轨道车辆牵引电机轴承的动力学建模与分析

摘要

轨道车辆牵引电机轴承是重要的旋转支承部件,其高速运转过程中内部元件间产生复杂的接触、碰撞与冲击,是滚道表面疲劳损伤、保持架破损与电机振动噪声的重要来源,深入理解牵引电机轴承运转过程中内部元件的动力学特性,对于提高该关键部件的设计与运维水平具有重要意义。首先,以牵引电机圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lagrange多体动力学方法与耦合能量耗散的Hertz接触理论,考虑轴承各部件瞬态动态效应,建立轨道车辆牵引电机轴承的动力学模型。随后,通过与Harris经典理论分析结果对比,验证该模型的准确性。最后,对轨道车辆某型牵引电机轴承处于不同转速、载荷与径向游隙工况下的动力学特性进行分析。结果表明:低转速和径向载荷较小的情况下,在承载区滚子的接触载荷分布呈现较为明显的波动,随着转速加快和径向载荷增大,在承载区滚子的接触载荷分布波动趋于平缓。低转速和较大径向游隙的情况下,内圈质心轨迹朝向无序状态发展且有明显波动,当高转速和较小径向游隙时,内圈质心轨迹稳定且规律性提高,随着转速增大,内圈质心位移运动范围扩大。径向游隙增大的情况下,导致承载区滚子受力逐渐增大,滚子与内圈之间的相互作用力显著增加,从而内圈质心竖直方向加速度变大,运动范围变大且无序性增加。