高速铁路客车圆锥滚子轴承凸度及动态性能分析

发布时间：2017-08-13 17:10

  本文关键词：高速铁路客车圆锥滚子轴承凸度及动态性能分析

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【摘要】：圆锥滚子轴承作为高速铁路客车轴箱最关键的核心部件，其滚子凸度设计及动态性能直接关系着轴箱系统的工作性能和可靠性，进而影响高速铁路客车的正常运行和安全，，因此对轴箱轴承进行力学性能研究及温升试验分析有着非常重要的意义。 本文以高速铁路客车轴箱用双列圆锥滚子轴承为研究对象，在ANSYS/ANSYS WORKBENCH环境下建立不同凸度滚子和滚道接触的有限元接触分析模型，研究了滚动体和滚道之间在接触负荷作用下接触点邻域的应力分布情况；考虑不同凸形、凸度量及载荷对接触应力和应力分布的影响，确定了合理的凸形和凸度量。对数母线型滚子和合理的凸度量能降低滚子与滚道接触引起的边界应力集中，而且一定的载荷都会对应一个较优的凸度量区间，凸度量过大或过小不但没有降低边界应力集中，反而会引起滚子端部和中间的应力差值，减弱滚子沿轴线方向应力分布的均匀性。 在滚子与滚道接触应力分析的基础上，建立对数母线型圆锥滚子轴承显示动力学分析模型，并对其动态特性进行有限元仿真，研究了轴承各部分的接触应力随时间的变化情况。圆锥滚子与滚道接触区域的几何形状对轴承的运动状态及应力分布有一定的影响；滚子是振动最为激烈的零件，其振动特性呈现非常明显的非线性特征；在轴承承载区域附近，保持架与滚子接触应力差异较大。 在实际运行中，高铁轴承滚子与滚道摩擦所产生的温升对轴承工作性能有较大的影响，本文在专用铁路轴承试验机上，对对数母线型圆锥滚子轴承进行了不同转速和载荷下的温升性能试验，初步验证轴承的高速性能。在试验过程中，试验机和轴承都运转平稳；轴承工作温度随着转速和载荷的增加而升高，在一定时间内可以达到热平衡，并保持稳定状态；试验结果表明，试验用高铁轴承初步达到设计要求。 本论文对高速铁路轴箱轴承凸度及动态性能进行分析，并通过温升性能试验校核验证其高速性能。本研究可为高铁轴承的结构设计提供理论和试验依据。
【关键词】：高速铁路客车 双列圆锥滚子轴承 凸度 动态性能 有限元分析 温升性能
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U270.33;TH133.3
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 研究目的及意义8
• 1.2 高速铁路轴承技术发展现状8-10
• 1.3 圆锥滚子轴承性能研究现状10-12
• 1.4 主要研究内容12-14
• 第2章 双列圆锥滚子轴承的结构特性与受力分析14-24
• 2.1 双列圆锥滚子轴承的结构形式分析14-17
• 2.1.1 双列圆锥滚子轴承的结构形式14-16
• 2.1.2 双列圆锥滚子轴承的结构特性16-17
• 2.2 双列圆锥滚子轴承的载荷分布计算17-22
• 2.2.1 圆锥滚子轴承的载荷分布17-19
• 2.2.2 圆锥滚子的受力平衡分析19-20
• 2.2.3 圆锥滚子轴承的曲率与弹性趋近量计算20-21
• 2.2.4 圆锥滚子轴承接触负荷与变形关系21-22
• 2.3 本章小结22-24
• 第3章 圆锥滚子轴承凸度的有限元分析24-46
• 3.1 接触问题的有限元法24-26
• 3.1.1 接触问题的阐述24
• 3.1.2 基于 ANSYS 求解接触问题的方法24-26
• 3.2 圆锥滚子轴承凸度设计26-30
• 3.2.1 凸度问题的阐述26-27
• 3.2.2 滚子轴承的凸度设计27-30
• 3.3 圆锥滚子轴承有限元分析模型的建立30-36
• 3.3.1 实体模型的建立30-32
• 3.3.2 材料特性的设定与单元选取32-33
• 3.3.3 网格划分33-34
• 3.3.4 接触对设置34-35
• 3.3.5 边界条件的设定及载荷35-36
• 3.4 ANSYS 计算结果分析36-44
• 3.4.1 凸形对接触应力的影响36-42
• 3.4.2 滚子的凸度量计算42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 基于 ANSYS/LS-DYNA 圆锥滚子轴承动力学分析46-56
• 4.1 ANSYS/ LS- DYNA 显式动力学分析模块简介46
• 4.2 显式动力学的基础算法理论46-48
• 4.3 基于 ANSYS/ LS- DYNA 的显示动力学分析48-55
• 4.3.1 有限元模型的建立48-49
• 4.3.2 材料选取及接触的设定49-50
• 4.3.3 边界条件的设定及加载50
• 4.3.4 计算结果分析50-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 高铁轴承温升性能试验分析56-62
• 5.1 试验目的56
• 5.2 试验主要内容56-58
• 5.2.1 试验轴承56
• 5.2.2 试验装置56-57
• 5.2.3 试验内容57-58
• 5.3 试验结果与分析58-61
• 5.3.1 不同转速对轴承温升性能的影响58-60
• 5.3.2 不同载荷对轴承温升性能的影响60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间的研究成果68

【参考文献】

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本文编号：668395