[发明专利]车轮优化设计方法及车轮

权利要求书

1.一种车轮优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，设计车轮初始轮型方案；

S2，采用有限元分析对车轮轮型进行静强度和疲劳强度校核，并根据校核结果对车轮轮型进行优化；

S3，试制样轮，对样轮进行热机械性能测试和疲劳测试；

S4，若均满足需求，轮型设计完成；若有任一项不满足需求，返回S1对车轮轮型进行改进，重复步骤S2和S3直至各项测试均满足需求。

2.根据权利要求1所述的车轮优化设计方法，其特征在于，车轮有限元模型建立在车轮磨耗到限的基础上，并采用1/2对称结构，SOLID45实体单元划网；轮轴接触选用CONTA174和TARGE170单元；车轮模型施加对称约束，车轴施加全约束。

3.根据权利要求2所述的车轮优化设计方法，其特征在于，车轮静强度校核时，分别在直线工况、曲线工况、道岔工况、直线制动工况和曲线制动工况下对车轮施加相应的载荷边界条件，分别计算各工况下最大Von Mises应力。

4.根据权利要求2所述的车轮优化设计方法，其特征在于，车轮疲劳强度校核时，分别在机械载荷工况、直线制动工况和曲线制动工况下对车轮施加相应的载荷边界条件，分别计算各工况下车轮转动过程中车轮应力的变化量。

5.根据权利要求1所述的车轮优化设计方法，其特征在于，所述方法还包括：对样轮进行解剖取样、测试样品的理化性能，理化性能包括：轮辋屈服强度、轮辋抗拉强度、轮辋延伸率、辐板抗拉强度、辐板延伸率、KU₂冲击功平均值、KV₂冲击功平均值、断面硬度。

6.根据权利要求1所述的车轮优化设计方法，其特征在于，车轮热机械性能测试中，测试前以不超过1.2倍Pa/2的制动功率对制动蹄片进行磨合，直到车轮与制动蹄片的接触面至少达到整个制动蹄片表面积的80％为止，各制动周期开始时，轮辋温度应不高于50℃。

7.根据权利要求1所述的车轮优化设计方法，其特征在于，车轮疲劳测试时，车轮疲劳危险位置处分别在车轮内外侧依次粘贴2组应变片，通过静态加载找到实际应力最大的位置，并在该位置轴向旋转90°的对应处粘贴三向应变花以测量真实应力，最后根据测得的载荷-应力关系确定动态载荷的幅值及频率，并按此循环加载1000万次，自动结束后进行磁粉探伤，若表面若存在长度≥1mm的裂纹，则认为疲劳失效，否则为合格。

8.根据权利要求1或7所述的车轮优化设计方法，其特征在于，车轮疲劳测试包括随机疲劳测试和单一阶段疲劳测试。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的车轮优化设计方法设计出的车轮。

10.根据权利要求9所述的车轮，其特征在于，车轮滚动圆直径为920mm，轮辋宽度为135mm，轮毂长度为185mm，轮毂孔直径为205mm，内侧辋毂距为23mm，车轮踏面型式为EN13715 S1002/h28/e32.5/6.7％；轮毂直径为250mm，外侧轮毂倾角为15°，内外侧轮毂与辐板过渡圆弧分别为R40与R30，轮辋直径为810mm，内外侧轮辋倾角为15°，且与辐板过渡圆弧分别为R50与R45；轮辋直径辐板为等截面S形，厚度为21mm；内外侧轮毂及内侧轮辋倒角为R5。