高速列车轴箱轴承典型故障模拟与实验研究

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文高速列车轴箱轴承典型故障模拟与实验研究SimulationandExperimentalResearchonTypicalFaultofAxleBoxBearingofHighSpeedLocomotive培养单位：机械工程学院专业领域：机械工程学生姓名：李长健校内导师：刘永强副教授校外导师：耿祥建教授级高工二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保

3、密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要轴箱轴承是高速列车转向架的重要部件之一，其工作状态的好坏直接影响着列车的行车安全。目前的研究大多聚焦于依靠外部测量物理量开展的状态识别和故障诊断方法，缺少针对轴承内部部件间动力学行为的研究。本文采用动力学仿真和台架实验相结合的方法，开展故障状态下高速列车轴箱轴承的非线性动力学行为分析，探索缺陷尺寸和运动状态对系统动力学性能的影响。主要研究内容包括：(1)采用多体动力学软件ADAMS建立了正常和含内圈剥离故障的高速列车轴箱轴承三维动力学模型。该模型为双列

4、圆锥滚子轴承，将隔圈、内外圈、保持架考虑为柔性体，根据真实运行状态施加了部件间的接触、驱动、约束和载荷。对比实验和仿真结果，验证了模型的有效性。(2)将剥离缺陷尺寸进行细化，建立了不同故障程度的轴承模型并进行仿真，运用递归定量分析方法对轴承振动信号进行分析，可以发现：轴承随着内圈缺陷尺寸的增大，递归性越来越好，因故障造成的间歇性振动越来越明显，这表明随着故障程度的增大轴承各部件动力学行为是有一定规律可循的。(3)分析了剥离缺陷尺寸对轴承内外圈、滚子、保持架的形变，质心波动及滚道接触力等参数的影响；分析了动力学响应特征

5、值随损伤尺寸的变化规律。根据仿真结果发现：随着故障程度的增大，内外圈各动态特征参数先增大后减小；保持架各特征参数经明显减小后逐渐增大且整体运动越来越不稳定，即损伤有由内外圈向保持架发展的趋势。导致这一现象的主要原因在于：当缺陷尺寸较小时，滚子与缺陷接触期间纵向波动较大，与内外圈滚道不规律碰撞逐渐增多。随着缺陷尺寸增大，滚子卡入缺陷内部产生缓冲，与内外圈滚道碰撞减少；而在保持架推动卡入缺陷的滚子运动时，保持架的横向压力相应增大。关键词：高速列车；轴箱轴承；刚柔耦合模型；动力学仿真；损伤趋势AbstractAxlebox

6、bearingisoneoftheimportantpartsofthehighspeedlocomotivebogie,whichhealthconditiondirectlyaffectsthesafetyofthelocomotivedirectly.Mostoftheresearchesonrollerbearingsareaboutconditionmonitoringandfaultdiagnosismethodsbasedontheexternalmeasurementofphysicalsignals

7、,andtherearefewresearchesabouttheonthedynamicbehaviorbetweenthebearingparts.Inthispaper,nonlineardynamicbehavioranalysisofaxleboxbearingswithfaultsinhighspeedlocomotiveiscarriedoutandinfluenceoffaultsizeandmotionconditiononsystemdynamicperformanceisresearched,w

8、hichresultsareallcomparedanddiscussedwithexperimentdata.Themainresearchcontentsinclude:(1)Athree-dimensionaldynamicaxleboxbearingnormalmodelandseveralfaultmodelswithinnerrin