高速铁路轴箱轴承载荷分布分析

颜家森，朱龙泉，赵三星，宋世勇，王凤才，，3

(1.武汉科技大学 机械自动化学院，武汉 430081；2.瓦房店轴承集团有限责任公司 国家大型轴承工程技术研究中心，大连 116300；3.西安交通大学，西安 710049)

伴随着高速铁路的快速发展，对高速铁路列车的性能要求愈来愈高。轴箱轴承作为高速铁路列车最重要、最关键的核心部件，其关键技术的研究有着重大的意义[1-2]。目前，高速铁路列车轴箱轴承多为双列圆锥滚子轴承。这种双列圆锥滚子轴承的工况与技术要求较一般同类型轴承有着明显的不同，它不仅需要承受较大的径向载荷，还要承受一定的轴向载荷;更重要的是能够运行在较高的速度水平上，并有较高的可靠性，避免任何因素导致的失效[3]。文中基于高速铁路轴箱用双列圆锥滚子轴承的实际工况，建立拟动力学模型，分析工作状态下轴承的载荷分布及外部载荷和列车运行速度等对轴承载荷分布的影响。

1 轴承的力学模型

双列圆锥滚子轴承的具体参数见表1，轴承中滚子素线为对数曲线。

表1 轴承的几何参数

轴承中的滚子处在承载区时，滚子推动保持架旋转；滚子处在非承载区时，保持架推动滚子旋转，运动情况较复杂。这里的分析暂不考虑保持架的影响，单个滚子与套圈的运动学关系如图1所示。

图1 滚子与内、外圈的运动关系图

在轴承旋转过程中，外圈与车箱箱体配合，外圈的绝对转速可设置为零，而内圈与传动轴转速相同。设列车运行速度为v0，车轮直径为Dr，轴的转速为n0，φj为滚子的方位角，根据滚子内部运动关系有