摘 要

机车轮对轴承作为高速列车运行过程中重要的支承部件，其自身的性能、寿命、可靠性以及精度等方面对火车的安全运行起着十分重要的作用。虽然我国的高铁发展形势十分迅猛，但由于起步晚，关键零部件未完全实现国产化，使得我国在轮对轴承的数据研究和积累方面落后于西方国家。

本文在我国现有的轴承研究基础上，结合实际生产生活，针对性提出了轴承实验台的构想。通过搭建试验台，可以针对机车轮对轴承在进行承载的情况下的数据分析，模拟火车运行时轴承的受力，实现极限工作下的工况，对高铁轴承作出性能评估，计算其寿命和各项数据。主要研究内容如下：

（1）根据试验台要求实现的功能，确定试验台的总体设计方案；

（2）完成试验台的结构设计，画出各个零件的二维图与总装配图；

（3）根据参数计算选择合适的驱动电机；

（4）进行三维建模，实现零件的装配，并对试验台零件和整体进行有限元分析。

关键词：轮对轴承；试验台；结构设计；有限元分析

Abstract

The bearing wheel as important supporting elements of high-speed train running process, its performance, life, reliability and precision for safe operation of train plays a very important role. Although the high-speed rail development situation in China is very rapid, but because of the late start, the key components to achieve localization is not complete, so our country in the wheel bearing research and data accumulation lags behind western countries.

This paper in China Bearing Based on existing research, combined with the actual production and life, to put forward the idea of bearing test. Through the experiment, can be analyzed according to the data of the bearing in the locomotive wheelset bearing the train operation simulation of bearing force, to achieve specific conditions, make the performance evaluation of high iron bearing life and the calculation of the data. The main contents are as follows:

（1）According to the test requirements to achieve the functions, determine the overall design scheme of the test stand;

（2）Complete the structure design of the test bench, and draw the total assembly drawing parts of the map;

（3）According to the calculation, the proper choice of the driving motor;

（4）Three dimensional modeling is used to realize the assembly of the parts, and the finite element analysis of the parts and the whole part of the test table is carried out

Key Words：Wheelset bearing; test-bed; structure design; finite element analysis 目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2 国内外现状 2

第2章 机车轮对轴承试验台总体设计方案

2.1 设计要求 4

2.2 设计方案 4

2.3 本章小结 5

第3章 机车轮对轴承试验台机械结构设计 6

3.1 轴承的选型 6

3.2 轴的设计 7

3.3 试验台底座的设计 8

3.4 轴承端盖的设计 10

3.5 同步带轮的设计选型 11

3.6 其余部件的设计选型 13

3.6 本章小结 14

第4章 关键零部件的有限元分析 15

4.1 轴的有限元分析 15

4.2 下底座的有限元分析 17

4.3 轴承的有限元分析 19

4.4 本章小结 20

结论与展望 21

致谢 22

参考文献 23

第1章 绪论

1.1 背景及意义

1.1.1 课题研究背景

随着改革开放的稳步推进，我国的基础交通建设日益完善，铁路作为国民交通运输行业的动脉，关乎的国民生产生活，也一直是国家的建设的重点之一。高铁的建设一方面可以使旅行更加方便快捷，另一方面也有利于实现可持续发展，促进节能减排。《中长期铁路网规划》于2004年1月确定我国铁路网的建设规模需要进行扩大,提高服务质量,升级产业结构,提升制造装备水平。目的在2020年左右,全国的铁路建设规模达到十万公里的里程数,并且提升客货分线、复线率和电化率水平，满足国民经济和社会发展的需求,而在关键技术制造装备上，达到或接近国际先进水平。^[1]2007年《综合交通网中长期发展规划》中作出了进一步规划，计划我国铁路网建设规模在2020年应达到十二万公里,在复线率以及电气化率的水平上达到50%和60%。^[2]我国的和谐号动车组于2007年竣工，这列国产动车组首列时速达到300KM，这标志着我国铁路客运在高铁的一些设计制造装备方面，达到了世界先进行列，这也开启了中国铁路大提速时代。并且在2014年，我国已成为世界上高速铁路投产运营里程数最长、在建高铁规模最大的国家，总营业里程数超过1.6万公里。^[3]

1.1.2 课题研究目及意义

随着高铁的建设，我国已逐渐掌握其设计制造技术，但作为火车支承部件的轴箱轴承，内部的零部件还未完全实现国产化，^[4]这是因为我国高速铁路的建设起步较晚，缺乏对机车轮对轴承实验数据的积累，所以无法提供理论上的依据，生产出的零部件缺乏随火车实际运行的数据变化参数，^[5]使得高铁轴承的安全性和稳定性不如人意，无法在生产生活中满足高铁轴承的正常使用。

为了能避免这种情况，打破外国在关键技术上的垄断，实现高速铁路列车轴向轴承的国产化，需要搭建一个轮对轴承试验台，可以针对轮对轴承在承载运行的条件下进行考核，并且能模拟试验台能够模拟轴承工作的工况，并对高铁轴承在一定条件下运行的性能与寿命进行检测，^[6]也可通过试验可以检测发现被测的轴承存在的某些缺陷，并找出产生问题的原因，使我们能够提出有效的改进措施。这对于机车轮对轴承的检修具有较大工程价值，也对保证铁路机车人员与乘客安全具有重要意义。