设备与机具铁道车辆第52卷第2期2014年2月文章编号：1002-7602(2014]02-002904铁路轴承综合性能试验台机械结构设计与仿真邢晓东'，李韶凡2，马飞1，常洪2(1.青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛266031：2.洛阳LY℃轴承有限公司，河南洛阳471039)摘要：针对铁路袖承试验的需要设计了轴承综合性能试验台，并使用ADAMS软件对该试验台机嫩结构进行了仿真分析，验证了试验台方案的可行性，可为试险台的设计计算和设计优化等提供依据。中图分类号：U270.331+.2文献标志码：B随着铁路运输速度和载重量的提高，铁道车辆各表1轴承综合性能试验台主要性能参数个零部件的性能和质量要求也在不断提高，无论是车参数高速轻载时低速重载时辆零部件的开发还是质量检测，所需要的试验设备性30001200能都必须进行相应的提升。设计铁路轴承综合性能试轴向单套最大试验载荷/kN4080验台是为了适应铁路发展的需要。该试验台能够对高径向单套最大试验载荷/kN100200速和重载车辆轴承进行性能试验，为轴承的试验研究提供必要的数据和支撑。架、主轴组成、径向加载装置、轴向加载装置、径向加载1试验台概述调节装置、电机驱动系统、被试轴承组成以及辅助工装等。试验台的机械结构示意图如图1所示。试验台采铁路轴承综合性能试验台由机械系统、液压伺服用液压伺服加载系统提供径向及轴向加载载荷，整个系统、电气系统、测控系统、润滑系统、监控系统及必要系统由伺服控制器、伺服油缸、伺服阀、传感器和液压的辅助设备等组成，能够模拟实际使用情况进行不同油源组成。工况条件下轴承的急加减速试验及耐久性试验，能够进行轨道谱载荷试验，能够在试验过程中记录轴箱体轴向加载装置温度和振动等多个重要参数，以分析轴承的摩擦磨损性能、抗疲劳性能以及润滑油脂特性。试验台主要性被试轴承组成能参数见表1。2结构设计驱动电机及测节装置铁路轴承综合性能试验台机械结构主要包括构构架收稿日期：2013-0913基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)(2009AA044902)作者简介：邢晓东(1976)，男，高级工程师。图】试验台机械结构示意图稳、安全、可靠。5结论参考文献：在经过上述的一系列变位组合工况分析与联轴节的变位计算比较之后，得出最大偏心量值作为选择联轴节变位能力的条件。工况组合讨论和计算的准确，2004.决定了联轴节选用的正确与否。以上工况组合条件和几何模型的建立与计算，对联轴节变位能力的正确选择具有一定指导意义，可从设计上保证驱动传动的平(编辑：田玉坤)铁道车辆第52卷第2期2014年2月2.1构架直线轴承及安装座力传感器构架由各种型材焊接而成，是其他所有部件的安连杆被试轴箱装载体，上部安装有主轴、被试轴承和轴向加载装置。构架的底部和基础连接。2.2主轴组成主轴组成（图2）包括主轴、支撑轴承座及各种挡圈等，用于模拟车轴，两端安装被试轴承。根据被试轴承的负载特性，高速轻载轴承试验时图4轴向加载装置使用FAG的LSL系列圆柱滚子轴承作为支撑轴承，低速重载轴承试验时使用FAG的NU系列和NJ系径向加载装置（图5）位于两被试轴箱的下方，用列圆柱滚子轴承相配合作为支撑轴承。支撑轴承采用于被试轴承的径向载荷施加，由力传感器、加载梁、伺循环油润滑并配有冷却喷嘴，在支撑轴承座的中下部服油缸等组成。径向加载装置采用Y形结构，与被试设置轴承浸油高度的测量和调节装置，以满足主轴高轴承座连接处使用了2个高灵敏度载荷传感器，通过转速的润滑和冷却要求。支撑轴承座（图3）采用剖分传感器的测试可以了解轴承在整个运行过程中扭矩的式结构，以方便主轴的拆装。变化情况。被试轴承安装位支撑轴承座主轴被试轴箱连杆100kN拉压力传感器何服油缸加载载荷支反力支反力加载载荷径向加载测节装置图2主轴组成图5径向加载装置冷却喷嘴轴向和径向载荷加载时，加载装置与构架、主轴组成等形成封闭结构，使得轴向和径向作用力成为内力，密封条可以减少其他因素对被试轴承加载精度的影响，同时能够改善受力环境。冷却油出口3机械结构仿真分析3.1模型的建立图3支撑轴承座结构示意图试验台使用ADAMS软件进行仿真计算。在SolidWorks模型的基础上，对轴承、轴向导向等结构2.3轴向、径向加载装置进行简化，并将其导人ADAMS软件中。根据工况给轴向加载装置（图4）由加载梁、伺服油缸、连杆等每一个零部件添加质量、约束等属性。如：对构架、支撑轴承座等零部件添加固定副：对伺服油缸两端添加组成，可以同时为2套被试轴承施加轴向载荷。2个球副。试验台简化后的模型和所添加的约束副如图6加载梁可以分别向外侧转出，以方便被试轴承/轴箱的所示。拆装。铁路轴承综合性能试验台机械结构设计与仿真邢晓东，李韶凡，马飞，常洪STEP(sin(2×pi×2×time),-0.2,-16000,0.2,16000)定义，表示轴向载荷为±16kN的梯形波交变载荷（为减少仿真运算时间，将轴向载荷周期设定为0.5s)。所添加的径向、轴向载荷如图8所示。17.5-25-172.55.00.0255.0时间图8径向、轴向载荷曲线图6试验台模型简化和组件约束轴向加载机构由四连杆机构组成，连杆之间使用3.2作用力和驱动力的添加销连接，根据实际情况，销轴和销孔之间存在间隙，可仿真计算作用力和驱动力的添加重点考虑了主轴能会对加载载荷造成一定影响，因此模型中将各个销的加减速、V带的张紧力、被试轴承恒定的径向力、被连接的间隙集中在连杆机构和轴箱连接处，并使用接试轴承周期性的轴向力以及试验台各部件之间的间隙触力来定义轴向加载连杆与轴承轴箱连接处的销连等因素。接，如图9所示。试验台主轴由电机通过V带驱动，仿真计算时在主轴的带轮处添加旋转驱动。旋转驱动的转速使用函数STEP(time,0,0,1,2.6376)定义，表示主轴转速在2min内由0加速到3000r/min。在与主轴旋转的相反方向添加各个轴承的摩擦力矩，摩擦力矩根据轴承所承受的轴向载荷和径向载荷计算。同时在电机位置与主轴之间增加V带张紧力，张紧力根据设计计算数值添加。图7给出了主轴驱动和轴承摩擦力矩的定义。图9销连接接触力定义3.3试验台机械结构仿真和分析对试验台模型定义完成后进行仿真分析，为了使仿真细节能够更加明显，在模型定义时将销孔的间隙设置为半径0.2mm。轴向定义载荷、销轴实际载荷、被试轴承实际载荷及径向加载载荷的仿真结果如图10和图11所示。图7主轴驱动和轴承摩擦力矩定义在伺服油缸上添加被试轴承加载载荷。根据EN12082一2007《铁路应用轴箱性能试验》和TB/T03017一2001《机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上-10的耐久试验方法》，被试轴承的径向载荷为恒定力，而-20轴向载荷为周期性变化的梯形波载荷。因此，径向载10荷根据函数STEP(time,0,0,0.2,-92000)定义，表示径向载荷在2s内施加到92kN;轴向载荷根据函数图10轴向加裁载荷