高速鐵路機車圓錐滾子軸承凸度與動態(tài)性能概述

《高速鐵路機車圓錐滾子軸承凸度與動態(tài)性能概述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、高速鐵路機車圓錐滾子軸承凸度與動態(tài)性能概述第1章緒論1.1研究目的及意義鐵路客車圓錐滾子軸承在工作過程中主要承受以徑向為主的徑、軸向聯(lián)合作用的負荷，而由于軸承設(shè)計的不合理，在高速運轉(zhuǎn)過程中滾子與滾道接觸的兩端容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，形成邊緣效應(yīng)，這種效應(yīng)加速了滾子與套圈之間的磨損，造成軸承的過早失效[5-7]。在實際設(shè)計中保持軸承基本尺寸不變的情況下，對滾子的結(jié)構(gòu)進行適當?shù)膬?yōu)化設(shè)計，即通過設(shè)計合理的凸形和凸度量來降低應(yīng)力集中，改善滾子與滾道接觸的應(yīng)力分布和動態(tài)性能[8]。在高速條件下，圓錐滾子軸承各部件的動態(tài)特性決定了軸承的工作性能，轉(zhuǎn)速

2、的提高，滾子的離心率增大，與圈體的接觸應(yīng)力也隨之增大，對軸承造成較大的沖擊。目前，利用CAE技術(shù)對滾動軸承進行動力學仿真檢驗已經(jīng)成為滾動軸承研究的發(fā)展趨勢，可以從理論上對滾動軸承的運動特性進行分析研究，有利于從軸承內(nèi)部的運轉(zhuǎn)機理探索軸承的失效及故障原因[9-13]。本文結(jié)合圓錐滾子軸承實際工況，借助有限元分析軟件ANSYS和顯式動力學仿真軟件ANSYS/LS-DYNA分別對圓錐滾子凸度及軸承的動態(tài)性能進行分析。確定軸承合理的凸形及凸度量，研究滾動軸承的運動狀態(tài)特性，以便從內(nèi)部機理探索滾動軸承的故障發(fā)生機理和特征，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，

3、對軸承進行小批量生產(chǎn)，按照試驗規(guī)范對軸承進行溫升性能試驗，驗證其高速性能，為高鐵軸承的優(yōu)化設(shè)計提供可靠的依據(jù)。本研究得到了十二五國家科技支撐計劃項目（2011BAF09B01）的資助。1.2高速鐵路軸承技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀軸箱軸承作為鐵路客車的關(guān)鍵零部件之一，同樣也是高速鐵路客車最易損壞部件之一。而鐵路客車軸承的使用壽命和可靠性直接影響著鐵路客車的性能、質(zhì)量和安全[14-16]。國外對高速鐵路用軸承進行了非常系統(tǒng)的研究，目前國際上生產(chǎn)高速鐵路軸承的公司主要有德國的FAG、瑞典的SKF，美國的TIMKEN以及日本的NTN和NSK。其中，SKF

4、和TIMKEN的軸箱軸承在全世界應(yīng)用最廣，在設(shè)計方面主要利用CAE軟件對高鐵軸承的力學模型和動力學模型進行有限元分析和應(yīng)力計算，并對其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和主參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，保證了產(chǎn)品的性能、壽命與可靠性；設(shè)計采用了塑鋼保持架，顯著降低了軸承的摩擦，緩和了滾子的滑動與磨損，降低了軸承運轉(zhuǎn)的溫度，提高了安全性[17]。其中SKF的產(chǎn)品還設(shè)計安裝了監(jiān)控速度和軸承狀態(tài)的內(nèi)置傳感器；在密封方面，多數(shù)軸承采用了新型的內(nèi)置式低接觸密封，這種密封以低摩擦橡膠密封原理為基礎(chǔ)，組合使用了迷宮式密封和唇形密封，大大改善了對污染的防護能力，明顯降低了潤滑油的泄

5、漏，有效地提高了軸承的壽命[18]；在軸承材料方面，SKF通過嚴格控制軸承鋼中的殘余奧氏體含量，防止因內(nèi)圈尺寸的增大引起內(nèi)圈與軸的配合過盈量減小，而導致內(nèi)圈與軸頸產(chǎn)生微動磨損，日本采用真空熔煉技術(shù)降低氧化物雜物，提高軸承鋼的使用壽命；在試驗方面，在軸承試驗方面，國外專門設(shè)計研制了試驗試驗機對高速鐵路客車和城市軌道交通車輛軸承進行了系統(tǒng)全面的臺架試驗，主要包括軸承動態(tài)仿真載荷試驗（THISBE試驗臺）、軸承疲勞試驗、軸承耐久性試驗以及軸承的環(huán)境模擬試驗等，保證了軸承的高可靠性[19]。SKF與FAG共同研制了時速550km的高速鐵路軸

6、承試驗臺，可以真實模擬鐵路軸承的實際運行工況并測試高速鐵路的綜合性能。FAG高鐵軸承試驗臺AN46可以模擬強風下軸承的可靠性；在軸承制造方面，國外軸承已成功地解決了高速鐵路客車和城市軌道交通車輛軸承的熱處理和制造難題，所生產(chǎn)的軸承精度達到P4級以上，其中關(guān)鍵的粗糙度、尺寸與形位精度甚至達到P2級，并形成了批量化的生產(chǎn)[20]。第2章雙列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)特性與受力分析2.1雙列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式分析軸承是高速鐵路和城市軌道交通車輛的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)支承基礎(chǔ)件，要求具有長壽命、高精度和高可靠性。而雙列圓錐滾子軸承因其形狀獨特，結(jié)構(gòu)緊湊，負

7、載性能好，剛性強及使用壽命長等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用在鐵路機車中。這種軸承不僅可以承受較大的徑向載荷，還可以承受一定的軸向載荷，更重要的是能夠運行在較高的速度上還能保持較高的可靠性。另外，該軸承安裝調(diào)試方便，在軸承兩內(nèi)圈中間加一個中隔圈可以實現(xiàn)軸承的預調(diào)，簡化了游隙和預緊的調(diào)整，雙列圓錐滾子軸承有外向雙列圓錐滾子軸承和內(nèi)向雙列圓錐滾子軸承兩個類型，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。本文以高速鐵路客車3522262型內(nèi)向型雙列圓錐滾子軸承為研究對象，其結(jié)構(gòu)特點及基本尺寸如圖2-2和表2-1所示，由兩個單滾道內(nèi)圈、一個雙滾道外圈以及用于調(diào)整游隙的內(nèi)外隔擋圈

8、、兩列圓錐滾子和保持架構(gòu)成。在正常運轉(zhuǎn)時，內(nèi)外圈及滾子主要承受載荷，保持架主要起分離滾子和保持穩(wěn)定的作用，隔擋圈主要用于調(diào)整游隙。2.1.2雙列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)特性由于圓錐滾子與滾道之間的接觸為線接觸，這樣圓錐滾子軸承具有很大的承載