轴承随机滚动接触疲劳强度理论研究

摘要

轨道车辆轴承失效,以轴颈/轴箱轴承最为关键,是造成轨道车辆事故的主要原因之一.轨道车辆及零部件的服役条件,以车辆-轨道系统动力学为基础,具有复杂的、显著的随机载荷载荷特征,现有轨道车辆轴颈/轴箱轴承分析,停留在以ISO281标准为基础的理想分析层面,很少触及实际生产的复杂随机载荷、偏载等不规则载荷问题,而生产失效恰好与这些复杂服役载荷条件紧密相连.因此,研究建立复杂随机载荷下轨道车辆轴承的可靠性与安全性理论与方法,防止"热轴"等脱轨事故,是社会大众与学术届关注的焦点科技问题,具有重要社会与科学意义.完成了标准滚子-圆盘纯滚动接触疲劳试样的滚动接触寿命试验，建立了滚动接触疲劳应力-寿命曲线的2参数和3参数Weibull模型的分析评价方法，比较说明了3参数模型的优越性，以及与著名的McCool Weibull分析评价方法的进步意义。以铁路既有25G客车轴箱轴承内部保持架服役破坏分析为契机，在轨道车辆-轨道系统动力学分析的基础上，以轨道车辆(轮对)的绝对随机运动为基础，叠加轴承转动及各部件的随机运动关系，建立起了车辆轮对轴承各部件的随机牛顿惯性力学关系，圆满解决了25G客车轴箱轴承的分析评价问题并说明了本项工作突破了现有系统动力学的缺陷。考虑轨道车辆中轮对，包含车轮、车轴和轴承，作为车辆传力主线上的集成功能部件，包含多重过盈配合及滚动接触约束关系，正确的包含轴承在内的动力学行为分析难以单独进行，建立了轮对集成有限元分析模型。结合随机牛顿惯性力系，形成了车辆轮对轴颈/轴箱轴承随机疲劳可靠性分析评估的系统理论。结合生产需要，完成铁路既有25G客车轴箱轴承内部保持架服役破坏和35.7t轴重出口铁路货车轴颈轴承早期疲劳剥离事故分析;比较分析了现有轴承及轮对设计评价标准，提出了轨道车辆轮对及轴承设计的合理疲劳载荷条件和轨道车辆偏载的管控要求。