高速列車軸箱軸承疲勞壽命及可靠性研究.pdf

1、隨著高速鐵路技術(shù)的蓬勃發(fā)展，高速列車的各零部件性能不斷提高。軸箱軸承作為高速列車傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵機(jī)械部件，服役環(huán)境復(fù)雜，載荷沖擊劇烈，其運(yùn)行過程中狀態(tài)的好壞直接影響著列車的安全。目前高速列車軸箱軸承全部從國(guó)外引進(jìn)，軸承國(guó)產(chǎn)化己成為限制我國(guó)高速列車技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題，同時(shí)為了滿足新一代高速列車研制的需要，迫切需要研發(fā)與我國(guó)高速列車運(yùn)行工況和運(yùn)營(yíng)檢修環(huán)境相適應(yīng)的軸箱軸承。只有深入研究軸承的疲勞損傷機(jī)理，才能夠合理的指導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)，保障軸承可靠性

2、壽命的準(zhǔn)確性。本文結(jié)合實(shí)測(cè)的軸箱軸承載荷數(shù)據(jù)，圍繞高速列車軸箱軸承的疲勞壽命與可靠性，開展了以下工作:
　　(1)分析了軸箱雙列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)特征及在運(yùn)營(yíng)中所受的徑向與軸向載荷情況。提出了軸箱軸承載荷測(cè)試的兩個(gè)方案:將軸箱彈簧與轉(zhuǎn)臂傳感器化，測(cè)試彈簧與轉(zhuǎn)臂的載荷，通過載荷分析得到軸承載荷;對(duì)軸承外圈開槽，在開槽處布置測(cè)點(diǎn)，通過應(yīng)力信號(hào)識(shí)別軸承載荷。根據(jù)載荷識(shí)別的相關(guān)理論，確定了高速列車軸箱軸承載荷的測(cè)試方案，并運(yùn)用于高速列車軸

3、箱軸承的載荷跟蹤測(cè)試試驗(yàn)，為后續(xù)軸承的疲勞壽命預(yù)測(cè)和可靠性評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。
　　(2)分別采用靜力學(xué)法和有限元法，建立了雙列圓錐滾子軸承力學(xué)分析模型，研究了軸承的載荷分布特征，分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和載荷參數(shù)對(duì)軸承接觸載荷分布、形變和接觸剛度的影響規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明:兩種方法所得軸承載荷分布基本一致，有限元法在計(jì)算精度方面具有優(yōu)勢(shì)，而靜力學(xué)法在計(jì)算效率方面具有優(yōu)勢(shì)。
　　(3)在實(shí)測(cè)軸箱軸承載荷數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)軸承疲勞壽

4、命理論與線性累積損傷準(zhǔn)則，建立了時(shí)變載荷下軸承的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型。分別運(yùn)用該模型及傳統(tǒng)理論壽命計(jì)算方法，計(jì)算了軸箱軸承疲勞壽命。結(jié)果表明:在相同載荷及工況條件下，新方法計(jì)算的疲勞壽命小于傳統(tǒng)理論方法，表明新方法的壽命預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)保守。另外，提出軸箱軸承每公里損傷概念，運(yùn)用線性損傷理論計(jì)算了高速列車進(jìn)出庫(kù)工況下的每公里損傷值，結(jié)果表明:列車低速進(jìn)出檢修庫(kù)工況下的每公里損傷值遠(yuǎn)高于正常高速運(yùn)營(yíng)工況，說明列車在日常低速進(jìn)出庫(kù)時(shí)，軸承的工況條件

5、較為惡劣，計(jì)算壽命時(shí)該工況不可忽視。
　　(4)建立了圓錐滾子精細(xì)化有限元接觸模型，采用有限元軟件仿真了其接觸應(yīng)力狀態(tài)，并研究了軸承載荷與應(yīng)力的傳遞關(guān)系，同時(shí)將仿真結(jié)果與Hertz理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過載荷與應(yīng)力關(guān)系，結(jié)合應(yīng)力疲勞壽命準(zhǔn)則，提出了基于應(yīng)力的軸箱軸承疲勞壽命評(píng)估方法，并運(yùn)用提出的壽命評(píng)估方法對(duì)軸承進(jìn)行了評(píng)估。
　　(5)根據(jù)等效應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度存在的干涉關(guān)系，建立了軸承的等效應(yīng)力—疲勞強(qiáng)度可靠性模型，該可靠性

6、模型直接反映了可靠度與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系，在己知應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度相關(guān)數(shù)據(jù)的條件下，可運(yùn)用該模型計(jì)算任意時(shí)刻（服役壽命）下的可靠度。提出了基于加權(quán)范數(shù)的自助最大熵可靠性評(píng)估方法，并利用軸承壽命數(shù)據(jù)，評(píng)估了軸承可靠性及其置信區(qū)間。
　　綜上所述，本文采用理論分析、有限元仿真和試驗(yàn)研究方法，研究了高速列車軸箱雙列圓錐滾子軸承的載荷識(shí)別、內(nèi)部載荷分布、形變和剛度等方面的問題，并對(duì)軸承疲勞壽命預(yù)測(cè)與可靠性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果