动车组轴箱轴承保持架振动特性与寿命分析

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轴箱轴承作为动车组走行部的主要构成部件,起着连接转向架构架和轮对并传递两者间作用力的重要作用,所处的工作环境复杂恶劣,其性能对列车的运行安全有着直接影响。保持架作为轴承的关键部件,其在运用过程中的状态影响着轴承的工作性能,因此保持架的振动特性分析与寿命预估对保证轴承的安全运用具有重要的意义。本文以某型动车组轴箱轴承为研究对象,分别建立了轴箱轴承动力学模型、轴箱轴承有限元模型以及动车组列车车辆-轨道耦合动力学模型;对完整保持架、含裂纹保持架以及断裂保持架进行了自由模态分析;利用整车动力学仿真获取了列车运行过程中作用于轴箱轴承外部的冲击载荷,并将其作为轴承动力学仿真的输入条件;仿真分析了不同径向载荷、转速以及轨道激扰对保持架动态性能的影响,确定了保持架的应力分布和危险部位;根据保持架瞬态动力学仿真结果,选取不同危险部位的应力编制了应力谱;结合S-N曲线计算各危险部位的寿命,综合各危险部位寿命的计算结果对保持架寿命进行了预估。结果表明:(1)模态分析得出的保持架最小固有频率为252.1 Hz,正常工作下保持架的转动频率为14.6 Hz,保持架在正常工作中不易发生共振。(2)保持架应力较大的部位主要分布在保持架过梁以及侧梁与过梁的连接处,侧梁与过梁的连接处常出现应力最大值,故将此处视为保持架的危险部位。(3)轴承径向载荷的变化对保持架动态性能的影响不大。随着径向载荷的增加,保持架的打滑率略有降低,滚子和保持架间的碰撞作用力以及保持架应力稍有增加,保持架质心位置无明显变化。(4)在动车组轴箱轴承工作转速范围内,转速的变化对保持架动态性能的影响较为明显。随着转速的增加,保持架的打滑率增加,滚子和保持架间的碰撞作用力以及保持架应力显著增加,且滚子与保持架间的碰撞更加频繁。(5)轨道激扰的加入使滚子和保持架间的碰撞作用力以及保持架应力稍有增加,保持架的打滑率略有增加,降低了保持架运转的稳定性,对保持架质心位置无明显影响。(6)在列车正常运行的轨道激扰条件下,保持架寿命比无轨道激扰条件下的寿命明显减少,均值只有5.87年,满足动车组5-6年更换轴箱轴承的使用要求。
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