JD-1轮轨模拟试验机转轴损伤机制分析

转轴是JD-1轮轨模拟试验机夹具的重要组成部分,在试验机运行过程中承受垂向载荷和制动扭矩的综合作用。针对轮轨模拟试验机转轴-轴承过盈配合面上出现的损伤,从宏观、微观层面分析其损伤机制。转轴和轴承内圈在试验机运行过程中发生的弹性变形量存在差异,导致转轴-轴承过盈配合面区域内出现微小幅度的往复相对运动,从而产生微动损伤。在载荷综合作用下,转轴-轴承过盈配合表面出现了严重的微动疲劳磨损和较为严重的不均匀塑性变形,靠近制动器一端的表面塑性变形不均匀程度更为严重。分析结果为转轴损伤的减缓和预防提供了参考。     

试验机转轴微动损伤机制分析

转轴是试验机的重要传动部件,由于扭转载荷和垂向载荷的作用,转动轴在其与轴承内圈过盈配合面处会出现微动损伤。利用扫描电镜、EDX等微观分析手段对失效转动轴损伤部位进行分析,通过分析,得出转动轴的微动损伤机制为:转动轴表面的微动磨损主要以磨粒磨损和黏着磨损为主,在损伤部位萌生的微动疲劳裂纹具有多源性,且扩展角度较小,损伤部位剖面的塑性变形层沿转动轴轴线分布不均,且转动轴左端的塑性变形层比右端厚。     

CRH2型动车组轴承-车轴耦合系统过盈配合静力学行为研究

动车组在运营中其轴承内圈与车轴耦合系统过盈配合接触面常会出现微动损伤。考虑载荷和过盈量等参数影响,建立CRH2型动车组轴承-车轴耦合系统的有限元模型,通过分析不同线路与不同过盈量下静态耦合系统的应力分布和配合面的变形情况,研究轴承-车轴系统过盈配合的静力学行为。结果表明:同一过盈量,系统在曲线线路的最大应力比直线线路大;同一线路,过盈量越大最大应力越大,其配合面塑性变形也越大,当过盈量为0.15 mm时,已超出最大允许值,轴承内圈产生裂纹。研究结果能够为动车组轴承-车轴过盈配合微动损伤研究提供一定的参考依据。     

航空发动机主轴轴承内圈配合表面压力及影响因素研究

针对航空发动机主轴与轴承内圈发生相对转动,两者配合表面出现严重磨损的故障。首先用理论方法和有限元法分别计算了轴承内圈与主轴配合表面的接触压力,然后分析了轴向预紧载荷、工作温度、主轴转速三种因素对该接触压力的影响。发现:轴承内圈与主轴过盈配合安装时配合表面的接触压力分布不均匀,边缘处出现峰值,理论解略偏于安全;轴向预紧载荷对轴承内圈与轴配合表面的接触压力的分布和数值影响不大;工作温度和转速对轴承内圈与主轴配合表面的接触压力均有显著的影响,接触压力随着温度升高和转速增加而下降;如果不考虑轴系所受外载荷轴承内圈与主轴配合表面的接触压力可能会降低为0。该研究对于设计主轴轴承的装配过盈量具有一定的指导意义。     

汽车发动机正时链试验中的纳米摩擦

在汽车发动机正时链系统工作性能试验中,通过对链条滚子、套筒、销轴等表面SEM形貌失效分析,发现在间隙配合的中链板与销轴之间的工作结合面出现了细小的皱纹,而同一销轴两端与两个外链板过盈配合的结合面却不存在这种现象。这种接触表面的形成,是位移在纳米条件下,并且在垂直交变载荷与表面切向力的合力所导致的结果,最终导致配合面的微小变形。这表明微动磨损在纳米级别的微动磨损初期应首先是表面的晶界变形,而不一定微动磨损的结果就是接触表面的破坏。这种大面积接触的微动不同于一般小面积接触的微动,试验中出现的微动磨损现象也是纳米摩擦学中的另一典型的初期特征。     

基于ANSYS的轮对过盈配合微动分析

铁道机车车辆在运行过程中,轮对过盈配合面边缘由于微动产生微动损伤.微动幅值是影响轮对过盈配合面微动运动特性的重要因素之一,由于难以用仪器进行测量,利用通用有限元软件ANSYS对RD2轮对过盈配合面在210 kN轴重载荷作用下的微动情况进行了模拟分析.以轮对受轴重载荷静止于轨道上的弯曲变形情况来表征其运行过程中某一时刻的弯曲变形情况,通过计算,获得轮对过盈配合面内、外侧区域的轮座与轮毂某接触节点副的相对滑动规律和应力分布.结果表明,在轮对转动过程中,轮座与轮毂配合面内、外侧接触区内的节点副相对运动模式为变方向、变应力的复合微动.在210 kN轴重载荷作用下,轮对过盈配合面间所计算节点副的最大轴向相对位移为32 μm,最大切向相对位移为2.6 μm.     

空心轴过盈配合结构循环微动磨损的仿真研究

基于Archard磨损模型建立空心轴过盈配合结构的微动磨损模型,通过有限元计算得到两种过盈量空心轴在微动循环周次的变化下配合面磨损轮廓和接触压应力、摩擦切应力、滑移幅值等微动参量,并与其中一种过盈量的实心轴过盈配合结构相应计算结果进行对比。结果表明,在相同过盈量和外载条件下,空心轴过盈配合结构的微动磨损程度大于实心轴过盈配合结构;在微动磨损对配合面形貌的影响下,空心轴配合面上的微动参量随循环周次增加的变化规律与实心轴结构基本一致:循环周次增加,接触压应力、摩擦切应力和滑移幅值随之增大;接触压应力峰值位置向配合中心移动;摩擦切应力峰值由粘着-滑移交界处向磨损-未磨损交界处转移,并向配合中心移动;增大空心轴过盈配合结构的过盈量能减小空心轴微动磨损的程度。     

新型空心车轴轮对过盈配合微动疲劳特性分析

铁道机车车辆在运行过程中,机车轮对过盈配合,但是接触边缘由于微动会产生微动损伤。微动幅值和界面应力是影响轮对过盈配合面微动特性的重要因素。利用通用有限元软件ABAQUS对动车组轮对过盈配合面在31kN轴重载荷作用下的微动情况进行了模拟分析。通过计算,获得轮对过盈配合面内、外侧区域的轮座与轮毂的接触副的应力分布和相对滑动规律,并通过能量密度法计算接触面的损伤因子,判断轮对接触面的损伤情况。结果表明,能量密度法可以预测该结构的微动疲劳特性。     

圆锥面过盈配合微动损伤的机理研究

微动损伤广泛存在于工程中,它将降低构件的疲劳强度,减小构件的使用寿命。以承受弯曲旋转载荷的轴/套装配体为研究对象,建立圆锥面过盈配合的有限元模型,分析不同摩擦系数、过盈量、配合锥度对过盈配合的应力分布和接触状态的影响,讨论接触状态和应力分布随参数的变化规律,从而揭示微动损伤的机理。结果表明:过盈面的接触应力和摩擦切应力分布不均匀,接触应力沿轴线方向形成两端大中间小的变化规律;随着摩擦系数、过盈量、锥度的增加,摩擦切应力增大,接触面的磨损区域减小。     

高速旋转主轴轴承配合过盈量的影响因素分析

高速旋转的主轴轴承与转轴配合过盈量的大小对主轴的刚度、旋转精度和使用寿命等具有十分重要的影响。在主轴运转时,影响轴承与主轴配合过盈量的因素主要有温度、离心力及初始配合的过盈量等,现将这些影响因素关联在一起,集中研究在这些因素的影响下,轴承内圈和主轴的配合过盈量与离心力和温度场之间的关系,并在此基础上推导出轴承稳定运转时内圈与主轴实际过盈量的计算公式。     

风力发电机变桨轴承微动磨损与防护

分析了变桨轴承振动载荷及失效形式,指出在交变和振动载荷的作用下,风力发电机组变桨轴承的主要其失效形式是滚动体和滚道之间发生的微动磨损损伤.通过微动试验,分析了变桨轴承中微动磨损的磨损运行机制以及润滑脂的润滑效果与微动次数、位移的关系.为减小变桨轴承微动磨损,从润滑和机械方面提出了微动磨损防护的具体措施.结果表明:微动磨损程度随载荷减小、接触角度增加和材料硬度增高而减小;通过采用含渗透能力强、抗磨添加剂及抗锈蚀剂的合成润滑脂,减小桨叶振动、改进变桨轴承结构、增加套圈接触面表面强度等措施,可减缓变桨轴承的微动磨损.     

TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为

为研究TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为特点,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,对球/平面接触的GCr15钢球/合金TC4摩擦副在100 N法向载荷下进行微动磨损试验,得到TC4合金微动磨损过渡区的范围,分析不同状态下摩擦因数演变及磨痕表面形貌特点,研究磨损机制的变化。结果表明:微动状态下,摩擦因数在磨合阶段波动剧烈,达到稳定磨损阶段后趋于稳定,且稳定状态下的摩擦因数随着位移幅值的增加而增加;往复滑动状态下,不同位移幅值下的摩擦因数曲线近乎重合且波动剧烈;微动磨损过渡区的摩擦因数变化处于2种状态的转变阶段。微动状态下,磨痕表面轮廓线粗糙,损伤轻微,磨损机制以黏着磨损和疲劳剥层为主;往复滑动状态下,轮廓线更光滑且损伤严重,磨损机制以磨粒磨损及塑性变形为主;微动磨损过渡区轮廓线由粗糙变为光滑,磨损深度及宽度突增,磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。     

变桨轴承微动磨损分析与沟道参数确定

在交变和振动载荷的作用下,风力发电机组变桨轴承的主要失效形式为钢球和沟道之间的微动磨损。分析了变桨轴承微动磨损产生的原因、损伤形式及微动运行模式,为降低变桨轴承的微动磨损,通过试验对其沟道参数的取值进行了研究。结果表明:变桨轴承的沟道曲率半径系数为0.53左右,初始接触角为45°左右时,可提高变桨轴承的抗微动磨损能力,减缓沟道微动磨损损伤。     

配合过盈量对风电齿轮箱轴承疲劳寿命的影响

以某兆瓦风电机组齿轮箱一级行星轮前轴承(双列圆柱滚子轴承)为研究对象,基于赫兹接触理论、厚壁圆筒理论和GB/Z 36517—2018建立考虑配合过盈量的轴承疲劳寿命数值仿真分析模型,并分析轴承配合零件尺寸公差、形位公差、表面粗糙度对轴承疲劳寿命的影响,结果表明：保持轴承初始配合不变,随行星轮轴与轴承内圈的配合公差由g6向r6转变,轴承内圈由过渡配合变为过盈配合,轴承寿命先增加后减小,配合公差为p6时轴承寿命最大;随行星轮内圈与轴承外圈的配合公差由H6向S6转变,轴承外圈由间隙配合变为过渡配合、过盈配合,轴承寿命由无变化变为逐渐增加;行星轮轴与内圈的径向全跳动公差变化导致配合过盈量增加时,轴承寿命增加,反之则轴承寿命降低;行星轮轴与内圈的表面粗糙度值增加会导致轴承寿命降低。     

30t轴重铁路货车轮对过盈装配设计的可靠性评价与改进

从消除轮对装配面上的微动疲劳损伤角度,以在车轮上产生与AAR S660标准相同热机载荷的轮对极限载荷组合为依据,研究30 t轴重货车轮对的设计装配可靠性。采用钢轨片段—车轮—车轴—轴承—承载鞍组成轮对的集成有限元方法计算配合面应力。揭示原设计可以保证轮—轴和轴承—车轴的过盈配合面处于压应力状态,但其中轮—轴过盈配合面局部压应力过小。提出将轮—轴过盈配合调整至0.23 mm(等于孔径的0.01%),计算结果证实已将配合面压应力控制在合理范围。     

圆柱滚子轴承滚子打滑机理研究

为研究圆柱滚子轴承在不同工况下的滚子打滑机理,基于ABAQUS/Explicit建立滚子与滚道柔性接触的有限元分析计算模型,以显式算法为基础对轴承进行全柔性多体动力学计算分析。通过提取轴承动力学计算结果中滚子中心节点速度变化历程,获得滚子相对滚道理想纯滚动的打滑率,研究内圈转速、径向载荷和过盈配合产生的压力等因素对滚子打滑率的影响规律。结果表明:内圈转速和径向载荷对滚子打滑率影响显著;随着径向载荷的增加和内圈转速的减小,可一定程度消除滚子打滑;在相同内圈转速和径向载荷下,增加内圈与轴的过盈配合产生的压力可降低滚子打滑率。     

空心轴与实心轴过盈配合结构微动磨损与疲劳的仿真分析

为了分析空心轴与实心轴过盈配合结构微动磨损与疲劳行为的差异,建立了两种过盈配合结构的微动磨损-微动疲劳联合仿真模型。该联合仿真模型基于Archard磨损方程和有限元软件ABAQUS的自适应网格技术实现了循环微动磨损的仿真,基于线性累积损伤理论和修正的SWT临界平面法实现了微动疲劳寿命预测。分析结果表明：空心轴的微动磨损比实心轴严重,微动磨损显著降低了过盈配合边缘附近的应力集中,同时在配合内部引起了新的应力集中,并导致微动裂纹萌生位置出现在配合内部。受到微动磨损的影响,空心轴的微动疲劳寿命仅约为实心轴的40%,但两种结构的微动裂纹萌生位置几乎一致。     

基于ANSYS的圆柱滚子轴承内圈滚道径向畸变分析

以NU1006圆柱滚子轴承为例,在Pro E中建立轴和轴承过盈配合模型,将过盈模型导入到ANSYS中进行分析。最后通过MATLAB对数据进行分析处理,得到轴承内径面形状误差、内圈与轴误差相对位置转角、轴承与轴过盈配合量对轴承内圈滚道径向变形的影响。分析结果表明:随轴承内径面误差值的增大,内圈滚道变形量幅值呈增大趋势;随轴承内径面误差形状的变化,内圈滚道变形量幅值及位置均发生变化;随内圈与轴误差相对位置转角的增大,内圈滚道变形量幅值及位置均发生变化;随轴与轴承配合过盈量的增大,轴承内圈滚道变形幅值增大。     

滚动轴承与轴过盈配合对轴承元件接触应力及变形量影响研究

基于滚动轴承在装配过程中轴承内圈与轴形成过盈配合的实际情况,对其进行力学理论分析。在此基础上利用建模软件对滚动轴承建立三维模型,在有限元环境下,进行材料设置、网格划分、边界条件设定、施加载荷等操作建立有限元仿真模型。分别对不同过盈量下轴承元件接触应力和变形量情况进行仿真。结果发现:轴承元件上的接触应力和变形量与过盈量成正比关系;轴承内圈与滚动体接触应力和变形量之差,随着过盈量的增加,逐渐高于滚动体与轴承外圈接触应力和变形量之差;同一过盈量下,轴承内圈、滚动体、轴承外圈的接触应力和变形量依次降低。此研究结论为轴承寿命计算、轴承制造提供了理论依据。     

离心力对高速主轴轴承内环过盈配合特性的影响

利用弹性力学,推出了高速离心力作用下厚壁主轴与薄壁轴承内环的变形量及其配合初始过盈量的理论计算公式,给出了主轴转速与过盈量的定量关系;借助接触非线性有限元建立了高速旋转主轴与轴承内圈过盈配合的三维有限元模型,模拟仿真了离心力对过盈配合面间接触应力、过盈量的影响。