【摘 要】
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随着高速列车速度的不断提高,要求高速列车重要部件具有更高的技术性能。轴箱轴承作为动车组转向架的重要部件,受运行工况、动载荷及其路谱冲击载荷的作用,受力复杂,其主要失效形式为滚动体与内外圈的接触疲劳损伤,目前在轴承接触疲劳损伤的研究中,忽略了轮轴与轴承过盈配合表面的三维因素,将其视为轴对称模型,无法解释在实际中轴承早期疲劳损伤随机产生的现象。为了探究轴承随机损伤的力学机理,本文将轮轴与轴承过盈配合的
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随着高速列车速度的不断提高,要求高速列车重要部件具有更高的技术性能。轴箱轴承作为动车组转向架的重要部件,受运行工况、动载荷及其路谱冲击载荷的作用,受力复杂,其主要失效形式为滚动体与内外圈的接触疲劳损伤,目前在轴承接触疲劳损伤的研究中,忽略了轮轴与轴承过盈配合表面的三维因素,将其视为轴对称模型,无法解释在实际中轴承早期疲劳损伤随机产生的现象。为了探究轴承随机损伤的力学机理,本文将轮轴与轴承过盈配合的影响考虑在内,基于配合表面圆柱度因素建立了轮轴与轴承的三维随机接触模型,分析了轴承在静态过盈装配和运行时的接触应力,研究了圆柱度误差对轴承接触应力分布不均匀的影响,从而揭示了轴承局部随机疲劳损伤的机理,为轴箱轴承设计及强度校核提供理论依据,论文主要研究内容如下:（1）轮轴与轴承过盈配合表面三维轮廓的建立。利用随机数模型及改进的三次Hermite插值方法生成周向轮廓曲线,然后通过多项式插值方法建立轴向曲面,完成基于圆柱度的三维接触面轮廓建模,并通过逆向建模建立轮轴与轴承的三维接触实体模型。（2）装配体模型静态仿真及运行状态下动应力仿真分析。建立了轮轴与轴承装配体的有限元接触模型,采用有限元软件仿真了装配预应力及变形状态,通过对比理想模型和三维接触模型分析接触预应力及变形的不均匀性,并得出了过盈量对预应力及变形的影响规律;根据实际载荷及路谱数据对轴承装配体进行动力学仿真,分析了圆柱度误差、运行速度对轴承动应力分布和大小的影响,并仿真出应力谱。（3）轴承局部疲劳损伤机理分析及疲劳寿命模型的建立。基于仿真结果对轴承损伤机理进行了定性分析;通过雨流计数法、Goodman方程以及威布尔拟合对应力谱进行修正及处理,利用P-S-N曲线和线性累积损伤方法建立了基于应力谱的轴承疲劳寿命模型,预估了轴承的寿命;完成了轴箱轴承的疲劳损伤试验,并通过声发射技术对损伤状态进行监测,对不同试验阶段信号进行分析,验证了疲劳损伤机理,实验结果表明圆柱度因素是造成损伤随机性的原因。
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