RD2型车轴过盈配合损伤分析研究

论文摘要

在许多机械设备中普遍采用过盈配合来传递轴向力和扭矩,这种配合结构简单,定心精度好,联接强度高,可承受扭矩、轴向力或两者复合的载荷,承载能力高,在冲击、振动情况下仍然能够较可靠地工作,铁路轮对中车轴／车轮联接就是典型的过盈配合联接。在轮轴过盈配合中,车轮轮毂内径的最大尺寸小于轴外径的最小尺寸,装配后,由于结合面上产生阻碍零件相互位移的结合力,而使轮轴相互抱紧。理论上车轮和车轴通过过盈配合紧密连接成一个整体,但是在实际使用过程中,发现车轴轮座部位存在微动损伤和疲劳裂纹,疲劳裂纹对轮座的疲劳强度影响非常大,裂纹一旦萌生并扩展,将可能导致车轴的断裂,严重影响行车的安全。本文以RD2型车轴与整体辗钢轮组装而成的货车轮对为研究对象,介绍了目前国内外轮对压装的基本方法与压装参数的选择；对车轴进行了受力分析,计算了RD2车轴的弯曲应力,并对车轴轮座部位进行了强度计算；结合受力分析和微动理论对轮轴配合面损伤机理进行了分析和研究。首先,介绍了轮对压装的工艺流程,将国内外对轮对压装的过盈量和压装力要求进行了汇总和比较,并从过盈量、压装力、形状公差、表面粗糙度及轮对装配工艺几个方面讨论了压装参数对轮轴配合面损伤的影响。其次,对车轴进行了受力分析,计算了RD2型车轴的弯曲应力,对RD2型车轴轮座进行了强度计算,并将中国铁路标准TB／T2705-1996的计算结果和日本标准JIS E4501-1995的计算结果进行比较。结果表明,用JIS E4501-1995中的计算方法,RD2原型车轴轮座可以满足强度要求,但是厂修后的车轴轮座部位不能满足强度要求。最后,从车辆段现场取回实物车轴,采用原位剖切的方法将车轴与轮毂配合分离直观的观察了轮座表面损伤的基体特征,结合对配合面的力学分析和显微观测表明：在复杂的载荷作用下,RD2型车轴轮座／车轮轮毂接触边缘发生复合微动；配合面的二个接触边缘存在一个宽度约20mm环状磨损区域并伴有微裂纹的形成,符合微动疲劳磨损机制。本章最后简单的评述和比较了现有的车轴抗微动损伤的措施,并进一步提出了自己的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 微动的基本概念
• 1.2 磨损的主要类型
• 1.2.1 粘着磨损
• 1.2.2 磨粒磨损
• 1.2.3 疲劳磨损
• 1.2.4 腐蚀磨损
• 1.2.5 微动磨损
• 1.3 铁路轮轴过盈配合面损伤概述
• 1.3.1 铁路车轴的断裂
• 1.3.2 轮轴配合面微动损伤
• 1.4 影响轮轴配合面微动损伤的因素
• 1.5 课题的研究现状
• 1.5.1 国内外轮轴微动损伤的研究现状
• 1.5.2 国内外微动损伤的防护研究
• 1.6 研究意义及内容
• 第2章 轮对组装对轮轴配合面损伤的影响
• 2.1 轮对组装过程介绍
• 2.1.1 轮对组装方法
• 2.1.2 轮对组装工序
• 2.1.3 轮对压装装配工艺
• 2.2 国内外组装工艺对比
• 2.2.1 轮对组装的过盈量要求
• 2.2.2 轮对组装的最终压装力要求
• 2.2.3 轮对组装的压装曲线
• 2型车轴的过盈量和压装力对比'>2.2.4 RD₂型车轴的过盈量和压装力对比
• 2.3 压装参数对轮座损伤的影响
• 2.3.1 过盈量和压装力的影响
• 2.3.2 表面粗糙度的影响
• 2.3.3 形状公差的影响
• 2.3.4 装配工艺的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 轮轴配合力学分析
• 3.1 车轴强度计算方法简述
• 3.2 车轴载荷
• 3.2.1 垂直载荷
• 3.2.2 扭转载荷
• 3.2.3 横向载荷
• 3.3 车轴轮座强度计算
• 3.3.1 轮对尺寸及受力分析
• 3.3.2 车轴轮座弯矩及应力计算
• 2型车轴应力计算与分析'>3.4 RD₂型车轴应力计算与分析
• 2型车轴轮座弯矩及应力计算'>3.4.1 RD₂型车轴轮座弯矩及应力计算
• 3.4.2 计算结果分析与建议
• 3.5 轮轴配合间的接触压力
• 3.6 本章小结
• 2型车轴轮座微动损伤分析及对策'>第4章 RD₂型车轴轮座微动损伤分析及对策
• 2车轴轮座微动损伤显微特性分析'>4.1 RD₂车轴轮座微动损伤显微特性分析
• 4.1.1 实验材料与方法
• 4.1.2 损伤观测与分析
• 4.1.3 观测结果与分析
• 4.2 车轴轮座微动损伤的影响因素
• 4.2.1 车轴载荷对轮座微动损伤的影响
• 4.2.2 弯曲应力对轮座损伤的影响
• 4.2.3 接触压力对轮座损伤的影响
• 4.2.4 弯曲应力与接触压力的关系讨论
• 4.2.5 微滑幅度对轮座损伤的影响
• 4.3 抗车轴轮座微动损伤的措施和效果评述
• 4.3.1 表面改性设计
• 4.3.2 车轮与轮座的突悬装配设计
• 4.3.3 材料的选用和匹配
• 4.3.4 检修
• 4.4 本章小结
• 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目