铁路货车圆锥滚子轴承凸度计算和分析

铁路货车圆锥滚子轴承凸度计算和分析

铁路货车圆锥滚子轴承凸度计算分析陈建斌徐俊杰陈华摘要：以×2-2RZ双列圆锥滚子轴承为对象，利用ANSYS有限元软件对不同滚子母线的设计进行分析圆锥滚子轴承的形状。分析了滚子与滚道接触应力大小和分布的影响。结果表明，对数母线滚子能更有效地降低滚子边界与轴承内外圈接触面之间的应力集中。关键词：铁路货车；圆锥滚子轴承；王冠;对数母线；有限元 1 引言 在轴承发展的早期阶段，滚动轴承的滚子母线大多采用直母线形状。人们认为，直线之间的接触会使轴承在承受载荷时，滚子和滚道之间的应力分布均匀。但由于载荷的影响，滚子与滚道的接触部分会发生轻微的弹性变形，滚子会轻微陷入滚道内侧，在滚子边缘产生接触应力，从而形成“边缘效应”。边缘效应的出现加剧了滚子端部与滚道之间的磨损，导致轴承过早疲劳失效，缩短轴承的使用寿命。圆锥滚子轴承滚子表面的轮廓设计，即冠形的优化，可以有效降低滚子与滚道之间的接触应力，缓解“边缘效应”对轴承性能的影响，并延长轴承的使用寿命[1-6]。因此，合理的凸度设计可以有效缓解甚至消除滚子端部的边缘效应。根据实际使用情况，滚凸设计有四种：直线凸滚、弧形全凸滚、圆形凸滚。对于圆弧修正曲线滚子和对数曲线滚子，通过ANSYS得到一定载荷下的应力分布云图，并进行计算分析。

2 圆锥滚子轴承有限元分析 2.1 轴承工作负载的主要参数，本设计主要研究轴承滚子与滚道之间的应力分布，因此在有限元分析时，选取轴承的局部进行仿真分析。根据双列圆锥滚子轴承的结构特点可以看出，轴承结构在径向和轴向上均呈对称分布。根据轴承载荷计算分析可知，可选择径向载荷作用线底部载荷最大的滚子作为分析对象。采用proe中建立的实体模型输入方法，首先使用三维建模软件proe进行实体建模，然后进行格式转换并输入到ANSYS软件中[7]。 2.3 网格划分。在此分析中，使用了结构实体元素。 2.4 建立接触对。对于实际分析模型，考虑了内外圈相对滚子的接触情况，且滚子表面为曲面，因此选取滚子表面作为接触面，取外表面以轴承内轴圈和外轴圈内表面为目标面，选择目标单元，选择接触单元，分别建立接触对，将渗透公差设置为默认值，并设置摩擦系数接触到0.15 [8]。 2.5 约束条件设置和载荷施加选择静力分析，应变类型选择大应变静力分析；在施加载荷之前，需要根据轴承的实际结构，模拟轴承在运行条件下的约束情况。

由于对模型的载荷条件和边界条件进行分析，可以看出，滚子和轴承内外圈的切割面施加对称约束，外圈施加固定约束。为了更好地模拟轴承的应力，在内圈表面施加表面载荷。从轴承的设计参数可以看出，轴承的额定动载荷Cr=882KN。该组合轴承适用于21T（205.8KN）轴重铁路货运车辆。由于建模简化了分析结构，仅使用轴承的一半进行分析。对象，并且仅使用径向载荷作用线的下滚子进行分析。根据公式可知： 根据所选分析模型的特点，施加于模型内表面的载荷=13.7MPa。 3 分析结果 不同滚子母线形状设计下铁路圆锥滚子轴承的有限元分析结果及滚子与滚道之间的接触应力如下图1所示： 不同凸形滚子的最大应力对比见下表2 。所示：由上表分析可知，圆弧滚子轴承内部最大接触应力为2151.46MPa，滚子上最大应力为2151.54Mpa，对数曲线滚子最大接触应力为231 .,滚子的最大接触应力为。由此可见，与其他设计相比，弧形滚轮母线设计极大地改善了应力集中。从上图中对数曲线母线滚子的设计可以看出，圆锥滚子轴承加载时滚子与滚道的接触关系是根据载荷的大小来确定的。当载荷较小时，滚子与滚道的接触关系类似于点接触。当载荷较大时，由于滚子与滚道的弹性变形，滚子与滚道的接触关系变为线接触。

同理，当轴承承受的载荷为一定值时，滚子轴承的凸度决定了滚子与滚道的接触关系。当滚子凸度设计得较小时，滚子与滚道之间的接触关系更容易改变为线接触，但如果凸度太小，则在滚道边缘处容易出现“边缘效应”。滚筒。当滚子凸度较大时，很难将滚子与滚道的接触关系改为线接触。关系，滚子中部容易出现较大的应力集中。 4 结论 通过对铁路货车用×2-RZ双列圆锥滚子轴承进行建模并进行ANSYS分析，可以看出，采用合理的凸面滚子轴承可以减少轴承内滚子之间接触造成的损坏，并进行ANSYS分析。轴承的内圈和外圈。应力集中可以有效缓解“边缘效应”的影响。其中，对数母线滚子轴承沿滚子母线方向压力分布更均匀，载荷适应性更广。是一种比较理想的凸型，但是对数曲线加工技术要求比较高，这方面也是未来不断完善的一个方向。 : [1] 朱龙泉.铁路轴承冠部设计与热应力分析[D].武汉：武汉科技大学，2012． [2]张乐毅，薛玉军，牛清波，叶军。高速铁路客车圆锥滚子轴承轴承凸性分析[D]。洛阳：河南科技大学，2014．[3]刘志新。高铁轴承载荷分布计算机疲劳寿命分析[D].西安：西安科技大学，2014．[4]张俊杰。滚子轴承滚子与滚道接触应力锥分析与优化[D].合肥：合肥工业大学，2003．[5]马文波．基于接触分析的冠形滚子轴承力学特性及结构优化研究[D].南京：南京航空航天大学，2009．[6]陈嘉庆，张培，徐琳琳。滚动轴承滚子凸度设计理论研究进展[J].北京：北京石油化工学院学报，2001．[7]陈志平，石虎力．三维实体建模与有限元分析的关系[J]．北京：中国电子学会现代设计与先进制造技术学术会议，2011．[8]罗继伟，张俊杰．圆锥滚子轴承接触应力的数值求解[J].轴承，2004，(9)：1-3。 -全文已完成-