轴承随机滚动接触疲劳强度理论研究

基于球滚子、有/无凸度圆柱滚子和有/无凸度圆锥滚子5种滚子与滚道配合试样的模拟轴承环境试验观察，发展修正的弹塑性滚动接触疲劳损伤理论；该理论克服了现有Hertz弹性接触理论的误区,引入了"正压力+摩擦力"藕合组成的损伤驱动力，考虑了非接触部位结构形貌对滚动接触疲劳损伤的影响。基于该理论，结合高速列车轴颈轴承的随机服役载荷条件，进一步考虑制造与润滑的随机性，发展了轴承的三维立体随机滚动接触疲劳分析及优化设计方法；该方法克服了现有轴承"接触应力+寿命"式名义设计理念的缺陷，引入随机性,形成了由随机接触部位的"正压力+摩擦力"大小及频次决定的损伤分析与设计理念，从而为轴承结构形貌的优化匹配设计，提供了理论依据与方法。

根据轨道车辆的物理力学原理，建立了轨道车辆轮对为特征的轴颈轴承牛顿惯性力学体系：把轨道车辆(轮对)的随机运动与轴承各部件的随机运动有机联系在一起，进而建立起各部件一体的牛顿惯性力学关系；进而建立了包含轴承在内的轮对集成有限元分析模型。为科学分析评价轨道车辆轴承的设计与服役可靠性奠定了基础。.完成了滚子-圆盘纯滚动接触疲劳接触寿命试验，分别建立滚动接触疲劳应力-寿命曲线的2参数和3参数Weibull模型，较现有McCool JI的Weibull模型具有显著进步。为轴承随机疲劳可靠性分析评估奠定了基础。.比较分析了现有标准AAR M 934、EN 12082、EN 13979-1、EN13103/EN13104及JIS E 4501应用于考核轮对及轴承部件疲劳可靠性的载荷条件的合理性，通过某35.7t轴重铁路货车轴颈轴承的分析实例，说明了轴向载荷对轴承概率寿命的评估结果很敏感，不考虑或微弱考虑轴向载荷以及以特定工况来考核轮对部件的标准载荷条件，不适宜应用于轴承设计评估；标准JIS E 4501比较适宜货车轴颈轴承与机车轴箱轴承，标准EN 13103/EN13104比较适宜客车与动车组轴箱轴承，标准EN 12082有利于在短时间严格考核轴承。考虑轨道车辆轴颈轴承服役往往存在车辆偏载，基于偏载恶化车辆服役动力学性能，增加零部件服役载荷，降低动力部件服役寿命的科学思路，在仿真分析轮对动力学响应的基础上，建立了考虑偏载在内的铁路轴颈轴承可靠性评价方法。通过某35.7t轴重铁路货车轴颈轴承的偏载效应分析，揭示了偏载引起轴承谱当量载荷非线性增长、概率寿命呈非线性下降，要控制寿命下降率低于30%，服役管理的临界横向偏载程度小于15mm，临界纵向偏载程度小于30mm。为合理设计铁路轴颈轴承和进行服役安全管理提供了科学依据。.