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高铁轴承承载能力与疲劳寿命研究

郭正松  
【摘要】:双列圆锥滚子轴承作为高铁轴箱的关键零部件之一,其滚子载荷分布情况及疲劳寿命直接关系着轴承系统的工作性能和可靠性,进而影响高铁的承载能力和运行安全,因此对双列圆锥滚子轴承的力学性能研究及疲劳寿命研究具有非常重要意义。以高铁常用双列圆锥滚子轴承为研究对象,在考虑轴承运转过程中滚子离心力和陀螺力矩的影响,建立滚子力学分析模型,并编制程序对其进行载荷分布求解,分析了不同轴承参数及轴承速度对轴承载荷分布的影响。随着滚子外接触角、滚子有效长度和滚子数目的增加,滚子最大载荷减小;轴承承受载荷较大时,列车运行速度对轴承载荷分布影响不大。在ANSYS WORKBENCH环境下建立滚子和滚道的有限元接触分析模型,研究滚子和滚道之间的应力分布情况;外接触角过小,滚子边缘会产生应力集中,外接触角过大会产生应力集中点向滚子中部移动;滚子有效长度应与滚道宽度相近,避免应力集中现象;滚子数目减小,滚子应力减小。在实际运行中,轴承疲劳寿命是高铁运行安全可靠的重要影响因素,在计算各滚子载荷时,考虑滚子的离心力和陀螺力矩的影响,更精确的计算出各滚子的载荷分布情况,以轴承疲劳寿命理论为基础,研究了轴承结构参数及外部工况的变化对轴承寿命的影响。随着外接触角、滚子有效长度和滚子数目增加,轴承疲劳寿命增加;外部载荷、速度的增加,轴承疲劳寿命减低。


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