表面裂纹对铁路货车轴承性能的影响

论文摘要

滚动轴承是轴箱装置的重要组成部分,不但直接承受铁路货车的簧上重量,还要承受钢轨对车轮的横向、纵向冲击,所以轴箱轴承负荷很大,它的性能直接影响到整个铁路货车的运行情况。作用在轴承上的载荷,仅在滚动体与滚道之间形成很小的接触区域,因此,在滚动体和滚道的接触表面上会产生很高的应力。长期处于这种工作状态下,在接触表面极易引起疲劳破坏。由于疲劳或者安装、维护不当等原因使轴承表面产生裂纹时,将会加快轴承的损坏,直接影响轴承的使用寿命。为了研究缺陷对轴承的影响,本文对不含裂纹和含有裂纹的轴承进行计算分析,对结果进行比较。主要做的工作如下：1.首先,对滚动轴承的理论进行研究。主要对滚动轴承的载荷分布、应力、应变计算方法进行理论分析；从断裂力学方面,分析裂纹前端的应力分布,对裂纹扩展进行研究,为有限元计算做铺垫。2.用ANSYS软件建立滚柱轴承模型,计算轴承的应力强度,对滚子的应力、应变情况进行分析。通过与理论计算结果比较发现,随着载荷的增大边缘效应越来越明显。3.在滚子接触表面端部上建立含有1mm、2mm、3mm裂纹的轴承模型,对模型进行强度计算,分析轴承的应力和应力强度因子。4.比较含有裂纹和不含裂纹轴承的应力大小,发现,裂纹的存在使轴承中的应力更加集中；对应力强度因子进行分析,结果表明裂纹都有向深层扩展的趋势；随着裂纹长度的增长,裂纹最深处的应力强度因子增大5.最后计算临界裂尺寸,结果显示当轴承中存在裂纹时,随着载荷的增大裂纹的临界尺寸迅速减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义与方法
• 1.1.1 研究意义
• 1.1.2 研究方法
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 我国轴承行业的发展
• 1.2.2 轴承研究进展
• 本章小结
• 第2章 滚动轴承的理论基础
• 2.1 滚动轴承的结构特征
• 2.1.1 滚动轴承的结构
• 2.1.2 滚动轴承的主要性能
• 2.1.3 轴箱轴承的特点
• 2.2 滚动轴承的接触理论
• 2.2.1 弹性接触的Hertz假设
• 2.2.2 接触类型
• 2.2.3 滚动轴承中的应力应变计算
• 2.3 滚动轴承的载荷分布
• 2.4 滚动轴承中的运动关系
• 2.4.1 轴承中转速之间的关系
• 2.4.2 滚动接触次数
• 2.4.3 应力循环次数
• 本章小结
• 第3章 轴承的疲劳特点
• 3.1 轴承破坏形式
• 3.2 轴承疲劳寿命计算
• 3.3 影响轴承疲劳寿命的因素
• 3.3.1 材料和加工工艺对疲劳寿命的影响
• 3.3.2 润滑状态对疲劳寿命有重要影响
• 3.3.3 影响轴承疲劳寿命的其他因素
• 3.4 疲劳寿命与应力的关系
• 本章小结
• 第4章 轴承疲劳断裂理论
• 4.1 裂纹特点和分类
• 4.2 裂纹尖端应力场分析
• 4.3 疲劳破坏的过程
• 4.3.1 疲劳裂纹的形成
• 4.3.2 疲劳裂纹扩展
• 4.4 轴承疲劳裂纹扩展速率
• 4.4.1 da/dN-AK曲线
• 4.4.2 影响疲劳裂纹扩展速率的因素
• 本章小结
• 第5章 轴承的接触应力计算
• 5.1 ANSYS接触分析
• 5.1.1 ANSYS接触分析能力
• 5.1.2 ANSYS接触分析步骤
• 5.2 轴承有限元模型的建立
• 5.3 结果分析
• 本章小结
• 第6章 含裂纹轴承的有限元计算分析
• 6.1 应力强度因子的计算
• 6.1.1 表面裂纹应力强度因子K的推导
• 6.1.2 裂纹的断裂判据
• 6.2 含裂纹轴承有限元模型建立
• 6.2.1 裂纹前沿单元
• 6.2.2 裂纹模型建立
• 6.3 含裂纹轴承力学分析
• 本章小结
• 结论
• 总结
• 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及参加的科研项目
• 发表论文
• 参加导师主持的科研项目