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原文传递高速列车轴箱偏斜滚子轴承热混合润滑分析

论文题名：	高速列车轴箱偏斜滚子轴承热混合润滑分析
关键词：	高速列车;圆柱滚子轴承;偏斜效应;热混合润滑;拟静力学模型
摘要：	在高速列车迅猛发展的今天，其安全性问题引起了关注。作为高速列车走行部的关键零部件，轴箱轴承性能的好坏直接影响到列车能否安全和平稳地运行。在高速列车轴箱轴承中最常见的是圆柱滚子轴承，其在列车运行的过程中，会时常处于混合润滑状态，并因安装误差等因素承受一定的力矩载荷，使滚子产生偏斜，这些都会造成轴承的润滑磨损失效。　　本文以轴箱圆柱滚子轴承为研究对象，将轴承滚子偏斜时的整体力学特性和轴承润滑模型相结合，从理论和试验两方面研究了考虑偏斜效应的圆柱滚子轴承润滑问题，为列车轴箱轴承的改善提供理论基础。主要的研究内容包括4部分:建立了考虑偏斜效应的圆柱滚子轴承拟静力学模型;在拟静力学模型的基础上，分析了偏斜滚子轴承等温弹流润滑性能;讨论了偏斜滚子轴承热混合润滑性能;试验研究了偏斜滚子副在不同工况下的润滑性能。　　首先，构建了考虑偏斜效应的圆柱滚子轴承拟静力学模型，研究了轴承在力矩载荷作用下的力学特性，并对保持架打滑率进行了部分的研究。结果表明:径向载荷、力矩载荷、滚子数量和长度均影响轴承的力学性能。其中，力矩载荷越大，滚子偏斜角越大;当滚子偏斜时，适当地减小滚子数量和长度、用陶瓷(Si3N4)材质做滚子和套圈，偏斜滚子轴承的打滑率明显下降。　　其次，基于轴承拟静力学模型，将它与有限长线接触等温弹流润滑模型相耦合，研究了力学特性对轴承等温弹流润滑性能的影响。结果表明:力矩载荷作用后，油膜压力和厚度呈现非对称现象;力矩载荷越大，油膜压力和膜厚的偏斜程度越明显，易导致轴承润滑性能恶化;径向载荷和内圈转速越大，油膜压力偏斜程度越小;滚子长度的减小和滚子数量的增加，均可以减小油膜压力，有利于改善轴承的润滑性能。　　再次，基于平均流量模型分析混合润滑问题，在滚子全域上建立非牛顿有限长线接触热混合润滑模型，并与轴承拟静力学模型耦合，研究了工况参数、结构参数对轴承热混合润滑性能的影响。结果表明:力矩载荷作用后，中层油膜温度呈现不对称性，承载端温度升高，非承载端温度降低;径向载荷越大，承载端一直处于混合润滑状态，滚子两端油膜温度逐渐增大;内圈转速越大，滚子两端均向全膜润滑状态改变，平均摩擦系数和载荷比减小;力矩载荷越大,滚子承载端油膜厚度减小，油膜温度升高，处于混合润滑状态，非承载端油膜厚度增大，温度降低，且向全膜润滑状态改变;滚子数量的增加、滚子长度的减小，均可以降低滚子两端的油膜温度，有利于改善轴承的润滑状态。　　最后，在流变仪EC-Twist 502上测量PAO10、PAO4及PAG三种润滑油的粘度，在滚子副光干涉油膜测量试验台，研究了不同偏斜角度、卷吸速度、载荷及润滑油粘度下的油膜厚度分布情况，并进行了相应的分析，验证理论结果。结果表明:滚子处于偏斜状态下，Hertz接触区内的油膜形状会出现一端大，一端小的现象，1号和2号位置一直处于混合润滑状态;卷吸速度越大，整体膜厚越大，2号位置的润滑状态由混合润滑向全膜润滑状态改变;载荷对接触区油膜形状的变化影响较为明显，但对厚度的影响较小。润滑油粘度的增加能够减小滚子的偏斜效应。
作者：	何文卓
专业：	交通运输
导师：	刘晓玲;仇志国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023