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對于鐵路貨車來說，軸承偏載是個非常嚴(yán)重的問題，如果發(fā)現(xiàn)不及時很有可能會造成軸承直接損壞后不能恢復(fù)癥狀，也就是軸承無法在進(jìn)行使用。下面本公司作為一站式服務(wù)行業(yè)綜合性平臺，為大家分享出有關(guān)軸承承載區(qū)內(nèi)容分析，以及舉例說明鐵路貨車圓錐滾子軸承偏載應(yīng)力分解，希望對大家有所幫助。

軸承的承載區(qū)

軸承滾動體在不同位置的接觸點(diǎn)處的變形量不同，反映了在各接觸點(diǎn)上的接觸載荷的不同。雖然在彈性范圍內(nèi)，載荷與接觸變形量并不是線性關(guān)系，但是當(dāng)載荷增大時，接觸變形量也是增大的。

因此，可以判斷，在下圖所示夾角位置，接觸載荷也是處于作用線上的接觸點(diǎn)0°處最大，向兩邊逐漸減小。根據(jù)類似的分析，可以得出其他任一瞬問的載荷分布情況。各滾動體從開始受力到受力終止所經(jīng)過的區(qū)域叫承載區(qū)。

我們知道軸承外圈固定在軸承箱內(nèi)，因此可以定期更換軸承外圈承載區(qū)，達(dá)到延長軸承使用壽命的目的。

列舉鐵路貨車圓錐滾子軸承偏載應(yīng)力分解

以某35.7t軸重鐵路貨車雙列圓錐滾子軸承為例基于ANSYS建立均勻載荷和偏移載荷下的軸承有限元模型分析滾子與內(nèi)外圈之間的等效應(yīng)力得出偏載應(yīng)力對軸承接觸應(yīng)力的影響。結(jié)果表明:均勻載荷條件下滾子與內(nèi)外圈接觸應(yīng)力分布均勻;而在偏載條件下會出現(xiàn)應(yīng)力集中在一定范圍內(nèi)隨偏載距離的增大應(yīng)力集中越來越明顯。

1、載荷分析

圓錐滾子軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中主要受軸向載荷和徑向載荷以徑向載荷為主軸向載荷為輔。列車通過彎道或道岔以及載貨分布不均時，軸向載荷增大，滾子與內(nèi)外圈產(chǎn)生接觸偏移產(chǎn)生偏載效應(yīng)。軸向載荷越大偏載效應(yīng)越嚴(yán)重從而影響軸承的工作特性及壽命。
圓錐滾子軸承受力如圖1所示( F_r為徑向載荷 F_a為軸向載荷)。車體通過承載鞍傳遞給外圈的載荷垂直通過軸承外圈的橫截面中心直線運(yùn)行時，軸承主要受徑向力軸向力較小;當(dāng)通過彎道或道岔時軸承同時承受徑向和軸向載荷。

列車輪受力平衡圖如圖2所示，F(xiàn)_v為車輛隨機(jī)垂向動載荷; F_H為車輛隨機(jī)橫向動載荷;h為車輛載荷中心到軸頸根部距離(h=125 mm);b₁b₂為軸承載荷中心到車輛載荷中心距離( b₁ = b₂ =978 mm. )R為車輪半徑; Q_H Q_v分別為車輪與軌道接觸的約束力。車輛的隨機(jī)動載F_v，F_H為

根據(jù)JISE 4501--1995鐵路車輛軸 的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法》垂向動力系數(shù)a_v = 0.002 7υ 橫向動力系數(shù)a_h=0.040+0.001 2υ，υ=120km/h；EN13103/EN13104規(guī)定的a_v，a_H分別為0.250.175；靜載時a_v=a_H=0。以35.7 t軸重鐵路貨車為例根據(jù)(1)式得到軸承承受的徑向載荷和軸向載荷見表1。

2、有限元模型

以某35.7t軸重鐵路貨車雙列圓錐滾子軸承為例其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2基于ANSYS建立軸承有限元模型分析滾子與內(nèi)外圈之間的等效接觸應(yīng)力從而確定偏載對軸承接觸應(yīng)力分布的影響。

利用Pro/E進(jìn)行建模再導(dǎo)人ANSYS主要分析靜態(tài)徑向載荷偏載對軸承接觸應(yīng)力分布的影響雙列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)對稱，載荷對稱故僅提取滾子1/2 模型進(jìn)行分析。單元類型為Sol-id186 工作過程中滾子與內(nèi)外圈設(shè)置為面-面接觸摩擦因數(shù)設(shè)為0.1目標(biāo)單元和接觸單元分別為TARG170 CONTA174。外圈采用全約束軸承中間截面采用對稱約束。根據(jù)載荷位置的不同，載荷分為2種情況:1)施加均勻載荷：2)當(dāng)載荷偏移時施加梯形載荷。

3、結(jié)果分析

不偏載情況下圓錐滾子軸承整體應(yīng)力云圖和滾子應(yīng)力云圖如圖3所示載荷向左偏移1 mm時圓錐滾子軸承整體應(yīng)力云圖和滾子應(yīng)力云圖如圖4所示。由圖3和圖4可知圓錐滾子軸承的最大接觸應(yīng)力在滾子與內(nèi)外圈的接觸區(qū)在同一偏載條件下各零件所受接觸應(yīng)力由大到小分別為滾子、內(nèi)圈及外圈。滾子受力為瞬態(tài)力內(nèi)圈為圓周運(yùn)動外圈最大接觸應(yīng)力位置不變。內(nèi)外圈材料相同，外圈失效率高于內(nèi)圈和滾子。

分別建立載荷向左偏移123 mm及向右偏移123mm時的有限元模型并進(jìn)行分析，得到軸承各零件的最大接觸應(yīng)力如圖5所示(向左偏移為一向右偏移為+ )。由圖5可知，隨偏載距離增加，軸承各零件接觸應(yīng)力增大，滾子邊緣接觸應(yīng)力增幅最大，外圈接觸應(yīng)力增幅最小。與均載相比，偏移載荷中心靠近滾子直徑較小-端時(即圖5中左偏載)，接觸應(yīng)力高于其靠近滾子直徑較大一端時，更容易出現(xiàn)邊緣效應(yīng)，產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)偏載距離過大時，會使軸承的接觸應(yīng)力超過疲勞應(yīng)力，對軸承產(chǎn)生破壞。隨偏載距離增大，滾子與內(nèi)外圈應(yīng)力集中越來越明顯，軸承壽命減小，影響車輛的運(yùn)行。因此，在列車運(yùn)行過程中，過彎道時速度應(yīng)減小，避免承載不均產(chǎn)生偏載效應(yīng)。

4、總結(jié)

以某35.7 t軸重鐵路貨車雙列圓錐滾子軸承為例，分析其在不同偏載距離下，滾子、外圈、內(nèi)圈所受的等效應(yīng)力，在偏移載荷下會產(chǎn)生應(yīng)力集中，且隨偏載距離增大應(yīng)力集中現(xiàn)象越來越明顯。若偏載距離過大，各零件所受接觸應(yīng)力超過疲勞應(yīng)力時，會對軸承產(chǎn)生不可修復(fù)的破壞。