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系統(tǒng)的關(guān)鍵機械部件，服役環(huán)境復(fù)雜，載荷沖擊劇烈，其運行過程中狀態(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外引進，軸承國產(chǎn)化己成為限制我國高速列車技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題，同時為了滿足新一代高速列車研制的需要，迫切需要研發(fā)與我國高速列車運行工況和運營檢修環(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理，才能夠合理的指導(dǎo)軸承設(shè)計，保障軸承可靠性

2、壽命的準確性。本文結(jié)合實測的軸箱軸承載荷數(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)特征及在運營中所受的徑向與軸向載荷情況。提出了軸箱軸承載荷測試的兩個方案:將軸箱彈簧與轉(zhuǎn)臂傳感器化，測試彈簧與轉(zhuǎn)臂的載荷，通過載荷分析得到軸承載荷;對軸承外圈開槽，在開槽處布置測點，通過應(yīng)力信號識別軸承載荷。根據(jù)載荷識別的相關(guān)理論，確定了高速列車軸箱軸承載荷的測試方案，并運用于高速列車軸

3、箱軸承的載荷跟蹤測試試驗，為后續(xù)軸承的疲勞壽命預(yù)測和可靠性評估提供數(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)對軸承接觸載荷分布、形變和接觸剛度的影響規(guī)律。計算結(jié)果表明:兩種方法所得軸承載荷分布基本一致，有限元法在計算精度方面具有優(yōu)勢，而靜力學(xué)法在計算效率方面具有優(yōu)勢。
　　(3)在實測軸箱軸承載荷數(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則，建立了時變載荷下軸承的疲勞壽命預(yù)測模型。分別運用該模型及傳統(tǒng)理論壽命計算方法，計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)測結(jié)果相對保守。另外，提出軸箱軸承每公里損傷概念，運用線性損傷理論計算了高速列車進出庫工況下的每公里損傷值，結(jié)果表明:列車低速進出檢修庫工況下的每公里損傷值遠高于正常高速運營工況，說明列車在日常低速進出庫時，軸承的工況條件

5、較為惡劣，計算壽命時該工況不可忽視。
　　(4)建立了圓錐滾子精細化有限元接觸模型，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，同時將仿真結(jié)果與Hertz理論計算結(jié)果進行對比。通過載荷與應(yīng)力關(guān)系，結(jié)合應(yīng)力疲勞壽命準則，提出了基于應(yīng)力的軸箱軸承疲勞壽命評估方法，并運用提出的壽命評估方法對軸承進行了評估。
　　(5)根據(jù)等效應(yīng)力與疲勞強度存在的干涉關(guān)系，建立了軸承的等效應(yīng)力—疲勞強度可靠性模型，該可靠性

6、模型直接反映了可靠度與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和疲勞強度之間的關(guān)系，在己知應(yīng)力和疲勞強度相關(guān)數(shù)據(jù)的條件下，可運用該模型計算任意時刻（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估方法，并利用軸承壽命數(shù)據(jù)，評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別、內(nèi)部載荷分布、形變和剛度等方面的問題，并對軸承疲勞壽命預(yù)測與可靠性進行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果