UIC515-3鐵路車輛轉(zhuǎn)向架—走行裝置軸設(shè)計(jì)計(jì)算方法.doc

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國(guó)際鐵路聯(lián)盟規(guī)程 515-3 OR 第1版，94年7月1日 鐵路車輛轉(zhuǎn)向架—走行裝置軸設(shè)計(jì)計(jì)算方法 國(guó)際鐵路聯(lián)盟 47 515-3 OR 按卷分類的活頁(yè)： V - 運(yùn)輸車輛 修訂 …………………….……………………………………. …………………………………………………………. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. ………………………………………………………….. 序言： 前面帶有星號(hào)（*）的為條款為強(qiáng)制性規(guī)定。 頁(yè)邊處的雙線(‖)表示于該頁(yè)面頁(yè)腳處所注日期進(jìn)行的內(nèi)容修訂。 執(zhí)行本手冊(cè)時(shí)，應(yīng)遵守本文件結(jié)束部分“使用”中所規(guī)定的條款。 注意： 本手冊(cè)內(nèi)容包括以下部分： 手冊(cè)410： 旅客列車重量與制動(dòng)的構(gòu)成和計(jì)算 手冊(cè)505—1： 鐵路運(yùn)輸車輛— 鐵路車輛結(jié)構(gòu)界限 手冊(cè)508—1： 固定裝置與牽引客車之間的相互作用 手冊(cè)510—2： 牽引車輛— 與不同類型行走裝置一起使用的各種直徑車輪的使用條件 手冊(cè)515： 客車的行走裝置 手冊(cè)515—0： 旅客列車— 轉(zhuǎn)向架 —行走裝置 手冊(cè)515—1： 旅客列車— 拖車轉(zhuǎn)向架— 行走裝置— 適用于拖車轉(zhuǎn)向架組件的一般條款 手冊(cè)515—4： 旅客列車— 拖車轉(zhuǎn)向架— 行走裝置— 轉(zhuǎn)向架框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn) 手冊(cè)515—5： 動(dòng)力牽引機(jī)車— 行走裝置— 軸箱試驗(yàn) 手冊(cè)541—1： 制動(dòng)裝置— 各種制動(dòng)部件結(jié)構(gòu)方面的規(guī)定 手冊(cè)543： 制動(dòng)裝置— 與設(shè)備和牽引車輛使用相關(guān)的規(guī)定  手冊(cè)546： 制動(dòng)裝置— 旅客列車用在功率制動(dòng)裝置 手冊(cè)552： 列車電纜電源 手冊(cè)567—1： 國(guó)際服務(wù)中可以使用的標(biāo)準(zhǔn)X、Y型客車 手冊(cè)567—2： 國(guó)際交通中可以使用的標(biāo)準(zhǔn)型客車— 特性 手冊(cè)569： 適用于火車輪渡運(yùn)輸?shù)目蛙嚭蛙噹圃熘袘?yīng)遵守的規(guī)定 手冊(cè)811—1： 牽引車輛軸供貨技術(shù)規(guī)程 手冊(cè)813—1： 牽引車輛輪組供應(yīng)技術(shù)規(guī)程 手冊(cè)814： 擬用于鐵路車輛滾子軸承軸箱潤(rùn)滑的油脂正式試驗(yàn)與供貨技術(shù)規(guī)程 目 錄 1 — 主題— 應(yīng)用范圍 2 — 符號(hào) 3 — 軸設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要考慮的作用力 3.1 — 參考質(zhì)量m1的定義 3.2 — 標(biāo)準(zhǔn)或?qū)捾壘噼F道與導(dǎo)輪車軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相關(guān)的作用力 3.3 — 標(biāo)準(zhǔn)或?qū)捾壘噼F道與牽引從導(dǎo)輪車軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相關(guān)的作用力 3.4 — 窄或米制軌距鐵道與導(dǎo)輪車軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相關(guān)的作用力 3.5 — 窄或米制軌距鐵道與牽引從導(dǎo)輪車軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相關(guān)的作用力 3.6 — 在車輪與軌道接觸點(diǎn)處的垂直反力 4 — 由與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相關(guān)的作用力引起的彎矩 5 — 由制動(dòng)和牽引產(chǎn)生的力矩 6 — 用于應(yīng)力計(jì)算的合成力矩  7 — 確定軸各部分的結(jié)構(gòu) 7.1 — 軸在不同橫截面上的應(yīng)力 7.2 — 確定軸頸與軸身處的直徑 7.3 — 根據(jù)軸身或軸頸處的直徑確定定位座的直徑 8 — 應(yīng)力極限 8.1 — A1N鋼 8.2 — 其它類型鋼（非A1N鋼） 9 — 設(shè)計(jì)計(jì)算書 附錄1：由不同類型的制動(dòng)系統(tǒng)引起的分力矩、和 附錄2：MR的公式推導(dǎo) 附錄3：用于確定倒角處應(yīng)力集中系數(shù)K的計(jì)算圖表 附錄4：用于確定槽底處應(yīng)力集中系數(shù)K的計(jì)算圖表 附錄5：軸的設(shè)計(jì)計(jì)算書樣例 1— 主題 — 應(yīng)用范圍 *1.1 — 本手冊(cè)頁(yè)對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了闡述，并規(guī)定了各種鐵路機(jī)車車輛的外徑軸的設(shè)計(jì)驗(yàn)證計(jì)算。 本方法適于擬用來(lái)運(yùn)送旅客或貨物的所有鐵路列車中驅(qū)動(dòng)車軸和從導(dǎo)輪車軸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 但是，當(dāng)工作中存在較大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，該方法不適用于車輛主動(dòng)輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 本方法對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵道、寬軌矩鐵道（如：西班牙鐵路系統(tǒng)）或窄軌距鐵道（米制或近米制軌距）上工作的車輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算均是適用的。 本方法主要由以下三個(gè)部分構(gòu)成： — 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)所需作用力的確定、不同車軸橫截面上力矩的計(jì)算； — 選擇軸身與軸頸的直徑，然后根據(jù)這些直徑值確定出車輪軸其它部分的直徑； — 按照下述步驟校驗(yàn)選定的直徑： l 計(jì)算車輪軸每一部分每一個(gè)特征橫截面上的應(yīng)力； l 將計(jì)算應(yīng)力與最大允許用應(yīng)力相比較。 此外，本方法建議在車輪軸的不同部分之間的過(guò)渡處（軸頸、軸座、軸身等）應(yīng)采用合理的結(jié)構(gòu)形狀。 1.2 — 基于經(jīng)濟(jì)性和標(biāo)準(zhǔn)化方面的考慮，在開發(fā)一個(gè)新型輪軸前，建議確認(rèn)當(dāng)前的車輪軸設(shè)計(jì)是否已經(jīng)不能滿足新提出的要求。 * 2 — 符號(hào) m1（kg） 適用于輪軸的參考質(zhì)量； m2（kg） 輪組的質(zhì)量； m1+m2（kg） 需要考慮的車輪組作用于軌道的車輛部分的質(zhì)量； g(ms-2) 重力加速度； P(N) 支承參考質(zhì)量的車輪組作用于軌道上的垂直力的一半，即：； P0(N) 當(dāng)車輪組上施加對(duì)稱載荷時(shí)，作用于每一個(gè)軸頸上的垂直力：； P1(N) 受力最大的軸頸上的垂直作用力； P2(N) 受力最小的軸頸上的垂直作用力； P1(N) 在某種制動(dòng)方式下產(chǎn)生的制動(dòng)力P； Y1(N) 在受力最大的軸頸側(cè)車輪與軌道之間的水平橫向力； Y2(N) 受力最小的軸頸一側(cè)車輪與軌道之間的水平橫向力； H(N) 與作用力Y1和Y2相平衡的水平橫向力； Q1(N) 在受力最大的軸頸一側(cè)車輪與軌道之間的垂直支反力； Q2(N) 在受力最小的軸頸一側(cè)車輪與軌道之間的垂直支反力； Fi(N) 與位于車輪（所有或部分驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)軸器、制動(dòng)盤、馬達(dá)等）之間的未安裝彈性零件的質(zhì)量有關(guān)的作用力； Ff(N) 在車輪上使用單個(gè)制動(dòng)片托或在制動(dòng)盤上使用制動(dòng)襯片時(shí)的最大作用力； Mx(Nmm) 運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的彎矩； M′x and M′z(Nmm) 制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩； M′y(Nmm) 制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的彎矩 M″x and M″z (Nmm) 由于牽引所產(chǎn)生的彎矩； M″y(Nmm) 由于牽引所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩； MX and MZ(Nmm) 彎矩之和； MY(Nmm) 扭轉(zhuǎn)力矩之和； MR(Nmm) 最終力矩 2b(mm) 施加于軸頸的垂直力作用點(diǎn)之間的距離；  2s(mm) 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)胎面之間的距離； h1(mm) 車輛重心高于輪軸水平軸線的高度； yi(mm) 在支承作用力P1一側(cè)的軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)胎面平面與作用力Fi之間的距離； y(mm) 某個(gè)特定軸橫截面上的y坐標(biāo)值，從支承作用力P1的橫截面起測(cè)?。? r 車輪與制動(dòng)片之間或制動(dòng)襯片與制動(dòng)盤之間的平均摩擦系數(shù)； ó（MPa） 在某個(gè)給定橫截面上的計(jì)算應(yīng)力； K 由于結(jié)構(gòu)形狀的改變而引入的應(yīng)力集中系數(shù)； R(mm) 車輪的公稱直徑，從轉(zhuǎn)動(dòng)胎面起測(cè)?。? d(mm) 輪軸橫截面外徑； d′(mm) 中空軸的孔徑； D(mm) 裝配于輪軸上的零件的直徑，用于確定應(yīng)力集中系數(shù)K； r(mm) 倒角或倒槽半徑，用于確定應(yīng)力集中系數(shù)K； S 安全系數(shù)。 *3 — 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要考慮的作用力 應(yīng)確定出在軸的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要考慮的作用力，以便于確定出在輪組的整個(gè)工作壽命內(nèi)的恒定疲勞載荷，它等于在工作時(shí)產(chǎn)生的變載荷的總和。該載荷由三個(gè)方面產(chǎn)生： — 與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的作用力（第3部分）； — 與制動(dòng)引起的作用力（第5部分）； — 由牽引所產(chǎn)生的作用力（第5部分）。 圖1為上述作用力的圖示。 圖1 由運(yùn)動(dòng)質(zhì)量引起的作用力包括： — 施加于軸頸上的垂直作用力P1和P2； — 施加于車輪和軌道接觸點(diǎn)的垂直作用力（垂直反力）Q1和Q2，橫向力Y1和Y2； 上述作用力取決于輪軸的類型（驅(qū)動(dòng)輪軸或承載輪軸）、輪軸的作用（導(dǎo)軸或從動(dòng)軸）和軌距等。 上述作用力需要根據(jù)以下參數(shù)進(jìn)行確定： — 參考質(zhì)量m1，由輪軸承受并在兩個(gè)軸頸上均勻分布。如果該質(zhì)量在軸的整個(gè)生命周期內(nèi)一直施加于該軸上，將產(chǎn)生與實(shí)際施加的變質(zhì)量相同的疲勞載荷。該質(zhì)量將在3.1中定義。 — 輪組的質(zhì)量m2。 — 固定在位于軸頸之間軸段上的非彈性質(zhì)量（制動(dòng)盤、齒輪等）。由這些質(zhì)量產(chǎn)生的作用力Fi的方向（當(dāng)質(zhì)量位于兩輪之間時(shí)，方向垂直向上）已被選定，以便于將作用力Fi對(duì)輪軸彎曲的影響與質(zhì)量m1有關(guān)的作用力對(duì)軸彎曲的影響合成。 * 3.1 — 參考質(zhì)量m1的定義 參考質(zhì)量m1取決于所使用的軸的類型。對(duì)于牽引裝置，是指用于旅客運(yùn)輸?shù)能囕v或用于貨物運(yùn)輸?shù)能囕v。 * 3.1.1 — 牽引車輛（非旅客列車）的車輪軸 是指不承載旅客的牽引裝置的車輪軸，如機(jī)車的車輪軸。依此來(lái)看，承載旅客的車輛（例如：鐵路車廂）的驅(qū)動(dòng)輪軸應(yīng)與客運(yùn)車輛的從導(dǎo)輪車軸同等對(duì)待。 參考質(zhì)量m1等于牽引裝置中由處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的滿載的（燃料、水、砂等）車輪軸承受的部分的質(zhì)量。 * 3.1.2 — 貨運(yùn)從導(dǎo)輪車軸 參考質(zhì)量m1等于當(dāng)貨車裝載至最大載重（名義最大軸載荷減去車輪組的質(zhì)量）時(shí)由輪軸承受的那部分貨車質(zhì)量。 * 3.1.3 — 客運(yùn)從導(dǎo)輪車軸 參考質(zhì)量m1等于由下列軸承受的部分的質(zhì)量： — 處于運(yùn)行狀態(tài)的車輛的空載質(zhì)量（水箱、燃料箱裝滿時(shí)），和 — 車輛參考載荷的120%。 關(guān)于該參考載荷，根據(jù)車輛是否用于主干線或市郊列車服務(wù)的不同，存在以下兩種情況： a）主干線旅客列車輪軸的參考載荷 根據(jù)以下條件確定參考載荷(1) 這些載荷情形可以代表大多數(shù)UIC鐵路上出現(xiàn)的典型工作條件。如果車輛的工作條件與此存在很大的不同，則在定義m1時(shí)須加以考慮這種不同。 ： — 每位旅客一個(gè)座位，不使用折疊座位； — 每平方米走廊上有2位旅客； — 每個(gè)服務(wù)隔間內(nèi)有2位旅客； 每位旅客的質(zhì)量（包括行李）等于80 kg。 — 每平方米行李隔間內(nèi)的重量等于300 kg。 b）市郊列車服務(wù)旅客列車輪軸的參考載荷 根據(jù)以下條件確定參考載荷 ： — 每位旅客一個(gè)座位，不使用折疊座位； — 每平方米走廊上有3位旅客； — 頭等艙每平方米走廊上有4位旅客，二等艙每平方米走廊上有5位旅客； 每位旅客的質(zhì)量（包括行李）等于70 kg。 — 每平方米行李隔間內(nèi)的重量等于300 kg。 * 3.2 — 標(biāo)準(zhǔn)軌距或?qū)捾壘嗑€路上，導(dǎo)軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的作用力 導(dǎo)軸是指牽引裝置中的任一輪軸，或在主干線或市郊鐵路服務(wù)線上運(yùn)行的客運(yùn)車輛的任一輪軸，它位于列車的頭部。 P1= (0.625+0.0875h1/b)m1g P2= (0.625-0.0875h1/b)m1g Y1=0.35m1g Y2=0.175m1g * 3.3 — 標(biāo)準(zhǔn)軌距或?qū)捾壘嗑€路上，牽引從導(dǎo)輪車軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的作用力 從導(dǎo)輪車軸是指客運(yùn)或貨運(yùn)列車中的任一輪軸，該類輪軸未在列車頭部使用。 P1= (0.625+0.075h1/b)m1g P2= (0.625-0.075h1/b)m1g Y1=0.30m1g Y2=0.15m1g * 3.4 — 窄軌距或米制軌距線路上，導(dǎo)軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的作用力 該類輪軸的定義與第3.2條中的定義相同： P1= (0.65+0.114h1/b)m1g P2= (0.65-0.114h1/b)m1g Y1=0.40m1g Y2=0.175m1g * 3.5 — 窄軌距或米制軌距線路上，牽引從導(dǎo)輪車軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的作用力 該類輪軸的定義與第3.3條中的定義相同： P1= (0.65+0.0975h1/b)m1g P2= (0.65-0.0975h1/b)m1g Y1=0.35m1g Y2=0.15m1g *3.6 — 車輪與鐵軌接觸點(diǎn)處的垂直反力 在上述第3.2、3.3、3.4和3.5條中列出的4種情形中，作用于車輪與軌道接觸點(diǎn)處的垂直支反力Q1和Q2（見(jiàn)圖1），決定于作用力P1、P2、Y1和Y2，并決定于輪軸上非彈性質(zhì)量產(chǎn)生的作用力Fi，分別由以下公式給出： *4 — 運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的作用力所引起的彎矩 在對(duì)輪軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需要先計(jì)算出力矩的三個(gè)分量：MX、MY和MZ，這三個(gè)分量的方向如圖2所示。 圖2 與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量、P1、P2、Q1、Q2、Y1、Y2和Fi相關(guān)的作用力，在沿著X軸方向上產(chǎn)生一個(gè)彎矩Mx。該彎矩Mx的表達(dá)式取決于需要進(jìn)行計(jì)算的橫截面的位置。這些表達(dá)式在表1中給出。 表1 輪軸上的區(qū)域 Mv（1） 位于載荷平面與轉(zhuǎn)動(dòng)胎面平面之間 位于轉(zhuǎn)動(dòng)胎面平面之間 Fi：作用于目標(biāo)橫截面左側(cè)的力 Mv力矩變化的一般模式 （1）對(duì)于非對(duì)稱輪軸（如：帶有聯(lián)軸器的傳動(dòng)軸），應(yīng)分別對(duì)每一個(gè)軸頸施加較大載荷后進(jìn)行計(jì)算。 * 5 — 由制動(dòng)和牽引所引起的力矩 制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生三個(gè)力矩分量：、和（圖3）。 彎曲分量與水平方向的X軸線相平行，該分量是由平行于Z軸線上的垂直力產(chǎn)生的。 彎曲分量與水平方向的Z軸線相平行，該分量是由平行于X軸線上的水平力產(chǎn)生的。 扭轉(zhuǎn)分量與Y軸線（輪軸的中心線）相平行，該分量是由施加于車輪或制動(dòng)盤上的切向力產(chǎn)生的。 圖3 對(duì)于普通制動(dòng)方式，分量、和具體在附錄1的表中給出。  在多種制動(dòng)方式疊加使用的情形下，在每一種制動(dòng)方式下產(chǎn)生的分量均可以相加。 如果使用了除附錄1中所列制動(dòng)方式之外的其它制動(dòng)方式，則在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)所需的力和力矩，均應(yīng)按照附錄1中所列情形相同的原則予以確定。在計(jì)算時(shí)需要特別注意，該應(yīng)與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量引起的力矩直接相加。 一般情況下，不需考慮由于傳遞馬達(dá)力矩而在輪軸產(chǎn)生的載荷。實(shí)際上，計(jì)算結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)表明：這些載荷所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩和彎曲力矩、，要小于由于制動(dòng)所產(chǎn)生的相應(yīng)力矩，且力矩、、并不是與制動(dòng)力矩同時(shí)產(chǎn)生。 說(shuō)明：對(duì)于未進(jìn)行制動(dòng)的輪軸，需考慮在該軸上產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩（等于0.2 P.R），以便將車輪直徑上的差異和轉(zhuǎn)變效應(yīng)考慮進(jìn)來(lái)。 * 6 — 用于應(yīng)力計(jì)算的合成力矩 在輪軸的每一個(gè)橫截面上，其應(yīng)力值均需按照合成力矩MR進(jìn)行計(jì)算，合成力矩可由下式得到（由附錄2導(dǎo)出）： 式中： 在上述公式中，如果由牽引力引起的力矩大于由于制動(dòng)力引起的力矩，則需將公式中的、和分別使用、和代換。 7 — 確定輪軸不同部位處的結(jié)構(gòu)形狀 *7.1 — 輪軸各個(gè)橫截面上的應(yīng)力 在直徑為d的實(shí)心輪軸的橫截面上，需要考慮的應(yīng)力大小為： 在外徑為d、內(nèi)徑為d’的空心輪軸的橫截面上，需要考慮的應(yīng)力大小為： — 在外表面上的應(yīng)力大小為： — 在孔處的應(yīng)力大小為： 在圓柱形的部分，實(shí)心輪軸或空心輪軸的表面以及空心輪軸的孔處，應(yīng)力集中系數(shù)均等于1。 在輪軸的其它各處（見(jiàn)圖4和圖5），橫截面的每一變化均將引起應(yīng)力集中，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在： — 介于兩個(gè)相鄰的具有不同直徑的圓柱部分之間的過(guò)渡處； — 位于槽的底部。 用于計(jì)算該應(yīng)力值時(shí)所需的應(yīng)力集中系數(shù)K，分別在附錄3（兩圓柱部分之間的倒角）中的計(jì)算圖表和附錄4（槽底）中的計(jì)算圖表中給出，K分別是比值r/d和D/d的函數(shù)： — r：倒角或槽處的半徑； — d：待進(jìn)行應(yīng)力集中計(jì)算的槽或圓柱部分的直徑； — D：其它圓柱部分的直徑。 如果輪軸上安裝車輪、齒輪或軸承（緊配合零部件）時(shí)，直徑D應(yīng)等于車輪輪轂或齒輪的直徑，或等于軸承內(nèi)圈的直徑。 如果輪軸上安裝松配合的零部件（如：密封圈、導(dǎo)向板、墊片等），直徑D應(yīng)等于軸座的直徑。 圖4 圖5 7.2 — 確定軸頸與軸身部分的直徑 建議在選取軸頸與軸身直徑時(shí)，需要適當(dāng)考慮一致性要求。對(duì)于這些部分，依據(jù)輪軸是實(shí)心軸還是空心軸，需要利用第7.1條中給出的相關(guān)公式，在重載區(qū)域計(jì)算最大應(yīng)力值。于是，應(yīng)按照第8部分中的要求，通過(guò)對(duì)應(yīng)力計(jì)算值與應(yīng)力極限值進(jìn)行比較，對(duì)選定的直徑進(jìn)行校驗(yàn)。 * 為避免軸承的內(nèi)圈邊緣處將軸頸表面切口劃傷，需要開一個(gè)深度較?。?.1mm）、半徑較大的槽（圖6）。 圖6 圖7.3 — 根據(jù)軸身或軸頸的直徑確定各配合軸座處的直徑 軸座的直徑應(yīng)根據(jù)軸身或軸頸處的直徑進(jìn)行確定，同時(shí)須遵守以下原則： a）密封圈座 為遵守一致性原則，建議密封圈座處的直徑應(yīng)比該處軸頸的直徑大30 mm。 建議倒角的形狀應(yīng)與圖7中所示的形狀相同。 圖7 b）密封圈座與車輪座之間的倒角 為遵守一致性原則，建議倒角處的半徑應(yīng)比該兩個(gè)軸座的直徑大25 mm。 如果無(wú)法滿足上述數(shù)值，建議該半徑使用盡可能大的值，以便限制該區(qū)域的應(yīng)力集中。 c）無(wú)相鄰軸座的車輪座 * 考慮到磨損極限，輪座大小應(yīng)至少等于新設(shè)計(jì)輪軸軸身直徑的1.12倍。 在設(shè)計(jì)新的輪軸時(shí)，輪座的直徑也應(yīng)相應(yīng)地計(jì)算。建議為軸身處直徑的1.15倍。 * 在設(shè)計(jì)位于軸身和輪座之間的倒角時(shí)，應(yīng)保證其可能產(chǎn)生的應(yīng)力集中達(dá)到最小。 * 在確定輪座和輪轂的深度時(shí)，應(yīng)保證輪轂寬度大于輪座長(zhǎng)度2 ~ 7mm（大部分位于軸身側(cè)），新設(shè)計(jì)輪軸座時(shí)以及在磨損極限位置時(shí)應(yīng)滿足這一要求。 為滿足上述兩個(gè)條件和一致性要求，建議使用采用的倒角半徑分別為75 mm和15 mm，如圖8所示。 圖8 軸座直徑D 軸身直徑d 比值 D - 5 180 185 190 195 155 160 165 170 1.16 1.16 1.15 1.15 175 180 185 190 1.13 1.12 1.12 1.12 （1）D + 5和D – 5表示在維修操作之后輪座的尺寸邊界。 圖8 軸座直徑D 軸身直徑d 比值 D - 5 205 210 215 220 225 230 235 175 180 185 190 195 200 205 1.17 1.17 1.16 1.16 1.15 1.15 1.15 200 205 210 215 220 225 230 1.14 1.14 1.13 1.13 1.13 1.12 1.12 （1）D + 5和D – 5表示在維修操作之后輪座的尺寸邊界。 *d）兩個(gè)相鄰軸座的情況 當(dāng)車輪、齒輪和/或制動(dòng)盤的軸座合并在一起時(shí)，可出現(xiàn)該種情況。它不包括密封圈、墊圈或?qū)虬宓妮S座。 應(yīng)按照上述c）中的要求計(jì)算軸座的直徑。在兩個(gè)軸座之間應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)淺槽。該淺槽的最小深度應(yīng)稍超出軸座的磨損范圍。槽的半徑應(yīng)至少為16 mm。其主要作用是避免在該軸座上安裝零部件時(shí)，零部件的孔邊可能擦傷軸座表面。 軸身與軸座之間的倒角應(yīng)按照上述c）進(jìn)行設(shè)計(jì)。安裝于軸座上的兩相鄰零件必須相互定位。 *e）兩個(gè)非相鄰軸座的情況 軸座應(yīng)按照下述要求確定： — 按照上述c）中的要求，計(jì)算軸座直徑 — 按照上述c）中的要求，設(shè)計(jì)倒角和輪轂的伸長(zhǎng)部分； — 在兩個(gè)倒角之間設(shè)置一個(gè)圓柱形零件。 * 8 — 應(yīng)力極限 應(yīng)根據(jù)以下條件確定應(yīng)力極限： — 從精加工試件（Rt≤ 16μm, Ra ≤ 3.2 μm）獲取旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限，試件外徑與輪軸的直徑具有相同的數(shù)量級(jí)（介于150 ~ 200 mm）。 — 系數(shù)S的取值，決定于鋼對(duì)疲勞強(qiáng)度切口的敏感性，及該輪軸的用途（驅(qū)動(dòng)軸或?qū)л嗆囕S）。 在輪軸的整個(gè)工作壽命期限內(nèi)，只有對(duì)該輪軸（軸身、倒角等）的外表面進(jìn)行防腐保護(hù)，該應(yīng)力極限才適用。 *8.1 — A1N鋼 對(duì)于A1N鋼（其特性在手冊(cè)811中規(guī)定），其疲勞極限等于： — 對(duì)于實(shí)心輪軸： 200 Mpa，區(qū)域內(nèi)無(wú)配合零部件； 120 Mpa，區(qū)域內(nèi)有配合類零部件。 — 對(duì)于空心輪軸： 200 Mpa，區(qū)域內(nèi)無(wú)配合零部件； 110 Mpa，區(qū)域內(nèi)有配合類零部件（軸頸除外）； 94 Mpa，區(qū)域內(nèi)軸頸上有配合零部件； 80 Mpa，對(duì)于孔的表面。 對(duì)于實(shí)心輪軸和空心輪軸，表2和表3分別給出： — 系數(shù)S的數(shù)值，疲勞極限除以該系數(shù)可得到應(yīng)力極限； — 應(yīng)力極限。 表2 - 實(shí)心輪軸的應(yīng)力極限 輪軸的用途 S 區(qū)域1 區(qū)域2 從導(dǎo)輪車軸 1.2 166 MPa 100 MPa 不帶聯(lián)軸器或未裝配齒輪的傳動(dòng)軸，自動(dòng)轉(zhuǎn)向架的從導(dǎo)輪車軸 1.3 154 MPa 92 MPa 帶有聯(lián)軸器或裝配有齒輪的傳動(dòng)軸 1.5 133 MPa 80 MPa 區(qū)域1：軸身、迷宮型密封座和槽底； 區(qū)域2：輪座、制動(dòng)盤座、軸承座（包括軸頸）、齒輪軸座、密封圈軸座。 圖9 - 實(shí)心輪軸不同區(qū)域的定義示意圖 | 區(qū)域2 | 區(qū)域1 | 區(qū)域2 | 區(qū)域1 | 區(qū)域2 | 區(qū)域1 表3 - 空心輪軸的應(yīng)力極限 輪軸的用途 S 區(qū)域1 區(qū)域2 區(qū)域3 區(qū)域4 從導(dǎo)輪車軸 1.2 166 MPa 92 MPa 78 MPa 67 MPa 不帶聯(lián)軸器或未裝配齒輪的傳動(dòng)軸，自動(dòng)轉(zhuǎn)向架的從導(dǎo)輪車軸 1.3 154 MPa 85 MPa 72 MPa 62 MPa 帶有聯(lián)軸器或裝配有齒輪的傳動(dòng)軸 1.5 133 MPa 73 MPa 63 MPa 53 MPa 區(qū)域1：軸身、迷宮型密封座和槽底； 區(qū)域2：除軸頸之外的所有軸座； 區(qū)域3：軸頸 區(qū)域4：孔 圖10 - 空心輪軸不同區(qū)域的定義示意圖 8.2 — 其它類型鋼（非A1N鋼） 應(yīng)確定以下位置處的疲勞極限： — 在輪軸的表面處； — 在過(guò)盈配合處的軸座，與車輪座處的松緊條件相同。 對(duì)于空心輪軸，還應(yīng)確定以下位置處的疲勞極限： — 在孔的表面處； — 在過(guò)盈配合處的軸座，與裝配有軸承的軸頸處的松緊條件相同。 用于確定這些疲勞特性的試驗(yàn)方法應(yīng)與EN…標(biāo)準(zhǔn)中與A1N鋼相關(guān)的第4.2.3章中規(guī)定的方法相同。 疲勞極限除以安全系數(shù)S，即可得到最大許用應(yīng)力。該安全系數(shù)S等于： — 1.2 = 由A1N鋼制成的輪軸的安全系數(shù)； — RfL = 通過(guò)光滑試件獲得的當(dāng)旋轉(zhuǎn)彎曲為107次時(shí)的疲勞極限值。 — RfE =通過(guò)帶有切口的試件獲得的當(dāng)旋轉(zhuǎn)彎曲為107次時(shí)的疲勞極限值。 — k （其它類型鋼）應(yīng)使用直徑為10 mm的試件（光滑試件與切口試件）確定。切口的幾何形狀如下圖所示（圖11）。 圖11 9 — 設(shè)計(jì)計(jì)算書 附錄5中給出了對(duì)所有類型的輪軸均適用的設(shè)計(jì)計(jì)算書樣例。 附錄1 由制動(dòng)引起的力矩的定義 制動(dòng)方式 分量 每個(gè)車輪兩側(cè)的摩擦墊 每個(gè)車輪一側(cè)的摩擦墊 輪組上兩個(gè)楔形盤-制動(dòng) 輪轂上兩個(gè)固定盤-制動(dòng) 輪組上一個(gè)楔形盤-制動(dòng) 載荷平面與運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 載荷平面與運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 載荷平面與運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 制動(dòng)盤之間 載荷平面與運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 第一個(gè)載荷平面與制動(dòng)盤之間 制動(dòng)盤與第二個(gè)載荷平面之間 載荷平面與運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 運(yùn)轉(zhuǎn)平面之間 （1） 系數(shù)0.3通過(guò)試驗(yàn)獲得，以便于允許工作載荷與每個(gè)車輪的兩制動(dòng)片之間可能存在的差異。 （2） 對(duì)于制動(dòng)片： 制動(dòng)片為鑄鐵時(shí)，T = 0.1；除鑄鐵制動(dòng)片以外，其余所有低系數(shù)的制動(dòng)片，T= 0.17；除鑄鐵制動(dòng)片以外，其余所有高系數(shù)的制動(dòng)片，T= 0.25 制動(dòng)襯：T = 0.35 （3） 該值通過(guò)試驗(yàn)獲得，相應(yīng)于兩個(gè)車輪之間的制動(dòng)差異，兩輪圓周方向載荷偏差為0.3×P’。它含有第5條中定義的扭轉(zhuǎn)力矩。 （4） P’是指在相關(guān)制動(dòng)方式下制動(dòng)的零件P。 （5） 在大多數(shù)情況下，制動(dòng)襯在輪組的對(duì)稱水平面上，不存在分量Mz。 （6） 通常，轉(zhuǎn)動(dòng)平面之間的扭轉(zhuǎn)力矩等于0.3P’R。它包括制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩和在第5條中定義的扭轉(zhuǎn)力矩。 附錄2 MR公式的推導(dǎo) 在直徑為d的實(shí)心圓柱體外表面的某一點(diǎn)上（對(duì)空心圓柱體的類似推導(dǎo)），分量MX、MY和MZ產(chǎn)生： — 一個(gè)法向應(yīng)力 — 一個(gè)切向應(yīng)力 這將產(chǎn)生兩個(gè)主應(yīng)力和，分別等于： 由于垂直應(yīng)力的絕對(duì)值要遠(yuǎn)大于（10~20倍）切向應(yīng)力，所以采用較大的莫爾圓直徑（此種情況下為 - ）來(lái)校驗(yàn)所選定的直徑d。 所以，合成力矩可表示為：  附錄3 倒角處的應(yīng)力集中系數(shù)K，是D/d和t/d的函數(shù) （對(duì)于AIN鋼） 附錄4 槽底處的應(yīng)力集中系數(shù)K，是D/d和t/d的函數(shù) （對(duì)于AIN鋼） 類型 附錄 5 輪圖紙編號(hào) 軸圖紙編號(hào) 用途 材料 輪組的質(zhì)量（kg） 輪軸 車輪 傳動(dòng)軸聯(lián)軸器 制動(dòng)盤 各種 總計(jì)（m2）= 輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算書樣例 橫截面 每個(gè)輪組上的質(zhì)量：m1+m2(kg) 尺寸（mm） b+ s= R= H1= 作用力（N） P1 P2 Y1 Y2 Yi(mm) Fi(N) 零件 比值 橫截面 制動(dòng)類型 制動(dòng)片 制動(dòng)盤 （1） d2 = 新設(shè)計(jì)輪軸的軸座直徑 d2u = 磨損極限軸座直徑 d = 軸身直徑 （2） 對(duì)于空心軸： 在外表面上： 在孔內(nèi)： 應(yīng)用 自1994年7月1日起。 國(guó)際鐵路聯(lián)盟中所有鐵路成員。 參考文獻(xiàn)： 下列標(biāo)題中的問(wèn)題均已處理完畢： — 問(wèn)題45/B/FIC — 第28.3條— 新手冊(cè)515-3批準(zhǔn)。 “鐵路車輛— 轉(zhuǎn)向架— 行走裝置 — 輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算方法”。 （牽引與機(jī)車車輛委員會(huì)：巴黎，1994年5月）。