CRH3型动车组动车转向架三维实体设计

摘要

随着我国铁路第六次大提速的顺利实施，以及客运专线不断建成通车，国产CRH系列200～300km/h 动车组已分期分批投入运营。转向架是高速动车组的走行机构，必须始终保持良好的性能状态，才能保证高速列车的安全可靠运行,所以必须对高速动车组转向架进行进一步研究。

本论文主要研究设计CRH3高速动车组动力转向架三维实体造型。首先介绍了世界各国的典型高速动车组技术，其次对我国的CRH3型电动车组设备组成进行了介绍，然后应用Solidworks三维软件对CRH3动车组转向架各零部件进行设计和实体建模并进行了虚拟装配，并对一些零件进行了分析，最后对CRH3型动车组动力转向架进行了总体设计。为以后转向架的优化设计提供一定的参考。关键词：高速动车组；转向架构架；转臂式轴箱定位装置；架悬式

Abstract

As China’s railway the sixth speed up was carried out，as well as the passenger special line was opened to traffic continuously，Domestic CRH series of 200 ~ 300km/h EMUs have been put into operation in stages. Bogie is the high-speed EMUs’ traveling agency，so in order to ensure the high-speed train operation safely and reliably, it must be always maintained a good performance status,Therefore, we should do further research on high-speed EMU bogie.

In this passage, the research design3D solid modeling for driving bogie theCRH3 high-speed EMU.Introduced the first countries in the world of the typical high-speed EMU, then the CRH3 EMU equipment were introduced,Then the application of Solidworks 3D software on CRH3 EMU bogie of the various parts to design and solid modeling and virtual assembly And some parts analysis, the overall design of the final the CRH3 EMU power bogie. After bogie optimize the design to provide a reference. Keywords: high speed train;bogie frame; rocker typejournal box positioning device; Frame suspension;

1 绪论 (1)

1.1 日本新干线高速动车组的发展及应用 (1)

1.2 法国TGV高速动车组的发展及应用 (2)

1.3 德国ICE高速动车组的发展及应用 (2)

1.4 其他国家 (3)

1.4.1意大利 (3)

1.4.2 瑞典 (4)

1.4.3 西班牙 (4)

1.4.4 我国高速铁路的发展 (5)

1.5 结束语 (5)

2 转向架总体设计 (6)

2.1 转向架设计准则 (6)

2.2 高速转向架技术 (6)

2.2.1构架 (6)

2.2.2轮对 (6)

2.2.3弹簧悬挂装置 (7)

2.2.4牵引装置 (7)

2.2.5轴箱定位装置 (7)

2.2.6回转阻尼装置 (8)

2.2.7抗侧滚装置 (8)

2.2.8主动和半主动悬挂系统的开发 (8)

2.2.9高速运行的稳定性 (9)

2.2.10 高速通过曲线的性能 (10)

3 基于Solidworks的转向架三维实体设计 (11)

3.1三维造型软件 Solidworks 软件简介 (11)

3.2转向架的三维模型建立 (11)

3.2.1特征的概述 (11)

3.2.2零件的三维造型与装配 (12)

3.3.3装配干涉检查 (13)

3.4 本章小结 (13)

4 构架 (14)

4.1 转向架构架 (15)

4.1.1 侧梁 (16)

4.1.2 横梁 (17)

图4.4横梁 (17)

5 轮对轴箱定位装置 (18)

5.1 轮对 (18)

5.2 主从动齿轮配合设计 (19)

5.3 轴箱体 (20)

5.4 本设计轴箱定位装置也采用转臂式定位 (23)

6 悬挂与制动 (24)

6.1 中心悬挂 (24)

6.2 牵引装置 (26)

6.3 电机驱动装置 (27)

6.4 基础制动装置成 (28)

7 转向架附属装置设计 (29)

7.1 撒砂装置 (29)

7.2 轮缘润滑装置 (29)

7.3 扫石器组装 (29)

结论 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

1 绪论

目前世界上拥有自主开发并已成功运用高速动车组的国家有日本、法国、德国和意大利，其共同之处在于列车各部件大量运用高新技术，同时又各具特色，即根据本国的运用条件和传统经验，特别是在转向架结构、车体轻量化、流线型外形、列车动力配置及构成形式、电传动及控制技术、列车信息网络等方面都具有各自的特点。其他正在发展高速铁路技术的国家和地区，如西班牙、比利时、荷兰、韩国和中国、台湾等，都是建立在引进这些国家的成熟技术的基础上而发展起来的。

1.1 日本新干线高速动车组的发展及应用

日本的东海道新干线于1959年开工建设，1964年10月1日东京奥运会开幕前夕开通。该线路的成功运营，开创了一世界上高速铁路的新纪元。第一列0系新干线列车以210km/h的最高运行速度投入运用，使东京一大阪间列车运行时间由7h缩短至3h10min。东海道新干线建成并成功运行，在日本产生了良好的社会效益和经济利益，对世界铁路的发展产生了重大影响。1985年，日本东北、上越新干线相继开通，200系、100系新干线列车分别以240km/h和210km/h的最高运行速度投入运用，100系列车在1986年与0系列车一同达到220km/h.

1987年日本国铁民营化之后，新干线网络的不断扩大。为了适应不同线路的运营条件，提高运行速度，降低对环境的影响，日本持续不断地开发研制不同系列的新干线高速动车组，使日本高速铁路技术飞速发展。1992年300系列车在东海道新干线投入运行，最高速度达到270km/h。该车通过采用铝合金车体、轻量化转向架和交流传动技术使轴重大幅度降低，同时，运行速度及动力学性能得到较大提高。

随后，日本又开发了采用其有更好的空气动力学性能，并采用半主动减振技术的500系(最高试验速度350. 4 km/h,运行速度300 km/h)、采用IGBT变流技术的700系(最高运行速度285km/h),采用双层车体的E4系(运行速度240km/h)和Star21、700系等型号的新干线列车，并一直保持自开通运行以来无重大事故的良好记录。

2002年12月1日，东北新干线盛冈一八户新建标准新千线开通运营，东日本公司采用E2系1000型高速动车组，每列车由10辆编组(8M2T}。E2系1000型动车组最高设计速度3l5km/h,最高运行速度275 km/h。我国从日本引进并联合

设计生产的200 km/h动车组的原型即为该型动车组。

1.2 法国TGV高速动车组的发展及应用

自1967年起，法国国营铁路开始着手研究高速运输。首先是尝试将航空用燃气涡轮发动机用于铁路动车组。1969年11月，法国研制成功了第一代ETG 型燃气轮动车组，最高试验速度达到248km/h。此后，通过进一步提高燃气轮动车组质量，又研制出第二代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度为260km/h。为了配合在巴黎—里昂建设高速铁路，还研制了第三代TGV一00l型燃气轮动车组，5节编组，1972年最高试验速度达到381 km/h。然而，1973年中东钱争引起第一次世界石油危机后，法国开始将高速动车组技术政策转向电力牵引，并率先在欧洲实行将速度、环保意识、充分利用能源、高新技术以及经济可靠性综合考虑的技术方针。1973年研制出第一列Z7001电动车组，1975年最高试验速度达到309 km/h.

自1976年开始，法国开始着手研究交一直传动的TGV- PST动车组，并在1981年9月投入运用。此后，法国先后研制了交一直一交传动的TGV-A TGV-R, TGV-2N, TGV-TMST,西班牙A VE, TGV-PBKA, TGV-K等动车组，新型动力分散动车组AGV也已研制成功，并投入试验运行。其中，TGV-A 325号车组于1990年5月在大西洋线创造了515.3 km/h轮轨系统高速行车的纪录。2007年4月3日，TGV以574. 8公里的时速创造了轮轨列车的最快纪录。同时，TGV也是世界上定期轮轨客运列车中平均速度最快的。

1.3 德国ICE高速动车组的发展及应用

早在1970年，原联邦德国政府技术研究部就开始组织对未来长途运输系统新技术的研究。在发展高速铁路采用磁悬浮技术还是轮轨技术的问题上，德国经过了旷日持久的讨论，由于联邦铁路在市场竞争中亏损越来越大，而法国TGV 高速动车组的成功运营也刺激着素以高技术著称的德国，故原联邦德国政府加快了发展高速铁路的步伐。

1982年5月13日，原联邦德国铁路成立董事会，决定修建高速铁路，并一于1982年7月动土。1982年8月，联邦铁路投资1200万马克，研制ICE(Inter City Express)试验型城际快车。1985年，2动3拖的ICE/V试验型高速电动车组试制成功，同年，其最高试验速度达到317km/h. 1988年5月，ICE/V型试验列车在汉诺威—维尔茨堡间创造了406 km/h的当时高速动车组速度纪录。

在ICE/V的基础上，1985年12月联邦铁路确定了ICE设计任务书，1986年开始试制ICE1型高速动车组，1990年7月试制完成并一于1991年6月2日以280 km/h的速度正式投入运行。

1991年民主德国、联邦德国统一后，德国政府决定修建柏林—汉诺威的高速铁路，同时开始了第二代ICE高速动车组—ICE2的开发。1996年，该型动车组投入运用。

德国铁路于1995年开贻动工修建科隆—法兰克福的高速铁路，由于该线路最高运行速度提高到300km/h，线路最大坡度达到4%,既有的ICE1、ICE2型列车已经不能满足运行需要。为此，德国铁路于1994年向工业界订购了50列ICE3型动力分散电动车组。1997年，ICE3型电动车组投入运行。

为了使ICE能于未来推广至整个欧洲，ICE列车班号已被简化。ICE-1, 2都是推拉形式的传统火车系统。为乎合UIC新的标准，新型ICE-403(德国内的I CE3及406 (适合多国电压的ICE-3M)采用动力分布式的设计。ICE-3所有的列车型号全归类为Siemens Velaro. Siemens Velaro列车的动力被分散在列车各轮上，令各车卡推进力量相同。在相同的能源输入下，大大提升列车的稳定性、动力效能与行驶斜度。与ICE-2一样，ICE-3也可以两组列车联挂运行，或在中途站分体后行走两条不同路线。ICE-3及ICE-3M是德国国铁最高速的铁路列车，在科隆至法兰克福，及因戈尔施塔特至纽伦堡高速线路上ICE-3都可以高于时速300公里行走。

1.4 其他国家

除了上而所说的日本、法国和德国拥有高速铁跻以外，由于高速铁路具有的良好的经济促进作用，世界各国都纷纷研究高速铁路技术，先后发展了一系列的高速动车组，例如西班牙、意大利、瑞典、韩国、比利时、荷兰、英国和关国等等。其中主要的有意大利、瑞典和西班牙三个国家，他们各自的高速动车组均具有各自的特色。

1.4.1意大利

意大利铁路早在20世纪50年代的Settebella电动车组上就获得了最高速度达200km/h的运行经验，在20一世纪80年代初计划建设高速铁路网的同时着手研制高速动车组。

1989年春，ETRX500型试验列车在罗马—佛罗伦萨试验时速度达到316

km/h.随后，意大利又开发了“预生产型”ETRY500列车，经试验后一于1991年投入运行。随后，正式生产的CTR500试验列车于1995年开始供货并投入运用。

同时，由于，意大利铁跻曲线多，为适应这些线路还开发了车体可倾摆式列车Yendolinoo Fiat公司在1967年就开始对摆式车体的理论和系统进行研究，1974年试制成第一代摆式动车织ETR401,并一于l976年开始试用。鉴于ETR401往运用中的良好效果，随后，第二代ETR450，第三代ETR460, ETR4'l0, ETR480摆式列车相继研制成功井投入运用。现时这款列车除意大利外，在西班牙、葡萄牙、斯洛文尼亚、芬兰、捷克、英国、瑞士及中国也可找到其踪影，当中中国版本被称为CRH5，但不设摆式功能。

1.4.2 瑞典

和意大利一样，瑞典铁路的线路状况也不十分理想，因此，瑞典铁路主要通过采用摆式列车实现高速化。瑞典铁路的主要特点是弯道多、曲线半径小。鉴于其铁路线路现状，瑞典国营铁路（SJ)和ABB公司经过多年的研究实验，研制成功了X2000型摆式列车，并于1990年投入运用。此后，瑞典还研制了XG, KC1.等型号的摆式列车。

1994年4月，瑞典国铁与中国铁道部决定合作研究利用X2000动车组在中国既有线路实施提速的可能性。经过研究与谈判，1996年双方决定瑞典ADtranz 公司为中国制造一列X2000动车组。1998年1月15日，列车运抵大津新港，随即被送至中国铁道科学研究院环行线进行系统性能实验，同年8月在广深线完成安全评估试验，并于1998年8月28日正式在广深线投入运用。

1.4.3 西班牙

西班牙在马德里—塞维利亚的高速铁路主要采用A VE (Alfa Velocidad Espanola）动车组和由5252型电力机车牵引的Talgo摆式列车进行商业化运行。其A VE功车组主要是从德、法两国购置的。

二次世界大.钱后，西班牙开始着手研制Talgo列车，1950年，由美国车辆及铸造公司制造的Talgfl列车投入运行，在此基础上，又先后研制了TalgoII Talgolll,Talgo-Pendular等列车。1998年4月，西班牙铁路与德国ADtran2, Siemen。及四班牙Talgo公司签订了合同，研究开发Talgo350摆式列车，样车于2000年底研制完成，并于2001年2月24日达到359 km/ h的最高试验速度

1.4.4 我国高速铁路的发展

适合高速铁路的生存环境其实只要两条基本原则：第一是人口稠密和城市密集，而且生活水准较高，能承受高速铁路比较昂贵的票价和多点停靠；第二是较高的社会、经济和科技基础，能够保证高速铁路的施工、运行和维修需求。随着城市化进程的加快和物质文化水平的提高，人际间的交流将越来越频繁，这些预示着客运需求潜力很大。我国高速铁路建设处在起步阶段，2004年铁道部根据国务院“引进先进技术联合设计生产，打造中国品牌”的指导方针，通过引进国外高速铁路先进技术立足国内、自主创新，已取得了实质效果。2008年8月1日，在京津高速线上开行350km/h的高速动车组拉开了我国300km/h以上高速列车的发展序幕，所用动车组是通过再创新，把250km/h的动车组提升到了350km/h,这一阶段为再创新阶段；目前全长1300多公里的京沪高速铁路正在试运行阶段，于11年六月开通运行所采用的动车组是京津高速所用的两个动车组平台，通过自主创新设计速度380km/h，持续运行速度300km/h。

1.5 结束语

世界高速铁路的发展方兴未艾。在欧洲根据规划，2020年将形成一个新建高速铁路10000公里和改建既有线15000公里的遍及全欧的高速铁路网。美国加利福尼亚州和佛罗里达州均将建造高速铁路。技术发展的主要方向为:一是提高线路质量，采用无碴轨道，长期保持线路的稳定性和几何尺寸的持久性，降低维修成本;二是高速列车正向360-400km/h迈进，摆式列车、双层客车也有所发展:三是高速列车(时速在250公里以上者)采用动力分散型是大势所趋;四是降低轴荷重已引起许多国家的重视，日本500系、700系的轴荷重分别为10. 8t和11.2t, ICE3为12. 5t;五是复合制动系统也在发展。此外，与高速铁路配套的安全保障措施列车运行控制系统正在积极研发中，主要是基于无线通信、卫星定位和智能化的自动控制技术相整合的综合系统是今后的发展主流，欧洲己制订了ETCS标准。我国己开始修建客运专线，向早期建设高速铁路的国家汲取先进经验和失败教训，将大大有助于我国高速铁路的稳步发展。

2 转向架总体设计

2.1 转向架设计准则

动车组车转向架是动车组车的重要部件之一，它用来传递各种载荷，并利用轮轨间的粘着保证牵引力的产生，转向架构架性能的好坏，直接影响列车的牵引能力、运行品质、轮轨的磨耗和列车的安全。特别是即车向高速、重载方向发展，对转向架的要求就更高了。根据现代动车组的发展趋势，转向架应具有的技术要求是：

(1).保证最佳的粘着条件保证最佳的粘着条件，轴重转移尽量小，以满足提高动车组车牵引力的要求（一般要求粘着重量利用率不低于90%）

(2).良好的动力学性能在直线或曲线区段运行时，具有良好的动力学性能，尽可能减小对线路的动作用力和减小轨道及车轮的盈利与磨耗。因此，对动车组的簧下重量有不同的要求。二系悬挂采用空气弹簧，并增大弹簧装置的静挠度，以适应高速运行的需要。

(3).自重轻，工艺简易转向架构架在满足强度和刚度的前提下，尽可能的减轻自重，制造工艺简单，各梁之间不允许用螺栓连接。

(4).良好的可接近性要求转向架各部分具有良好的可接近性，在保证运用可靠的前提下，结构简单，采用无磨耗及不需维修的结构形式，以减少维修工作量及延长两次维修间的走行公里数。

(5).零部件材质统一设计转向架时，要求各零部件结构和材质尽可能统一化。2.2 高速转向架技术

尽管高速转向架的形式多种多样，但随着列车速度的进一步提高，高速转向架结构形式逐步趋于类同，它们的主要特点是：无摇枕、空气弹簧悬挂，有回转阻尼、加装弹性定位等。

2.2.1构架

它是安装各种零部件的载体，承受和传递垂向力、水平力和扭矩等。

2.2.2轮对

轮对是转向架的关键件之一，列车的大部分载荷通过它传递给钢轨，牵引电机所产生的扭矩也是通过它传至钢轨产生牵引力。列车运行时，它还承受钢轨接头、道岔、曲线通过和线路不平顺时的垂向和横向作用力。轮对直接向钢轨传递

列车重量的动作用力，通过轮对的回转实现列车在钢轨上的运行。有些转向架的制动力也通过轮对实现。基础制动装置是使运行中的机车减速和停车。停放中的机车不发生溜逸的部件，采用轮盘制动方式。每个车轮安装有一套独立的单元制动器，车轮辐板上装有制动盘，单元制动器上的闸瓦在压力的作用下与制动盘摩擦，进而将动能转化为热能，达到减速停车的目的。

2.2.3弹簧悬挂装置

它是用来保证一定的轴重分配、缓和轮轨冲击作用，是保证车辆运行平稳性等动力学性能的重要装置。一系悬挂采用螺旋弹簧、减振垫和垂向减振器，垂向承担车体及转向架重量及垂向动力作用，横向承担轮对相对于转向架构架的横向力。衰减一系簧下振动对构架和车体的冲击。二系悬挂是由空气弹簧和各种减振器组成。垂向承担车体重量以及车体与转向架之间的垂向动力作用，横向则承担风力、离心力及车体与转向架的横向作用力。衰减二系弹簧下振动对车体的冲击和蛇形运动。

2.2.4牵引装置

它是车体与转向架的连接装置，用以传递车体与转向架之间的水平力等，同时保证车体与转向架之间回转运动。

2.2.5轴箱定位装置

它是联系构架和轮对的活动“关节”，除了保证轮对能自由回转外，还能在构架与轴箱之间产生相对运动时由它传递纵向力和横向力，并实现弹性定位作用。目前，高速转向架的轴箱定位装置有单（双）拉板式、拉杆式、转臂式以及采用橡胶弹簧等多种结构形式。

图2.1日本IS式（单拉板式）轴箱定位装置

图2.2法国TGV转向架的轴箱定位装置

2.2.6回转阻尼装置

回转阻尼也是抑制高速转向架蛇行运动的一个有效措施，一般采用以下两种装置：旁承支重结构和抗蛇行减振器。全旁承支重结构由摇枕上的旁承装置承受全部载荷，当转向架相对车体转动时，上下旁承之间由摩擦力形成的摩擦力矩阻止转向架相对车体转动，以提供足够的回转阻尼。旁承支重具有结构简单，可减轻车体摇枕梁和摇枕重量等优点，但需选择适当的摩擦副材质。

车体与构架之间（或摇枕与构架之间）安装抗蛇行减振器，也可提供足够的回转阻尼，有效地抑制转向架的蛇行运动。例如，MD52型转向架在采用磨耗形踏面的情况下，速度只能达到160km/h，而装用抗蛇行减振器后，速度可提高到250km/h。因此，在日、法的200km/h以上转向架上都安装有抗蛇行减振器。

2.2.7抗侧滚装置

为了使高速客车具有良好的垂直振动性能，车体悬挂装置的总静挠度至少需要200mm以上，其中80％左右分配在中央弹簧上。而在垂向悬挂比较柔软的情况下，为防止通过曲线时车体的侧滚角过大，一般在高速转向架上设置抗侧滚扭杆。此外，加大中央弹簧的横向间距也可以起到同样的作用，如MD52－350型将中央弹簧的横向间距加大到2500－2600mm，取消了抗侧滚扭杆装置。

2.2.8主动和半主动悬挂系统的开发

应用主动或半主动控制方法来控制车辆系统的振动、车体倾斜、曲线通过以

及轮对位置等等，就可用更经济的手段实现高的速度，或达到更好的运行性能。这是新一代转向架发展的主要特点之一。如SGP400型在回转阻尼系统、中央悬挂的横向弹性系统以及轮对导向系统等三方面，应用主动或半主动控制系统。

2.2.9高速运行的稳定性

在设计制造高速转向架时，必须解决其高速运行时的稳定性、平稳性和良好的曲线通过性能等关键技术问题，以保证高速列车安全行驶、乘坐舒适、减少维修。平稳性是列车在规定的线路条件下、在设计最高速度范围内运行时，设备能平稳工作、乘客感到舒适的基本性能。乘客舒适度是反映乘客在旅途中疲劳程度的综合性生理指标。影响舒适度的因素很多，如车内设备、通风、照明、温度、湿度、噪声、瞭望和振动等等。不过，其中振动是车辆整个运行中始终存在的、一直起作用的主要因素。理论分析和实践经验表明，车辆的垂向和横向运行平稳性随速度提高而下降。通常用平稳性指数W （Sperling 方法的评价计算值）来表示。它反映了力的变化率引起的冲动和振动时的动能大小对舒适度的影响。

图2.3 蛇形运动

平稳性指数W ：

()103

896.0f F f

a W = 式2.1 轮对蛇行运动曲线为：

t y y ωs i n 0= 式2.2

其中ω是轮对蛇形运动的角频率

V br 00

λω= 式2.3

V 为车辆运动的速度

当铁道车辆在某一速度以下运行时，即使有一定的线路扰动使车辆在横向偏

离线路中心位置，但扰动消失后，车辆的横向振动会逐渐衰弱，最后回到线路中间位置，因此车辆运动是稳定的。

而当车辆在某一速度以上运行时，蛇行运动的振幅将会越来越大，直至车轮轮缘碰撞钢轨，损伤车辆及线路，甚至造成车辆脱轨、倾覆等行车安全事故。这时列车运行是不稳定的，这一速度称为蛇行稳定性临界速度，简称临界速度。国外高速转向架的试验研究证明，当车辆的运行速度超过200km/h时，有可能出现这种不稳定的蛇行运动。高速列车必须保证在其临界速度以下运行，以使其运行稳定、安全。

通过改变转向架结构、优化参数使其具有较高的临界速度，是研制高速转向架需要解决的关键技术问题，也是高速转向架有别于一般转向架的主要特点。

2.2.10 高速通过曲线的性能

高速客车通过曲线时，将产生过大的侧压力,会造成轮、轨的剧烈磨损，还易引起脱轨、倾覆等安全事故。

要合理地兼顾车辆的曲线通过性能与抗蛇行运动稳定性要求。此外，还需要控制噪声，减少自重，尤其是减轻簧下质量等。

3 基于Solidworks的转向架三维实体设计

3.1三维造型软件 Solidworks 软件简介

Solidworks公司是达索系统（Dassault Systemes S.A）下的一个子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统。

Solidworks三维软件是Solidworks公司在1995年推出的一款三维CAD软件。进入21世纪后，Solidworks公司经过不断的创新、与时俱进，几乎每年都有新的版本推出。该产品得到了很多用户的认可。

目前，Solidworks 已经成为计算机平台上的主流三维设计软件。其最大特点：参数化设计也给设计工作者带来了很大的便利。

3.2转向架的三维模型建立

本课题采用Solidworks2011为设计平台，采取自底而上(Down-Top)的建模方式。先对转向架整体结构进行分析，明确每个子装配和子装配下的零件，然后对每个零件进行实体建模，再完成子装配部件的装配，最后把每个部件组装。这样的建模思路明确，容易分工合作，提高了设计的效率。

3.2.1特征的概述

现代的三维CAD软件中，立体建模方式都是采用“特征”（Feature）建模法。所谓特征，指的是反映产品零件结构特点的、可按一定原则加以分类的产品描述信息。三维零件的设计中，在对结构和形状较为复杂的产品进行建模时，首先是分解特征，将模型分为主要特征和若干添加特征，我们往往把产品模型最主要的部分看作为基本特征，完成整个产品的基本特征后，在基本特征上完成其他的添加特征，通过特征之间的布尔运算，逐步得到完整的产品模型。

三维造型实体是由一个一个特征逐步构成的，特征是构成三维模型的基本要素。常用的特征有：拉伸、切除、旋转、扫描、放样等。

基于特征的三维实体造型设计方法的优点：

(1) 零件图和装配图都是三维立体图形，渲染着色后就像看到了制造出的真实产品。

(2)发现不合理可随时修改，尺寸不合适，更改尺寸对参数化系统非常简单。

(3)可以自动生成二维图纸。零件和装配模型设计好后自动生成二维图纸空间。省时省力，准确表达三视图。

(4)设计数据全相关性。工程图尺寸的修改，对应的实体模型将随之发生变化。反之，三维模型改变，工程图都会随之发生改变。

(5)可自动计算零件的物理特性。如重量、重心、主惯性轴、惯性矩。免去了设计人员许多计算时间。

3.2.2零件的三维造型与装配

（1）零件的三维造型

转向架由多个子装配部件组成，所用零件很多，而且还包括了一些标准零件和非标准零件等，对不同的零件，建模方法也异同。如侧挡模型中，孔比较多，也为非对称结构，只能采用分组建模的方法，每个特征完成一组孔的建模；对于具有旋转中心的零部件，如轮对中的车轮和横梁零件，建好的车轮模型，可以通过建立辅助基准轴，通过旋转命令来完成零件主要特征的建模，再在主要特征的基础上完成辅助特征的建模；而对那些具有对称结构的零部件，可以先构建出零件的一半，然后通过镜象命令选择好对称基准来完成模型的建立。

对于转向架中所运用到的螺母、轴承、高强度螺栓等标准件均可在Solidworks的标准件库(toolbox)中直接调用。首先在Solidworks中的工具选项中选择插件栏，同时勾选Solidworks toolbox 栏。然后点击主界面右边的设计库，就可以看到标准件库(toolbox)的菜单。如果找不到标准件库的插件，还要另外安装。

在标准件库(toolbox)插件中含有很多国家不同的标准件，例如中国国标的标准件有：螺母、螺栓和螺钉、O型环、铆钉和焊钉、销和键、轴承垫圈和挡圈、结构件之类，从而省去了很多标准件建模的时间。只须调出相对应的标准件，然后对其型号输入就可以生成我们所需要的零件，大大的节约了设计的时间。（2）装配模型的建立

任何一台设备都是有许多零件和部件组成的。零件由毛坯加工成成品后，要按照一定的技术要求进行装配，将若干零件装配起来成为组件、部件，再进一步装配，最终获得所需的产品。由各个零件组装成整台设备的过程称为装配。一般来讲，总装配由多级的子装配组成。在Solidworks系统里，是通过配对条件来表达产品的配合关系，配对描述的是如何按照预定的两个零件的约束关系，将一个零件通过配合放置在另外一个零件上，其中一个零件叫做参考零件，另一个叫做

配对零件。在装配设计中，约束是指零件之间相对位置的限制条件，具体包括了点约束，直线约束和平面约束等几大类，各种约束的所限制的自由度不一样。Solidworks支持的配合关系有：重合、平行、同心等。零件的装配关系可以在特征管理器上显示，方便了对装配关系的管理。

3.3.3装配干涉检查

干涉检验是可装配性检查的重要手段。本课题就使用三维设计软件Solidworks提供的装配体干涉检查的功能。干涉检查能检测装配体零件之间是否存在干涉，并能精确地给出相关的干涉参数，这对减少零件的设计错误有很大的帮助。除了用软件检查的方法，就只能靠用户的经验来判断装配的可行性。3.4 本章小结

本章介绍了CAD技术的概念及其优势，相对传统的二维CAD设计，三维设计的直观可见、参数化驱动使设计者的工作效率大大提高。本课题用三维造型软件Solidworks对转向架进行三维实体建模，并对模型进行干涉检查，以确保模型的正确性。随后用工程图模块对转向架的工程图进行绘制。

4 构架

转向架构架是转向架的骨架，用以连接转向架各组成部分和传递各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置（如车轴相互平行并垂直于构架纵线轴）它一般由左、右两侧梁和一个或几个横梁组成。

图4.1动力转向架

表4.1 动力转向架

1电动轮对10动车转向架构架

2一系悬挂装置11轮盘制动

3轴箱定位装置12牵引杆

4横向终点止动装置13牵引电动机

5二系悬挂装置14牵引电动机通风装置

6横向悬挂装置15Trainguard天线

7抗蛇行减振器16GFX-3A型接收器

8空气弹簧连杆17轮缘润滑装置

9扭杆18撒砂和扫石器

CRH3高速列车为电动车组（EMU），由8节独立的客车组成。列车采用二

轴两系空气弹簧转向架。该项目使用的转向架以SF500转向架为基础，在SF500转向架的基础之上，为适应中国CRH3项目宽车体的要求，作了适当改进。通过对每种车辆转向架各部件重量和中心的调整，以及悬挂弹簧参数的调整使其运行质得到优化。CRH3高速列车转向架分动力转向架和非动力转向架。两种转向架采用基本一致的结构型式。构架为H型焊接构架；圆柱滚子轴承单元，轴径130mm；转臂轴箱定位，一系悬挂是螺旋弹簧加垂向减振器；二系悬挂为带有辅助橡胶堆的空气弹簧直接支撑车体；在车体和转向架之间装有主动控制的抗蛇行减振器；采用Z型拉杆牵引装置；转向架的轮径为920mm；固定轴距为2500mm。由于特定的优化，动力转向架和拖车转向架不可互换。

4.1 转向架构架

转向架构架的设计是双H字结构，包括两个焊接在一起的箱型截面侧梁，通过两个管状横梁相互连接。构架为H型轻量化低合金高强度钢板焊接结构，主要由2根侧梁和2根横梁组成。

图4.2构架

构架侧梁上焊有制动缸安装座、轴箱弹簧定位座等，横梁上焊有牵引电机吊座、齿轮箱吊杆座、牵引拉杆座和横向缓冲器座等。所有关键安装座的位置精度