對于鐵路貨車來說，軸承偏載是個非常嚴重的問題，如果發(fā)現(xiàn)不及時很有可能會造成軸承直接損壞后不能恢復癥狀，也就是軸承無法在進行使用。下面中華軸承網(wǎng)作為一站式服務行業(yè)綜合性平臺，為大家分享出有關(guān)軸承承載區(qū)內(nèi)容分析，以及舉例說明鐵路貨車圓錐滾子軸承偏載應力分解，希望對大家有所幫助。

軸承的承載區(qū)

軸承滾動體在不同位置的接觸點處的變形量不同，反映了在各接觸點上的接觸載荷的不同。雖然在彈性范圍內(nèi)，載荷與接觸變形量并不是線性關(guān)系，但是當載荷增大時，接觸變形量也是增大的。

因此，可以判斷，在下圖所示夾角位置，接觸載荷也是處于作用線上的接觸點0°處最大，向兩邊逐漸減小。根據(jù)類似的分析，可以得出其他任一瞬問的載荷分布情況。各滾動體從開始受力到受力終止所經(jīng)過的區(qū)域叫承載區(qū)。

我們知道軸承外圈固定在軸承箱內(nèi)，因此可以定期更換軸承外圈承載區(qū)，達到延長軸承使用壽命的目的。

列舉鐵路貨車圓錐滾子軸承偏載應力分解

以某35.7t軸重鐵路貨車雙列圓錐滾子軸承為例,基于ANSYS建立均勻載荷和偏移載荷下的軸承有限元模型,分析滾子與內(nèi)外圈之間的等效應力,得出偏載應力對軸承接觸應力的影響。結(jié)果表明:均勻載荷條件下,滾子與內(nèi)外圈接觸應力分布均勻;而在偏載條件下會出現(xiàn)應力集中,在一定范圍內(nèi),隨偏載距離的增大,應力集中越來越明顯。

1、載荷分析

圓錐滾子軸承在運轉(zhuǎn)過程中主要受軸向載荷和徑向載荷,以徑向載荷為主,軸向載荷為輔。列車通過彎道或道岔以及載貨分布不均時，軸向載荷增大，滾子與內(nèi)外圈產(chǎn)生接觸偏移,產(chǎn)生偏載效應。軸向載荷越大,偏載效應越嚴重,從而影響軸承的工作特性及壽命。
圓錐滾子軸承受力如圖1所示( F_r為徑向載荷, F_a為軸向載荷)。車體通過承載鞍傳遞給外圈的載荷垂直通過軸承外圈的橫截面中心,直線運行時，軸承主要受徑向力,軸向力較小;當通過彎道或道岔時,軸承同時承受徑向和軸向載荷。

列車輪受力平衡圖如圖2所示，F(xiàn)_v為車輛隨機垂向動載荷; F_H為車輛隨機橫向動載荷;h為車輛載荷中心到軸頸根部距離(h=125 mm);b₁,b₂為軸承載荷中心到車輛載荷中心距離( b₁ = b₂ =978 mm. ),R為車輪半徑; Q_H , Q_v分別為車輪與軌道接觸的約束力。車輛的隨機動載F_v，F(xiàn)_H為

根據(jù)JISE 4501--1995鐵路車輛軸 的強度設(shè)計方法》,垂向動力系數(shù)a_v = 0.002 7υ ,橫向動力系數(shù)a_h=0.040+0.001 2υ，υ=120km/h；EN13103/EN13104規(guī)定的a_v，a_H分別為0.25,0.175；靜載時,a_v=a_H=0。以35.7 t軸重鐵路貨車為例,根據(jù)(1)式得到軸承承受的徑向載荷和軸向載荷見表1。

2、有限元模型

以某35.7t軸重鐵路貨車雙列圓錐滾子軸承為例,其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2,基于ANSYS建立軸承有限元模型,分析滾子與內(nèi)外圈之間的等效接觸應力,從而確定偏載對軸承接觸應力分布的影響。

利用Pro/E進行建模,再導人ANSYS,主要分析靜態(tài)徑向載荷偏載對軸承接觸應力分布的影響,雙列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)對稱，載荷對稱,故僅提取滾子1/2 模型進行分析。單元類型為Sol-id186 ,工作過程中,滾子與內(nèi)外圈設(shè)置為面-面接觸,摩擦因數(shù)設(shè)為0.1,目標單元和接觸單元分別為TARG170 ,CONTA174。外圈采用全約束,軸承中間截面采用對稱約束。根據(jù)載荷位置的不同，載荷分為2種情況:1)施加均勻載荷：2)當載荷偏移時,施加梯形載荷。

3、結(jié)果分析

不偏載情況下圓錐滾子軸承整體應力云圖和滾子應力云圖如圖3所示,載荷向左偏移1 mm時圓錐滾子軸承整體應力云圖和滾子應力云圖如圖4所示。由圖3和圖4可知,圓錐滾子軸承的最大接觸應力在滾子與內(nèi)外圈的接觸區(qū),在同一偏載條件下,各零件所受接觸應力由大到小分別為滾子、內(nèi)圈及外圈。滾子受力為瞬態(tài)力,內(nèi)圈為圓周運動,外圈最大接觸應力位置不變。內(nèi)外圈材料相同，外圈失效率高于內(nèi)圈和滾子。

分別建立載荷向左偏移1,2,3 mm及向右偏移1,2,3mm時的有限元模型并進行分析，得到軸承各零件的最大接觸應力如圖5所示(向左偏移為一,向右偏移為+ )。由圖5可知，隨偏載距離增加，軸承各零件接觸應力增大，滾子邊緣接觸應力增幅最大，外圈接觸應力增幅最小。與均載相比，偏移載荷中心靠近滾子直徑較小-端時(即圖5中左偏載)，接觸應力高于其靠近滾子直徑較大一端時，更容易出現(xiàn)邊緣效應，產(chǎn)生應力集中。當偏載距離過大時，會使軸承的接觸應力超過疲勞應力，對軸承產(chǎn)生破壞。隨偏載距離增大，滾子與內(nèi)外圈應力集中越來越明顯，軸承壽命減小，影響車輛的運行。因此，在列車運行過程中，過彎道時速度應減小，避免承載不均,產(chǎn)生偏載效應。

4、總結(jié)

以某35.7 t軸重鐵路貨車雙列圓錐滾子軸承為例，分析其在不同偏載距離下，滾子、外圈、內(nèi)圈所受的等效應力，在偏移載荷下會產(chǎn)生應力集中，且隨偏載距離增大,應力集中現(xiàn)象越來越明顯。若偏載距離過大，各零件所受接觸應力超過疲勞應力時，會對軸承產(chǎn)生不可修復的破壞。