新型空心车轴轮对过盈配合微动疲劳特性分析.pdf

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1、机械设计与制造第7期116MachineryDesign&Manufacture2014年7月新型空心车轴轮对过盈配合微动疲劳特性分析平学成，赵辽翔(华东交通大学机电工程学院，江西南昌330013)摘要：铁道机车车辆在运行过程中，机车轮对过盈配合，但是接触边缘由于微动会产生微动损伤。微动幅值和界面应力是影响轮对过盈配合面微动特性的重要因素。利用通用有限元软件ABAQUS对动车组轮对过盈配合面在3lkN轴重载荷作用下的微动情况进行了模拟分析。通过计算，获得轮对过盈配合面内、外侧区域的轮座与轮毂的接触副的应力分布和相对滑

2、动规律，并通过能量密度法计算接触面的损伤因子，判断轮对接触面的损伤情况。结果表明，能量密度法可以预测该结构的微动疲劳特性。关键词：新型空心车轴；机车轮对；过盈配合；微动中图分类号：TH16；TH117文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)07—0116-04FrettingFatigueCharacteristicsofInterferenceFitJointsOfWheeIandShaftinaLocomotivePINGXue—cheng，ZHAOLiao—xiang(SchoolofMechan

3、icalandElectronicEngineering，EastChinaJiaotongUniversity，JiangxiNanchang330013，China)Abstract：Whenalocomotiveisrunning，dthoughthewheelsetisinintedefencefit，frettingfatiguewillhappenincontactedgearec1．Amplitndeoffrettingandinterracialstressesareimportantfactorst

4、hatimpactlocallife．AnalysisofcontactfrettingofwheelsetofaCRHunder3lkNaxialloadhasbeendonebyABAQUS．Therelativeslidingmodeandstressdistributionofacontactpairontheintedereneefittingsurfacesbetweenthewheelseatandwheelhubarecalculated，anddamagefactoriscalculatedbyen

5、ergydensitymethodtoestimatethedamageofcontactsu~Cace．TheresultsshowthattheenergydensitymethodCanbeusedtopredictthefatiguecharacteristicofthepresentproblem．KeyWords：NewTypeHolowAxle；LocomotiveWheelSet；InterferenceFit；Fretting但是轮对过盈配合面微动区中部的相对滑移幅值却难以用1引言仪器来测量。因此，

6、利用有限元软件ABAQUS对轮座与轮毂过盈微动是两个接触面之间发生极小幅度(通常为微米量级)的配合面上内、外侧微动区内节点副的相对位移和节点应力进行计相对运动【l1。在机车车辆的运行过程中，车轴受到交变载荷的作算，得到了节点副的相对滑移幅值和节点应力变化规律，分析接用，由于轮座与轮毂之间的刚性不同，轮对过盈配合面存在不同触面的磨损情况，并根据多轴疲劳理论计算了接触面的损伤因程度的较微小的相互滑动，即微动。子，判断疲劳裂纹萌生的位置。文献日为了观察轮轴边缘的微动损伤情况，并避免退轮给轮座带来的二次损伤，采用了原位剖切的

7、方法，将一个使用了20年2计算模型且未经过退轮维修的轮对轴向剖开，观察到轮座与轮毂配合面的2．1实体模型边缘约20mm的区域为微动区，其表面分布有许多磨坑，堆积了大研究的动车组车轴材料为LZ50钢，车轮材料为CL60钢。车量的磨屑及油垢，同时还观察到了早期疲劳裂纹。由此可见，微动使轴与轮毂过盈配合面的直径为201mm，轴毂的实际有效接触长轮对过盈配合表面产生磨损、腐蚀和初始疲劳裂纹日，随着机车车辆度为155ram，装配参数为车轮内侧距离1353mm。动车组轮对图，的运行，初始疲劳裂纹会发生扩展，最终导致车轴的断裂。如

8、图1所示。根据轮对图中所给出的尺寸可以在有限元软件中画机车轮对的微动现象非常复杂，它受轮对过盈配合表面间出其轮对的整体模型。在不受外载荷的作用时，两个配合接触面的相对滑移幅值、接触应力、外载荷、几何形状、摩擦因数等诸多的应力是沿其环向均匀分布的，因此配合应力的分析可简化为轴因素I51的影响，而在这些因素中，滑移幅值是影响微动运动特性的对称问题，