基于SolidWorks的地铁转向架三维建模与结构优化（附SolidWorks模型、有限元分析）

摘要

为适应城市轨道交通高速化与网络化发展趋势，弥补传统二维经验设计地铁转向架周期长、受力仿真不准、结构冗余的不足，本文以B型地铁转向架为研究对象开展建模与结构优化研究。转向架作为地铁车辆核心行走承载部件，其结构强度、轻量化水平与运行可靠性直接影响行车安全、乘坐舒适性与运营经济性，开展相关研究具有重要工程价值。本文运用SolidWorks完成转向架构架、轮对、轴箱体等关键部件三维参数化建模，完成整机装配与空间干涉检测；借助ANSYS有限元软件进行模型简化、网格划分、材料参数设置及工况载荷约束施加，开展静强度分析并识别结构薄弱区域，再通过尺寸优化开展轻量化改进。优化后结构应力分布与形变状态变化平稳，各项力学性能均满足行业规范要求，结构安全充足。研究形成了转向架数字化设计与优化的完整流程，在保障结构可靠的基础上实现轻量化，可为轨道交通同类装备设计提供理论依据与实践参考。

关键词：地铁转向架；三维参数化建模；有限元分析；结构优化；轻量化设计

摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 研究内容与技术路线 5
1.3.1 本文主要研究内容 5
1.3.2 技术路线 5
1.4 本章小结 6
2 总体方案设计 8
2.1 转向架设计准则 8
2.1.1 安全性准则 8
2.1.2 轻量化准则 8
2.1.3 可靠性准则 8
2.1.4 经济性准则 9
2.1.5 规范性准则 9
2.2 地铁转向架结构原理与设计要求 9
2.2.1 地铁转向架结构组成与工作原理 9
2.3 转向架设计的力学性能与运行工况要求 11
2.3.1 转向架设计的力学性能要求 12
2.3.2 转向架设计的运行工况要求 13
2.3.3 力学性能与运行工况的匹配要求 15
2.4 本章小结 15
3 基于Solidworks的转向架三维实体设计 16
3.1 Solidworks软件简介 16
3.2 转向架构架 16
3.2.1 侧梁 17
3.2.2 横梁 18
3.2.3 轮对 18
3.2.4 轴箱体 20
3.2.5 牵引电机 20
3.3 整体模型结构 21
3.4 转向架干涉检查 22
3.5 转向架三维建模爆炸图 23
4 转向架结构分析 25
4.1 有限元分析 25
4.2 应力分析 25
4.2.1有限元模型简化 25
4.2.2 转向架材料选择 26
4.2.3 转向架网格划分 27
4.2.4 转向架约束载荷施加 27
4.2.5 结果分析 29
4.3 优化分析 30
参考文献 34
结论 36
致谢 37
附录 38