高速动车组轴箱轴承振动特性

列车运行过程中轮对和轴承将产生动态相互作用,并对轴箱和轴承振动及运用安全产生重要影响,但既有研究尚未考虑这种动态耦合作用。在车辆-轨道耦合动力学模型基础上,考虑轴承与列车耦合运动关系,建立6自由度滚子和6自由度保持架的双列圆锥滚子轴承模型,研究高速动车组轴箱轴承的振动及载荷特征。结果表明,轮轨激扰加剧了轴箱轴承振动,使得滚子与滚道在非承载区发生碰撞,非承载区的最大碰撞力可达到承载区最大碰撞力的一半左右,轮轨激扰还可使得滚子与保持架碰撞力增大,加剧保持架打滑;轴承振动对轴箱加速度的影响主要集中在1 kHz以上;轮对和轴箱振动加速度幅值较为接近,但轴箱垂向加速度比轮对垂向加速度稍大,轴箱横向加速度比轮对横向加速度略小。提出的车辆-轴承耦合振动研究方法丰富了车辆系统动力学研究范畴,研究成果对揭示高速动车组轴箱轴承振动及载荷特性具有重要意义。     

轨交车辆轮对弹性振动对轴箱轴承寿命的影响

搭建了某轨交轮对的有限元模型和刚柔耦合的轮对-轴箱动力学模型,并基于所搭建轮对模型进行了相应的模态分析和动力学特性分析,从而计算得到轮对发生弹性振动时轴箱轴承内外侧的振动水平,进而分析轮对弹性振动对轴承寿命的影响,并提出钢轨的定期打磨维护建议.结果表明,轮对的弹性振动随着激扰频率的增加而加强;在所考察的50～ 250Hz的不平顺激扰范围内,分别采用刚性轮对模型和柔性轮对模型时,轴箱安装位置处二者的振动加速度相差10.6％～68.3％;柔性轮对模型中轴箱外侧与内侧轴承寿命的比值随激扰频率的增大而减小,在所考察的不平顺激扰范围内,外侧与内侧寿命的比值的变化区间为0.96～0.68,轮对的高频弹性振动会引起轴箱外侧轴承寿命显著低于内侧;在进行钢轨打磨时尽量消除波长在100～150mm范围内的轨道不平顺.     

铁路客车轴箱轴承接触润滑机理

基于铁路客车轴箱弹性系统多界面模拟平台,建立轴箱轴承弹性脂润滑模型,研究了不同运行工况下轴箱轴承的润滑性能及规律。结果表明:在给定工况条件下,铁路客车轴箱及轮轴变形会导致2套轴承径向接触载荷分布不均;在各影响因素中,轴挠曲对轴承润滑的影响较小,运行速度对润滑性能影响较大;随着载荷的增加,最小油膜厚度减小,最大润滑接触应力增大,可能导致边界润滑状态。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。     

考虑弹流润滑的高速深沟球轴承径向刚度特性分析

深沟球轴承径向刚度影响高速齿轮传动系统的振动特性,综合考虑油膜和球离心力对轴承径向刚度的影响,建立了弹流润滑条件下的高速深沟球轴承径向刚度计算模型。分析了油膜和球离心力在不同工况下对轴承径向刚度的独立影响和耦合影响,结果表明:在弹流润滑条件下,油膜和球离心力会降低轴承径向刚度,且转速越高,影响越明显;高速工况下,轻载时油膜影响高于球离心力,重载时球离心力影响高于油膜;高速下油膜和球离心力对轴承径向刚度的共同影响不可忽略。     

不同转速下齿轮动力学与油膜润滑耦合研究

为探究齿轮振动时油膜的动态特性,考虑齿轮时变啮合刚度的激励作用,基于动力学理论,建立齿轮系统动力学模型,分析齿轮系统的弹流润滑特性;同时,基于弹流润滑数值解,建立油膜的刚度模型,进行不同转速下齿轮动力学与油膜润滑的耦合研究。研究表明:基于动力学模型进行弹流润滑的求解时,油膜厚度表现出一定的动态特性,且不同齿轮转速下的振幅和振动频率不同;随着齿轮转速的增大,油膜的刚度减小,对于高速重载的齿轮系统,油膜润滑对其振动特性有较大的影响,应当将齿轮振动与油膜润滑视为整体进行研究。     

地铁线路钢轨焊接区轮轨动力学问题

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了地铁车辆-整体道床轨道垂向耦合模型,以实际测量得到的地铁线路钢轨焊接接头不平顺作为轮轨界面不平顺激扰输入,分析了接头不平顺引起的轮轨动力响应特征,以及行车速度、不平顺波长、不平顺波深、轨下胶垫刚度以及轨道结构形式等对焊接接头不平顺激扰下轮轨动力响应的影响。分析结果表明,不平顺波长的减小以及不平顺波深的增大会恶化焊接区轮轨动力响应,轨道结构弹性的提高有助于改善车辆-轨道耦合系统动力学性能。     

地铁线路先锋扣件结构参数对轮轨摩擦自激振动的影响

基于轮轨摩擦自激振动诱发钢轨波磨的观点,研究地铁线路先锋扣件支撑小半径曲线轨道扣件结构参数对轮轨摩擦自激振动的影响。根据现场调研建立车辆-轨道的多体动力学模型,验证列车通过地铁线路先锋扣件支撑小半径曲线轨道时轮轨间的蠕滑力饱和情况;基于动力学模型建立相应的导向轮对-钢轨有限元模型,利用复特征值法分析轮轨系统的摩擦自激振动特性。预测得到的轮轨系统不稳定振动频率与诱导钢轨波磨的振动频率相符,验证了建立的导向轮对-钢轨有限元模型的正确性。利用控制变量法研究扣件结构参数对轮轨系统摩擦自激振动的影响规律,发现轮轨摩擦自激振动发生的可能性随着扣件垂向刚度的增大而轻微增加,随着垂向阻尼的增大而明显降低;随着扣件横向刚度和横向阻尼的增大,轮轨摩擦自激振动发生的可能性降低。因此,增大先锋扣件垂向阻尼、横向刚度和横向阻尼,有助于抑制地铁线路先锋扣件支撑曲线轨道的波磨。     

高速列车车轮多边形磨耗对轮轨力和转向架振动行为的影响

列车车轮多边形磨耗会显著加大轮轨相互作用力和转向架关键部件振动幅度,恶化车辆系统和轨道部件的工作环境,严重时将会威胁到行车安全。基于三维车辆-轨道耦合动力学模型,用谐波叠加法模拟车轮多边形磨耗,作为车辆轨道耦合动态行为分析时的激励输入,计算车轮多边形磨耗阶次、车辆运行速度和运行里程对轮轨力的影响,并分析车轮多边形磨耗与轮轨力之间的相位关系;建立转向架系统高频振动全有限元模型,以时域轮轨力作为模型输入,分析车轮多边形磨耗参数对转向架轴箱、构架振动响应的影响。计算结果显示,随着列车运行速度、车轮多边形磨耗幅值和阶数的提高,轮轨垂向作用力波动范围和转向架振动响应均会显著增大。所得的结果可为高速列车车轮多边形形成的机理和抑制措施的进一步研究提供参考和指导。     

高速动车组轴箱轴承滚道载荷特性研究

轴箱轴承作为列车走行部件中重要核心部件之一,由于其受载工况恶劣使其成为易损坏的部件之一,研究其在运行过程中滚子滚道间的载荷特性对基于载荷分布的轴承寿命预测,保证其在运用过程中的安全性和可靠性具有重要意义。基于包含轴承的车辆-轨道动力学模型,研究了轨道激扰和列车运行速度下滚子滚道接触载荷特征。研究结果表明,无激扰条件下,车速对滚子滚道接触载荷基本没有影响,但在非承载区,滚子与外圈滚道会发生接触,接触载荷与速度成平方关系;轨道激扰条件会影响能够引起滚子滚道接触载荷瞬时值发生变化;外圈受到的接触载荷标准差值,车速越快,标准差越大;对外圈受到的接触载荷最大的区域进行研究,发现随着速度的增加,轨道激扰造成的振动越大,滚子滚道接触载荷数据波动越大。     

船舶可倾瓦推力轴承工况参数对润滑特性的影响

为研究船舶工况参数对可倾瓦推力轴承稳态和瞬态润滑特性的影响,利用Matlab建立船舶可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,考虑轴瓦的热弹性变形,联立黏温方程、能量方程、油膜刚度和阻尼系数方程求解模型,研究热弹性变形以及不同载荷和转速情况下船舶可倾瓦推力轴承的润滑特性。结果表明：考虑热弹性变形时,最小油膜厚度增大,最大油膜压力和最高油膜温度降低;在正常运行工况条件下,轴瓦的热弹性变形有利于改善推力轴承的润滑性能,轴承设计时应考虑材料的抗压性和耐热性;在转速不变时随着载荷的增大,最小油膜厚度降低,最大油膜压力、温度、油膜刚度和阻尼均增加,需要特别注意重载工况下轴承的动压润滑状况;在载荷相同的情况下,随着转速的提高,油膜厚度和油膜温度增大,油膜压力变化不明显,油膜刚度和阻尼随转速增大而降低,在转速较低时下降较为明显。研究结果为优化轴承设计、提高轴承运行的可靠性和稳定性提供参考。     

动车组轴箱轴承保持架动力响应与寿命分析

建立动车组整车动力学模型,通过仿真得到轴箱轴承在列车运行中所受的外载荷。建立轴箱轴承动力学和有限元模型,分析了径向载荷、转速以及轨道激扰对滚子和保持架之间的作用力、保持架应力的影响,基于Miner线性累积损伤理论预测保持架寿命,并基于ISO 281∶2007预测了整套轴承的寿命,结果表明：径向载荷对保持架应力的影响最小,随径向载荷增大,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力稍有增加;转速对保持架应力的影响最为显著,随转速升高,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力增大;轨道激扰的加入增加了滚子和保持架之间的作用力及保持架应力;轴箱轴承保持架寿命约为1 241.5×10⁴ km,满足使用要求。     

高速铁路轴箱轴承接触润滑机理

基于高速铁路客车轴箱系统多界面接触力学分析模型,在轴箱轴承工况条件下,分析轴箱轴承滚动体与内、外圈间的接触载荷分布情况;建立高速铁路客车轴箱双列圆锥滚子轴承脂润滑弹流模型,并采用有限差分法数值解法。数值计算结果与最小膜厚公式获得的最小膜厚度进行比较,而最大润滑压力与相应的赫兹应力进行了比较。结果表明,在给定运行工况条件下,随着运行速度的增大,轴承滚道润滑接触形成的油膜压力减小,油膜增大;而当轴承载荷增大时,其油膜厚度减小,润滑压力增大。     

弹流润滑条件下的深沟球轴承径向刚度及油膜厚度分析

针对传统深沟球轴承弹流润滑条件下轴承径向刚度计算未考虑油膜润滑影响的问题,建立了深沟球轴承综合径向刚度的数学计算模型,基于C++编写计算轴承综合径向刚度和油膜厚度的程序,并分析了轴承径向载荷、转速及润滑油黏度对轴承综合径向刚度及套圈沟道与钢球的中心油膜厚度的影响。结果表明:随径向载荷的增大,综合径向刚度增大,中心油膜厚度减小;随润滑油黏度及轴承转速的增大,轴承综合径向刚度减小,中心油膜厚度增大。     

机车车辆橡胶元件动态建模及其应用

橡胶的动态特性依赖于外界激扰的幅值和频率。为充分体现铁道车辆橡胶部件的真实物理特性,兼顾动力学仿真计算的精度和时间,基于弹塑性理论建立橡胶元件动态模型。分别用摩擦力和黏滞力表征橡胶的振幅相关性和频率相关性;计算分析简谐激励下橡胶元件的等效刚度和阻尼;将橡胶元件模型结合车辆-轨道耦合动力学模型,分析车辆通过曲线时一系定位节点力的动态特性。研究结果表明：摩擦力提供的等效刚度随激扰幅值的增大而减小,阻尼随激扰幅值的增大而增大;黏滞力提供的等效刚度和阻尼都随激扰频率的增大而增大;橡胶元件在车辆曲线通过的不同阶段可反映不同的动态特性。     

车轮多边形磨耗参数对地铁车辆动力学性能影响分析

针对车轮多边形磨耗不同状态下对车辆动力学影响展开研究,建立轮轨柔性某地铁B型车辆刚柔耦合动力学模型,计算车轮多边形阶数和谐波幅值变化对轮轨垂向力、轮轨振动、运行平稳性等车辆动力学性能的影响。结果表明：阶数和谐波幅值在速度增大时轮轨垂向力逐渐增大;阶数14阶、18阶是轮对和轴箱振动加速度随谐波幅值变化产生振动的主要诱因;动力学指标中轮重减载率在18阶、0.04 mm时对其影响最大;车轮多边形使钢轨垂向动位移和振动加速度增大,谐波幅值对钢轨振动特性更有影响。建议考虑制造轮轨柔性,18阶、0.04 mm时对轮轨璇修打磨,以提高动力学性能和行车安全性。     

弹流润滑状态下机床主轴轴承刚度特性分析

圆柱滚子轴承的刚度特性会对机床动态性能产生较大影响.在双列圆柱滚子轴承力学分析的基础上,综合赫兹接触与润滑油膜对轴承刚度的影响,分析了不同工况以及润滑参数下的轴承刚度变化特性.分析结果表明,弹流润滑产生的润滑油膜会使轴承综合刚度下降;随着外载荷的增大,赫兹刚度与油膜刚度均有所提升,轴承综合刚度提高;提升轴承预紧量有利于...     

滑动轴承运行模态参数理论分析及试验验证

滑动轴承的模态参数是其状态监测的重要指标,而轴承表面的磨损、润滑条件以及工作条件对轴承的模态参数有很大影响。为有效监测滑动轴承运行模态参数从而实现其早期故障检测,建立滑动轴承动力学模型并用复模态分析方法提取出系统的模态参数,研究滑动轴承的润滑油与轴承表面的作用诱导高频振动的机制,分析转速、载荷和润滑剂黏度对模态参数的影响,并进行实验验证。结果表明:轴承的润滑对于系统的高频振动有很大的影响;油膜刚度较高时,受润滑影响的模态阶数较少,并且转速的提高会导致固有频率先升高后降低;高频带范围内随着载荷增大振幅增大,低频带内润滑剂黏度增加模态频率降低。     

基于车辆动力学的动车组轴箱轴承动态载荷计算方法

轴箱轴承动态载荷计算结果的准确性对轴承寿命评估具有重要意义。考虑轴承的时变刚度特性，建立某型高速动车组的轴承-车辆-轨道-结构刚柔耦合动力学模型；研究该模型与传统旋转铰车辆动力学模型的轴承动态载荷计算结果的差异，进一步分析轴承刚度与载荷之间的相关性以及动态刚度的分布特征。结果表明，在典型轨道不平顺激扰下，耦合模型与旋转铰模型的轴承边界载荷计算结果基本一致；在实测车轮不平顺激扰下，相比旋转铰模型，耦合模型计算的轴承纵向、横向和摇头载荷幅值整体上偏小，垂向和侧滚载荷幅值整体上偏大，且差异主要集中在100 Hz以上的部分；轴承的垂向刚度与垂向载荷之间具有显著的线性相关性；从动态刚度统计的角度，分别给出轴承的纵向、横向、垂向、侧滚和摇头等效刚度，为4 790 MN/m、58.8 MN/m、4 960 MN/m、3.44 MN·m/rad、18.2 MN·m/rad，可用于完善传统车辆动力学中的轴承建模。所提轴承载荷计算方法可为轴承寿命评估提供载荷参考依据。