轮毂突悬量对轮轴过盈配合结构微动疲劳强度的影响研究

基于ABAQUS建立轮轴过盈配合结构有限元模型,分析摩擦剪切应力、滑移幅值、配合面张开区宽度和过渡圆弧最大主应力等参数随轮毂突悬量的变化,进而研究突悬量对轮轴过盈配合结构疲劳强度的影响规律。结果表明:轮轴配合面的摩擦剪切应力随突悬量的增加而增大,过盈配合部位接触边缘的滑移幅值随突悬量的增加而减小。随着突悬量的变化,过盈配合部位张开区宽度的变化趋势与微动疲劳强度的变化趋势呈负相关,即突悬量增加,则张开区宽度减小,微动疲劳强度增加;当突悬量超过某一个临界值,张开区宽度和微动疲劳强度均趋于稳定。过渡圆弧的最大主应力随突悬量的增加而增加,这增加了轴身发生疲劳失效的风险,并可能导致车轴疲劳失效位置由过盈配合部位转移至轴身。因此,随着突悬量的变化,过盈配合部位微动疲劳强度和轴身疲劳强度存在竞争关系,选取一个合理的突悬量对延长车轴的使用寿命具有重要意义。

疲劳载荷周次对铁路车轴微动损伤的影响

对比例车轴进行了微动疲劳试验,试验后对车轴轮座微动损伤进行了观察,并测量了车轴和车轮的微动磨损轮廓。此后,在考虑微动磨损的情况下,仿真研究了疲劳载荷周次对铁路车轴微动疲劳的影响。研究发现:车轴微动损伤区宽度几乎不受疲劳载荷周次的影响,而轮座边缘微动损伤随载荷周次增加而增加。低载荷周次和高载荷周次时,车轴微动区氧化物分别以黑色和红褐色为主。车轴、车轮的磨损宽度和深度随载荷周次增加而增加,这使得车轴轮座真实应力增加,最终导致车轴在较低的应力水平下萌生微动裂纹。车轴微动疲劳强度随载荷周次增加而降低,采用10^(7)周次疲劳试验获得的微动疲劳强度指导车轴设计偏于危险。