方式為軸盤式制動，每軸二個制動盤，車軸軸承采用SKF生產的短圓柱滾子軸承。
(1) 車軸：
a) 選擇前世基準面，繪制直徑為174mm的圓，然后拉伸615mm，得到軸身，
b) 在拉伸后的軸身前端面，繪制直徑194mm的圓，拉伸195mm得到輪座，
c) 在拉伸后輪座的前端面，繪制直徑165的圓，拉伸80mm得到防塵板座，
d) 在拉伸后的防塵板座前端面繪制直徑130的圓，拉伸200mm得到軸頸，
e) 然后以前視基準面為基準創(chuàng)建距離其430mm的基準面1，在基準面1上繪制直徑為198mm的圓，兩側拉伸160mm得到制動盤安裝座，
f) 然后選擇前世基準面為鏡像面，將以上特征鏡像即可得到如圖2.22所示車軸。
圖2.22 車軸
(2) 車輪：
a) 選擇右視基準面，繪制直徑為979mm的圓，拉伸180mm得到車輪輪坯
b) 然后選擇上視基準面，繪制如圖2.23所示草圖，旋轉切除左輻板。
c) 繼續(xù)選擇上視基準面，繪制如圖2.23所示草圖，旋轉切除右輻板。
d) 選擇輪坯的特征端面，繪制直徑為194mm的圓，貫穿切除得到輪轂孔。
e) 在上視基準面繪制如圖2.23所示踏面草圖，旋轉切除得到踏面。
圖2.23 車輪
(3) 制動盤：
a) 選擇右視基準面，繪制直徑為840mm的圓，兩側對稱拉伸110mm
b) 選擇拉伸端面，繪制直徑為268mm的圓，拉伸20mm。將其沿右視基準面鏡像。
c) 選擇端面，繪制直徑為228mm的圓，貫穿切除得到轂孔。
d) 選擇上視基準面，繪制如圖2.24所示草圖，旋轉切除得到中間中空部分。
e) 選擇中間切除端面，繪制筋板，并將其圓周整列得到如圖2.24所示制動盤。
圖2.24 制動盤
2.3.2軸端安裝
軸端安裝主要有轉臂、轉臂箍、軸箱體、軸箱蓋、防塵擋圈等螺栓螺母標準件組成?，F(xiàn)將主要零件以及它的畫法陳述如下：
(1) 轉臂：
轉臂是一個比較復雜的零件，無法直接通過草圖生成，只能先繪制出整體大致模型，再將多余的部分切除，并將其他特征逐步添加。
a) 繪制特征主體：繪制如圖2.25所示草圖，拉伸160mm得到轉臂主體。
b) 然后在拉伸后安裝軸箱體上端面，繪制草圖，拉伸軸箱彈簧安裝座。
c) 選擇軸箱體安裝位置下端面，繪制轉臂座及垂向減振器安裝座。
d) 創(chuàng)建右側筋板，共三塊，分別繪制三個草圖，分別生成筋特征。
e) 創(chuàng)建左側筋板，并將其鏡像。
圖2.25 轉臂
(2) 軸箱體
a) 繪制如圖2.26所示草圖，旋轉生成軸箱體主體部分。
b) 然后建造凸臺，繪制如圖2.26所示草圖，拉伸23mm，得到凸臺。
圖2.26 軸箱體
(3) 軸箱蓋
a) 如圖2.27所示，先通過拉伸、拉伸切除等命令得到基本模型。
b) 然后繪制凸臺草圖，拉伸25mm。
c) 最后繪制軸箱蓋草圖，旋轉即可。
圖2.27 軸箱蓋
(4) 轉臂箍：與轉臂配合，通過螺栓螺母緊固件連接將軸箱體、軸箱蓋、防塵擋圈軸承組裝的軸端裝置安裝。
a) 根據(jù)轉臂尺寸，繪制草圖，拉伸轉臂箍主體，如圖2.28所示。
b) 繪制一個安裝座凸臺，拉伸25mm，并對其進行R10圓角處理。
c) 將安裝座凸臺沿兩個方向鏡像。
圖2.28 轉臂箍
2.3.3軸箱彈簧
車 型 代 號
旋向
直徑
d
中徑
D
有效圈數(shù)
總
圈數(shù)
自由高
H±3
剛度
kN/mm
自重載荷下
試驗載荷下
合成剛度KN/mm
自重載荷下
載荷KN
高度
±3
載荷KN
高度
±3
載荷KN
高度±3
CCK207X硬臥CCK208X 軟臥CCK228 高包
CCKZ53-21
右
25
135
6.8
8.3
324
0.3
15.3
257
27
206
0.812
54.88
257
CCKZ53-21
左
40
219
4.1
5.6
324
0.5
39.6
257
69
206
CCK209X餐車
一位轉向架
CCKZ53-21001
右
28
135
6.2
7.7
300
0.395
17
257
34
213
1.112
47.87
257
CCKZ53-21002
左
42
220
4
5.5
300
0.717
30.9
257
62
213
CCK209X餐車
二位轉向架
CCKZ53-21
右
28
135
6.2
7.7
308
0.4
20.2
257
38
213
1.112
57.18
257
CCKZ53-21
左
42
220
4
5.5
308
0．7
37
257
68
213
彈簧裝置由內、外圈彈簧、彈簧上、下夾板及螺栓、螺母組成。螺母上開有銷孔，彈簧組裝后需穿開口銷。彈簧參數(shù)如表2.1所示：
表2.1 軸箱彈簧參數(shù)
(1) 上下夾板：負責夾住彈簧，上夾板直接繪制如圖2.29草圖旋轉生成，下夾板還有四個缺口，畫出一個陣列其他三個。
圖2.29 上下夾板
(2) 內外圓簧：根據(jù)表中彈簧參數(shù)，先畫出彈簧螺旋線的輪廓圓，然后再以這條線為基準生成螺旋線；在螺旋線一端畫出和彈簧直徑大小的圓，掃描螺旋線就生成了彈簧。由于這樣生成的彈簧兩端都是圓柱體，無法放置在上下夾板中，需要將兩端切為平面。
圖2.30 軸箱彈簧
(3) 螺栓：如圖2.31所示，該螺栓為非國標庫文件，螺栓頭部有橡膠絕緣電阻不小于300MΩ，橡膠硬度紹爾70～75，橡膠與金屬的結合強度不小于6MPa，螺紋機械性能滿足GB/T 3098.2對8.8級螺栓的要求。
圖2.31 螺栓
2.3.4節(jié)點裝置
節(jié)點裝置包括兩個橡膠節(jié)點、轉軸、轉軸套和蓋形螺母。一系定位的縱、橫向剛度均由橡膠節(jié)點決定，同一轉向架各位置節(jié)點剛度值應作原始記錄，相差值應≤0.2MN/m[2]。
圖2.32 節(jié)點裝置
1. 蓋形螺母 2. 轉軸套 3. 橡膠節(jié)點 4. 轉軸
(1) 蓋形螺母：標準件直接在Solidworks零件庫調取，只需修改其參數(shù)即可。
圖2.33 蓋形螺母
(2) 轉軸套：如圖2.34所示，先畫半圓錐草圖，旋轉生成實體。然后在圓錐端面作方形軸套草圖，拉伸50mm，然后在端面中心繪制直徑為32mm的圓，完全貫穿切除。
圖2.34 轉軸套
(3) 定位套：繪制如圖2.35所示草圖，旋轉基體得到定位套。
圖2.35 定位套
(4) 轉軸：建模方式與轉軸套類似。繪制如圖2.36所示草圖，旋轉得到主體，然后對零件棱角進行圓角處理，并在轉軸小端面進行62mm的M30的螺紋處理然后在圓錐體端面拉伸方形定位套。
圖2.36 轉軸
2.4.中央懸掛裝置
中央懸掛為無搖枕結構，采用高柔性空氣彈簧。兩側設兩個橫向減振器，兩個橫向止擋，橫向止檔與縱向梁的間隙為40±2mm。車體與轉向架間裝有兩個對稱的抗蛇行減振器，減小車輛在高速運行時輪緣磨耗和懸掛系統(tǒng)的作用力，提高車輛運行穩(wěn)定性和運行平穩(wěn)性。中央懸掛裝置包括空氣彈簧、高度閥、差壓閥、牽引裝置、抗側滾扭桿、安全鋼絲繩等[2]。
圖2.37 中央懸掛裝置
1、 牽引支座 2、牽引拉桿 3、橫向減振器 4、空氣彈簧
5、 抗蛇形減振器座 6、抗蛇形減振器 7、抗側滾扭桿
2.4.1.牽引支座組成
牽引支座組成是中央懸掛裝置的主要組成部分，其上分布有兩個橫向減振器，與構架中央的橫向減振器座通過螺栓相連接，牽引拉桿與構架的牽引拉桿座相連接，同時上端板通過螺栓與車體相連接。其組成較為復雜，不僅是牽引座，上邊還安裝有緩沖器安裝座，橫向減振器座。牽引拉桿座，牽引支座由三塊立板、九塊筋板、兩塊定位塊和連接板以及定位圈組成。
(1) 牽引支座：如圖2.38所示，建模過程首先建上端板，然后再創(chuàng)建基準面，繪制立板草圖，拉伸12mm，然后在已有的立板上建造牽引拉桿安裝座、橫向緩沖器安裝座、橫向減振器安裝座。最后將以上立板創(chuàng)建特征鏡像即可。
圖2.38 牽引支座
(2) 牽引拉桿：如圖2.39所示繪制草圖，拉伸170mm，得到牽引拉桿主體。然后在已拉伸端面，繪制螺栓安裝位置，并打螺栓安裝孔。
圖2.39 牽引拉桿
2.4.2.抗側滾扭桿
抗側滾扭桿主要有扭桿、扭臂、連桿，支撐座組成。
(1) 扭桿：繪制φ60mm的草圖，對稱拉伸1500mm，再創(chuàng)建距離中心575mm的基準面，在該基準面上繪制φ70mm的草圖，兩側拉伸64mm，鏡像即可得到扭桿，如圖2.40所示。
圖2.40 扭桿
(2) 扭臂：扭臂是一個大塊不規(guī)則零件，需要建造實體，然后將其分步切除。
a) 繪制如圖2.41所示草圖，拉伸158mm，得到轉臂實體。
b) 如圖2.41所示，在已拉伸實體地面繪制草圖，完全貫穿切除。
c) 切除連桿安裝位置以及連桿螺栓安裝孔。并對各棱角進行圓角處理。
圖2.41 扭桿轉臂
(3) 連桿：與牽引拉桿相似，三維模型如圖2.42所示。
圖2.42 連桿
(4) 支撐座：如圖2.43所示，首先建造支撐座底板，然后在地板上建圓柱體，其中圓柱體一段與扭桿同心配合，另一端為防塵板。最后通過四塊筋板將其二者連接。
圖2.43 支撐座
至此，CW-200K型轉向架主要零部件造型結束，通過此次造型，讓我對轉向架的總體結構有了了解，了解了轉向架主要零部件的結構。同時，對SolidWorks軟件的基本建模命令有了一定的認識。接下來將要進行主要零部件的裝配。
3.CW-200K轉向架的虛擬裝配
3.1.虛擬裝配簡介
在零件造型完成之后，根據(jù)設計意圖將不同的零件組裝在一起，形成與實際產品裝配想一致的裝配結構，并進行相應的分析評價過程為裝配設計。裝配設計是三維CAD軟件的三大基本功能單元之一，在現(xiàn)代設計中，裝配已不再局限于單純的表達產品零件之間的配合關系，而是更多的拓展到工程實踐應用領域，如運動分析、干涉檢查、有限元分析、仿真模擬、自上而下設計等諸多方面[5]。
三維CAD軟件一般可以支持自下而上和自上而下兩種裝配造型設計方法。Solidworks軟件中，裝配設計能從細節(jié)上幫助機械設計工程師提高工作效率。其特點如下：組合的配合參考、零部件陣列、另存為、配合修復工具、替換零件、調色板裝配體、物理仿真、提供物理動力學等的軟件功能；創(chuàng)建新的裝配體時，可直接參照現(xiàn)有的其他裝配體，可以直接調用，并保持鏈接關系[5]。
同時在設計具有成千上萬個零件的大型裝配體時可獲得其他軟件無可比擬的優(yōu)異性能。用戶可將零部件拖放到恰當?shù)奈恢谩＠密浖陨硖峁┑牧悴考R像功能可以快速地完成設計，同時我們也可以根據(jù)現(xiàn)有的對稱設計創(chuàng)建新的裝配體。使用智能零件技術可以簡化紛繁重復枯燥的工作任務，這種技術是一種使裝配體自動進行任務的創(chuàng)新。
在完成裝配后，用戶無需新建文件就可以可以輕松在已有的裝配體內部進行裝配體爆炸圖的生成與編輯，爆炸動畫和爆炸動畫解除可以真實模擬裝配體的拆裝過程，用戶可以清楚的了解裝配體的裝配和定義關系以正確指導生產。高級配合更能準確地對運動機構的描述，包括齒輪配合，凸輪配合，和極限配合。查閱已經完成的裝配體時，輕化子裝配體設置，可以減少打開和處理大型裝配體所需的時間。
3.2.輪對
輪對裝配是由車軸、車輪和制動盤裝配組成，如圖3.1所示，其特點是：過盈配合，輪軸同轉。裝配步驟如下：
(1) 將車軸插入，作為固定零件。
(2) 將兩個車輪插入裝配體，添加車輪輪轂孔面與車軸輪座同心配合，然后添加兩車輪內側面距離1353mm配合。然后添加高級對稱配合，使已添加的距離為1353mm的配合關于車軸中心對稱。
(3) 將兩個制動盤插入裝配體，添加制動盤輪轂孔面與車軸制動盤座同心配合，然后添加兩車輪內側面距離860mm配合。然后添加高級對稱配合，使已添加的距離為860mm的配合關于車軸中心對稱。
圖3.1 輪對裝配
3.3.軸箱定位裝置
軸箱定位裝置采用分體式軸箱結構的無磨耗轉臂式軸箱定位，軸箱轉臂一端與軸箱體連接,另一端壓裝定位節(jié)點，并通過定位座與構架相連。軸箱定位裝置主要包括輪對、軸承組合、軸箱定位節(jié)點、軸箱彈簧和垂向減振器等部分。裝配圖如圖3.2所示，裝配過程如下：
(1) 將轉臂作為固定件，插入轉臂箍，使得與轉臂同心，側面與轉臂重合，最后使轉臂與轉臂箍上下面重合。使他們定位部分的兩個小圓同心即可。并加裝螺栓螺母。
(2) 軸端安裝，以軸箱體為固定件，插入防塵擋圈，使其與軸箱體同心，并且防塵擋圈內側面與軸箱體重合。插入兩個圓柱滾子軸承的標準件，使其與軸箱體內側圓柱面同心，且軸承外側面與軸箱體軸肩重合。
(3) 插入軸端安裝，與轉臂中心部分同心，然后使軸箱外側定位部分與轉臂部分重合，上視基準面與轉臂上視基準面重合即可。
(4) 插入軸箱蓋，與軸箱同心，內側面與軸箱外側面重合，最后使他們定位部分的兩個小圓同心即可，并加裝螺栓螺母。
(5) 軸箱彈簧裝置，以下夾板為固定部分，插入內外彈簧分別使其上視基準面和前視基準面與下夾板的上視基準面和前視基準面重合，然后讓彈簧下端與下夾板重合，最后插入上蓋板，只需內側與彈簧上部分重合，與下夾板同心即可。
(6) 將軸箱彈簧插入轉臂上部分的圓盤里邊，只需下夾板外側和轉臂圓盤外側重合并同心即可。
(7) 節(jié)點裝置，以轉軸作為固定件，分別在其上插入轉軸套，定位套并添加圓錐面同心配合。最后將蓋形螺母與轉軸同心及面配合。
(8) 插入節(jié)點裝置，使其與轉臂節(jié)點裝置安裝孔同心，并且節(jié)點裝置中心面與轉臂中心面重合，最后添加鎖緊板至節(jié)點裝置即可。
圖3.2 軸箱定位裝置裝配
3.4.中央懸掛裝置
CW-200K型轉向架中央懸掛裝置采用空氣彈簧及減振器。牽引方式為單牽引拉桿。包括空氣彈簧、橫向減振器、抗蛇行減振器、抗側滾扭桿、防過充裝置及牽引裝置等主要部件的裝配。裝配圖如圖3.3所示，裝配過程如下：
圖3.3 中央懸掛裝置裝配
3.4.1.抗側滾扭桿
抗側滾扭桿，通過支撐體連接在構架橫梁下側的安裝座上，連桿則直接連接在車體上。如圖3.4所示，裝配過程如下：
圖3.4 抗側滾扭桿裝配
(1) 將扭桿作為固定部分，先插入扭臂，扭臂中間圓柱面與扭桿扭臂安裝座圓柱面同心，扭臂中心面與安裝座中心面重合，扭臂下底面與上視基準面平行。
(2) 再插入連桿，連桿兩端的銷軸與扭臂下部開口處重合，連桿銷軸上的定位小孔和扭臂上的螺栓孔同心。并添加螺栓與螺母。
(3) 插入支撐座，兩支撐座內側平行，上部固定部分也平行，并與扭桿的上視基準面重合，添加兩支撐座之間的距離即可完成定位裝配。
3.4.2.牽引支座組成
牽引支座組成，通過安裝在其上的兩個橫向減振器與構架上的橫向減振器安裝座用螺栓螺母連接。另外牽引拉桿則與構架橫梁上的牽引拉桿座進行配合，直接將牽引拉桿裝入槽內，并加裝鎖緊板，通過螺栓螺母緊固連接上端面與車體連接。如圖3.5所示，裝配過程如下：
圖3.5 牽引支座裝配
(1) 將牽引支座為做固定件,插入牽引拉桿，將牽引拉桿裝入牽引支座槽內，添加配合。并通過鎖緊板、螺栓螺母緊固。
(2) 插入橫向緩沖器，直接將緩沖期插入圓柱面添加同心與面重合配合。并通過螺母將其緊固。
(3) 插入橫向減振器，使其上的兩個小孔與牽引支座小孔同心，再添加面重合，最后裝入螺栓螺母。
3.5.轉向架總體虛擬裝配
CW-200K轉向架的總體裝配，是將上面的構架+中央懸掛裝置落在兩個軸箱裝置（含輪對）上，通過構架的垂向減振器安裝座和橫向減振器安裝座與軸箱裝置中的垂向減振器和牽引支座組成的橫向減振器通過螺栓螺母緊固連接，還有軸箱裝置中的節(jié)點裝置與構架的節(jié)點安裝座通過鎖緊板用螺栓螺母緊固連接。除將以上部件裝配外，還需將抗蛇形減振器安裝在構架的安裝座上。其技術指標如表5.2.5.1所示：
表5.2.5.1 技術指標
項目
技術指標
項目
技術指標
運行速度
160km/h
輪距
915
試驗速度
200km/h
空簧橫向跨距
2000
基礎制動
盤形制動+防滑器
軸型
RD3A1
適用軌距
1435
軸重
16.5t
適用限界
GB146.1-83
質量
6300
空簧上平面高
937
曲線半徑（正線）
145m
軸距
2500
曲線半徑（緩行）
100m
總裝配圖如圖3.6所示，裝配過程如下：
圖3.6 CW-200K轉向架總裝配
(1) 選擇軸箱裝置（含輪對）為固定件，并插入另一個軸箱裝置，添加車軸中心距2500mm，且兩車軸上視基準面和右視基準面重合。
(2) 插入構架（含中央懸掛裝置），使構架中任意兩個圓筒與軸箱上夾板同心配合，再添加構架上蓋板下表面與軸箱上夾板面重合即可。
(3) 插入抗蛇形減振器，使其上的兩個小孔與構架上抗蛇形減振器安裝座小孔同心，并添加座與減振器兩個面重合配合。
(4) 將軸箱垂向減振器與構架上垂向減振器安裝座兩小孔進行同心配合，并用螺栓螺母緊固連接。
(5) 將軸箱節(jié)點裝置鎖緊板與構架上定位座通過螺栓螺母緊固連接。
(6) 將牽引支座組成橫向減振器與構架上橫向減振器安裝座兩小孔進行同心配合，并用螺栓螺母緊固連接。
(7) 此時，轉向架總體裝配結束。
至此，CW-200K轉向架的所有零件的三維建模與整體的虛擬裝配結束，接下來我們也可以根據(jù)自身的興趣愛好對其進行簡單的運動模擬仿真或者對其構架、輪對進行有限元分析。通過整個過程的實際操作，掌握了CW-200K轉向架的基本結構和其中各零部件的的裝配約束關系，同時也簡單了解了轉向架的拆裝工藝過程。同時三位實體建模的過程對接下來即將進行的機械加工工藝分析可以給予一定的指導作用。
4.CW-200K轉向架工藝分析
4.1.機械加工工藝基礎
機械的加工過程是指將原材料轉變?yōu)槌善返娜窟^程。他包括：毛胚制造、零件機械加工和熱處理、裝配、成品油漆、質量檢驗等主要生產過程以及工具、量具、夾具制造，材料與半成品的運輸、存儲、設備維修、動力供應等輔助生產過程[6]。
為了能具體確切的說明工藝過程，以利于分工，有序的組織生產和管理，將工藝過程分為工序、安裝或定位、工步、走刀等組成部分。
(1) 工序：一個或一組工人，在同一臺設備或同一工作地點，對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分加工工作。
(2) 安裝：在同一道工序中，工件經一次裝夾后所完成的那一部分工序。
(3) 工位：在一道工序中，當工件裝夾在移位工作臺或回轉夾懸上，作若干次工作位置的改變，則工件每占據(jù)一個位置所完成的那一部分工序，稱一個工位。
(4) 工步：在一個安裝或工位中，加工表面，切削刀具及切削用量均不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工作。工步是組成工藝過程最基本的單元。
(5) 走刀：在一個工步中若加工余量大，要分幾次切削，每次切削就是一次走刀。走刀是工藝過程最小單元[6]。
4.2.主要零部件機械加工工藝分析
4.2.1.車軸
車軸是機器中經常遇到的典型零件之一。他主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般有同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面組成。根據(jù)結構形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。目前由于鐵路客車的速度不斷提高，為了減輕重量，減小列車在高速運行時對鋼軌的沖擊，所以大部分都采用了空心車軸。各車輛廠由于條件不同，所以工藝差別也有很大區(qū)別。一般來說，毛坯制造這個過程不由車輛廠來做，都是從外廠購買已經加工好內孔的車軸毛坯[7]。各工序名稱及相應的加工余量和表面粗糙度如表4.1所示[9]?？招能囕S毛坯進入車輛廠后進行機械加工的主要機械加工工藝過程如下：
(1) 毛坯以外圓定位，在雙面銑床上粗銑毛坯兩端面；
(2) 以內孔定位，在臥式鏜床上粗、精鏜兩直徑約74毫米的堵頭孔，刮兩端面；
(3) 在壓床上壓入兩端專用堵頭；
(4) 以兩堵頭上的中心孔定位，在車軸仿形床上半精車軸頸、防塵座、輪座、制動盤坐和軸身；
(5) 以輪座面定位，精銑兩端面，保證2146毫米的尺寸；
(6) 以輪座面定位，在組合機床上對六個M16-6H孔加工，分別經鉆孔、擴孔、攻絲三個工位；
(7) 修研中心孔，以中心孔定位，精車軸頸、防塵座、輪座、制動盤座及軸肩圓弧角；
(8) 磨輪座，制動盤座；
(9) 滾壓輪座、制動盤座、軸座、軸身及R25圓??；
(10) 精磨防塵座、軸頸；
(11) 交驗。
在加工過程中，應當安排必要的熱處理工序，以保證其機械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性[7]。
表4.1 各工序名稱及相應的加工余量和表面粗糙度
工序名稱
表面粗糙度
加工余量
切軸頭
12.5
3
超聲波探傷
鉆中心孔及工藝孔
6.3
22
粗車
25
20~80
半精車
3.2
5
精車端面，修光中心孔
12.5
5
鉆、鉸車軸兩端螺孔
12.5
20.9
超聲波探傷
磨外圓
1.6
0.5
滾壓圓弧
0.8
無
修整車軸
成品檢查
磁粉探傷
4.2.2.車輪
我國客、貨車長期采用馬鞍山車輪廠生產的輾鋼車輪，它具有強度高、重量輕、使用壽命長等優(yōu)點，但加工工序復雜，成形后須經過熱處理才能達到要求的性能指標，然后按規(guī)定，加工為半成品，再加工后才可使用。動車組制造用的車輪毛坯均為半成品，需要加工輪轂孔和內側端面才可與車軸組裝成輪對[7]。
高速列車輕型車輪加工較為嚴格，必須滿足下列要求[7]：
(1) 要求踏面及腹板均應進行仿形加工，用樣板檢查圓弧角，局部間隙小于0.5毫米；
(2) 車輪加工后，應做靜平衡試驗，許用靜不平衡量小于等于50g·m；
(3) 輪轂孔表面粗糙度Ra小于3.2微米，圓柱度小于等于0.02毫米，圓度小于等于0.025毫米，圓錐方向應有利于壓裝配合連接強度。
車輪一直由兩道工序加工完成, 即：
(1) 先加工內殼面、內輻板、輪緣、內輞面；
(2) 然后翻身找正加工外殼面、外輻板、外輞面、踏面及孔；
(3) 其中輪緣、踏面在喉部接刀。
車輪輪轂孔的加工方法因設備不同而不同，具體如下：
(1) 采用通用立式車床加工
目前最常用的方法是用C 512A立式車床精加工輪轂孔，其工藝流程為：
輪徑分類→粗車輪轂孔及車輪兩側面→半精車輪轂孔及外側圓角R3→精車輪轂孔及內側R5圓角→檢測。
這種加工方法，均是使用C 512A型立式車床，用內徑百分表或千分表測量孔徑，加工精度為H7~H8，粗糙度Ra大約在5至6.3之間，公差帶一般在0.1毫米以內，有時甚至還達不到。
(2) 采用專用的內圓磨頭精加工輪轂孔
前幾道工序均用C 512A立式車床進行，只在精加工孔時采用磨削工序。其優(yōu)點是可以提高孔的精度，公差帶可控制在0.02毫米，故可實現(xiàn)輪、軸組裝互換。其內表面粗糙度Ra可穩(wěn)定達到3.2。
(3) 采用適應控制的數(shù)控機床加工
在車輪輪轂孔精車的加工中，采用適應控制的立式數(shù)控機床，它與車軸的磨輪座磨床上安裝的半自動測量系統(tǒng)相連。這樣每一車軸的輪座實際加工尺寸自動輸入到輪孔加工的適應控制系統(tǒng)中，然后根據(jù)軟件規(guī)定的過盈量及加工過程的變量，適應控制系統(tǒng)控制機床自動完成輪轂孔加工，因而保證加工的車輪與車軸的壓裝質量要求。
4.2.3.輪對組裝工藝分析
輪對是機車走行部的重要部件，承受著車輛的全部載荷，決定著車輛的運行速度。它的質量狀況直接危及行車安全。高速列車的輪對是由兩個車輪、制動盤（輪盤和軸盤）和一根車軸組成。輪對分為動力輪對和拖車輪對，動力輪對一側安裝齒輪箱裝置，而拖車輪對則安裝兩套軸盤。車輪和制動盤都與車軸按照規(guī)定的壓力和尺寸緊壓配合組裝成一個整體，其中兩個車輪、各車制動盤要求同類型和同材質。車軸和車輪、制動盤是通過壓裝方法來實現(xiàn)過盈配合連接的，在車輛制造中輪對的緊配合連結均采用壓裝法[7]。
輪對壓裝工藝過程
目前路內大多數(shù)工廠采用以輪轂孔外端面定位壓裝車軸的輪對壓裝方法,其工藝過程是:
(1) 輪軸套裝:用車軸專用尺劃出車軸的全長中心線,并在車軸兩端軸頸上套上防護套;然后將選配好的車軸輪座表面和車輪輪轂孔內清掃干凈,并均勻地涂抹純凈植物油;最后將兩個車輪分別套裝在車軸的兩端(靠緊輪座)。
(2) 定位:將套裝好的車輪車軸吊放到輪對壓裝專用的移動(旋轉)小車上,啟動小車開關,使輪轂孔的外端面靠緊壓力機的定位面即完成壓裝的定位。
(3) 壓裝:啟動壓力機進行壓裝。通過專用對稱尺劃出的車軸全長中心線,壓裝到位后(操作者目測判斷),關機停壓(若在壓裝過程中發(fā)現(xiàn)壓力曲線不合格則立即停壓),打開小車開關,將小車復位。
(4) 調頭壓裝:將小車旋轉180°,再按同樣的過程壓裝另一側的車輪。
(5) 檢測:車輪壓裝完成后,用專用尺仔細測量L和任意3處的距離差,并檢查輪位差和壓裝力大小以及壓力曲線是否合格。
(6) 記錄:對壓裝合格的輪對,按照鐵輛[1998]2號文之附件5中的F5、2、7條的規(guī)定完成有關數(shù)據(jù)的記錄。
(7) 對壓裝不合格的輪對,應及時退卸并分析原因,妥善處理后重新壓裝。
總結與展望
本文針對既有線路中CW-200K型轉向架的實體模型，運用Soildworks 三維建模軟件對轉向架各零部件的進行三維建模，然后完成轉向架的虛擬裝配，在此基礎上結合轉向架結構對主要零部件的加工工藝進行了分析。進行了如下工作：
1) 對CW-200K轉向架組成零部件及其各自的作用進行了分析，在此基礎上，根據(jù)搜集到的CW-200K轉向架圖冊，運用Soildworks 三維建模軟件完成轉向架各零部件的三維建模。
2) 結合轉向架生產線的組裝流程，運用Soildworks 三維建模軟件對建好模的各