高速滚动轴承热分析

建立高 速 电主轴 角 接 触球 轴 承 的 温升 热 模 型 ， 分 析 了滚 动体 的运动 情 况 ， 实 验证 明轴 承温 升 主要 受 转 速、 润 滑油 量 、 供 气压 力及 载荷对 轴 承疲 劳特性 的影 响． 但 是大 多研究 都 是 单 独 考虑 轴 承载 荷 或 者热 应 力对 寿命 的影 响 ， 本 文将 热应 力和轴 承载 荷相 结合 ， 分 析 了两 者对 轴承 寿命 的综合 影 响．
（ １ ）
式中： Ｍ 为轴 承 的摩 擦 力 矩 ； Ｎ 为轴 承摩 擦 热 所 引
的各种 因素 ； 谢俊［ ２ 】 对传统轴承寿命分析进行 了修 正； Ｊ ｅ ｎ ｑ － Ｓ ｈ ｙ ｏ ｎ ｇ Ｃ ｈ ｅ ｎ等［ ３ ］ 通过研究轴承摩擦热对 主轴的热膨胀效应 ， 分析 了轴承热变形对主轴的影 响； 徐建宁等［ ４ ］ 基于传热学和摩擦学理论 ， 运用 Ａ ｎ － ｓ ｙ ｓ分 析 了处 于热 平 衡 状 态 的滚 针 轴 承 、 圆 锥 滚 子 轴承的温度和热变形 ； 康辉民＿ ５ ］ 等依据传热学理论
起的功率损失 ； 竹 为轴承转速 ； ｆ ｏ 为与轴承类型和润
滑方式 有关 的系数 ； ｖ 为下 润滑剂 的运 动黏 度 ； 为
轴承节圆直径 ； 为与轴承类型和所受负荷有关 的 系数 ； ｐ 为确定轴承摩擦力矩的计算负荷， 且
一
１ 。 ３ ｘ １ ０ － 。 （Ｐ ｏ ／ Ｃ ｏ ） ０
一
热．
图 ４ 轴 承 的 寿 命 云 图
的本 构关 系 ：
元件 ， 整体导人结构过 于复杂， 会严重影 响计算 速
ｊ 一 ｒ ＋ ． （ １ ＋
【 ｏ ｏ ＇ 『 二 Ｅ 。 Ｅ ｃ ｅ ＋ ｒ 一 （ １ ＋ ） 口 Ｔ ］

ｉ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｓ ｌ ｕ ｒｃ ｌｍｏ ｅ ｂ ｕ ｈ ｆ ｌ ｎ ｈ ｒ ｌｓｒ ｓ ．ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｉａ ｄ ｌａ ｏ ｔｔｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｅ ａ ｔｅ ｓ ｏ ｏ ｂ ｅ ｒ ｗ ｃ ｎｃ ｏｌｎ ｅ ｅ ｌ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｌ ｎ ｈ ｒ ｌ ｓｒｓ ｆｄ ｕ ｌ ｏ ｏ ｉ ａ ｒ ｌ ｇ ｉ ｈ ｍ ｌ ｉ
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（） ９
工况 为 ： ｍ／。 车组 由 １０ ｍ ｈ开始 以 ｎ ｍ ＝１ ｓ 动 ０ｋ ／ ＝１ ／ Ｓ 的加 速度 加速 ， 直到 速 度达 到 ２ ０ ｍ ｈ为止 ， ０ｋ ／ 已知 该动 车组 的编 组为 ３ ５ ， １０ ｍ ｈ时 ， 承温 度 ４ ｔ在 ０ ｋ ／ 轴
＝
取 滚 动体 的 微 元 体 边 长 分 别 为 、ｙ 出 ， 该 ｄ、 且 单 元体 为 正方 体 。该 单 元 体 单 位 体 积 的体 力 在 坐标 轴上 的分 量 为 、，ｚ； 位 体 积 质 量 为 Ｐ 质 点 位 移 ｌ 单 、 ； 分 量分 别 为 ｕ 。根据 运动 学 的牛 顿 定律 ， 出各 作 坐标 轴方 向上 的平 衡 式 ， 可得 到相应 的平衡 方程 ： 就
摘
要： Ｃ Ｈ 以 Ｒ ２动车组 的动 力转 向架的轴 箱轴承（ 密封双 列 圆锥 滚子轴 承） 为研 究对 象， 用温度场 和热应 力场 的 利 耦合关 系， 对该轴承 建立了温度 场和热应力分布的数 值模 型 ， 再通过 Ｍａ ａ ｔ ｂ软件 对建立 的模 型进行 仿真分 析 ｌ 和验证 。结果表 明 ： 所采 用的分析 方法是合理 、 可行的 ， 为后 续的高速机 车转向架传动装置 中轴承 的设 计时的

的三 个 主 要 参 数 ： 滑 油 的运 动 黏 度 、 缩 空 气 压 力 、 润 压
压 缩 空气 流量 对精 密角接 触 球轴 承 的温 升影 响 。 高 速 电 主 轴 的 热 态 特 性 分 析 包 括 两 个 部 分 ：热 源 分析 和 散 热分 析 。本 文 主要 讨 论 与 角接触 球 轴 承相 关 的 两 个 部 分 ：角 接 触 球 轴 承 的 生 热 和 角 接 触 球 轴 承 与 油气 润 滑 系统之 间 的对 流换 热 。
的 压 力 一 般 在 ０ ３ － ． ５ ａ之 间 ， 过 周 围 空 气 的 压 ．５ ０ ４ ＭＰ 超 力 （ 为 ０ １ ～ ． ａ 两 倍 以 上 ， 此 压 缩 空 气 流 出 约 ．５ ０ ２ ＭＰ ） 因 速 度 可 达 到 音 速 。压 缩 空 气 由 喷 嘴 冲 出 后 ， 周 围 空 气 与 之 间 具有 很 大 的速 度梯 度 ， 体 质点 间进 行动 量 交换 ， 流
２ 兰 州 理 工 大 学 机 电 工 摘
要 ： 气润 滑 系统 是 高速 电主 轴 单 元 的 重 要 组 成 部 分 ， 油～ 它对 高 速 电 主 轴 滚 动 轴 承 的 热 态 特 性 有 着 重 要 的 影 响 。
分 析 润 滑 油运 动 黏 度 、 缩 空 气 压 力 、 缩 空 气流 量在 不 同转 速 条 件 下 对轴 承 温 升 的 影 响 ， 过 对 比 分析 得 到 三 者 对 轴 承 压 压 通
的因 数 ，角接 触球 轴 承
．
＝ ．０１ Ｐ 为 轴 承 的 等 效 静 载 ００ ； ｏ
荷 ， ； ｏ 轴 承 额 定 静 载 荷 ， ； 为 决 定 摩 擦 力 矩 的 Ｎ Ｃ 为 Ｎ 尸】 当量 动载 荷 ， Ｎ。

浅析铁路货车热轴故障发布时间：2021-07-09T10:04:26.327Z 来源：《基层建设》2021年第11期作者：石善洲[导读] 摘要：由于列车目前列车运行速度快，列检安全保障距离不断延长，预防货车滚动轴承热轴故障的主要设备是THDS红外探测站。

中车哈尔滨车辆有限公司黑龙江哈尔滨 150026摘要：由于列车目前列车运行速度快，列检安全保障距离不断延长，预防货车滚动轴承热轴故障的主要设备是THDS红外探测站。

热轴故障预报分为激热、强热、微热三个级别，货车滚动轴承热轴故障长期以来一直是困扰车辆系统的惯性故障。

本文对近期热轴产生的原因进行了深度分析，制定了相应的防范措施。

关键词：铁路货车；热轴故障；分析；预防措施1、引言所谓热轴是指列车在运行中，由于轴承内部故障、转向架组装不良或车辆超载偏载等等引起的车辆轮对滚动轴承发热的故障。

滚动轴承是车辆轮对的重要组成部分，现有通用货车上装用的轴承均为滚动轴承，滚动轴承热轴故障严重影响车辆的运行安全，而且故障发生快、发展快、危害大。

一旦发生热轴，轻者造成车辆甩车，列车晚点等不良后果；如果处理不及时就会造成切轴、列车颠覆等严重事故的发生，会给铁路运输带来巨大的损失和负面影响。

2、货车常用的滚动轴承型号及工作原理目前我国铁路货车使用的滚动轴承型号主要有352226XZ-2RZ及353130B 型轴承，其中352226XZ-2RZ型主要用于载重60T级的货车，353130B型主要用于载重70T 级的货车。

滚动轴承一般由内圈、外圈、滚子、保持架、中隔圈等组成。

滚动轴承是借助于在内、外圈之间的滚子滚动实现传力和滚动。

3、常见的热轴故障种类通过研究发现，目前我国铁路货车热轴故障类型以滚动轴承的滚动体破碎、结构性裂纹、滚动轴承的外圈产生裂纹及滚动体产生裂纹为主，同时滚动轴承的套圈及滚动体表面出现严重的碾皮、划伤及压痕和点蚀、生锈甚至电蚀等现象也时有发生。

4、上海局管内京沪线23005次货物列车车辆热轴故障概述2017年7月5日9时40分，南京东车辆段调度接路局调度所行车调度通知，立即安排蚌埠运用车间前往调查处理。

货车滚动轴承热轴故障分析及解决措施大引言：一、故障分析1.载荷过大-严格按照货车载荷额定值装载货物，避免超载运输。

-合理摆放货物，确保货物重心稳定，减轻对滚动轴承的压力。

2.润滑不良滚动轴承需要充分润滑以减少摩擦和磨损，保证正常运转。

如果润滑油不足或质量不过关，会导致轴承过热。

-定期检查润滑系统，确保润滑油充足，并及时更换。

-使用质量可靠的润滑油，以减少摩擦。

-预防润滑油污染，保持润滑系统清洁。

3.滚动轴承磨损滚动轴承在长时间运行过程中，由于负荷和摩擦，会出现磨损，磨损严重会导致轴承过热。

-根据货车使用情况，定期更换滚动轴承，减少磨损。

-定期检查和修复轴承座孔，防止磨损加剧。

-注重滚动轴承的维护保养，确保其正常运行。

二、解决措施1.提前预警安装温度传感器，检测货车滚动轴承的温度变化，并及时发出预警信号，以便及时采取措施避免严重故障的发生。

2.检查润滑系统定期检查润滑系统的润滑油状态，确保润滑油充足，质量良好，并及时更换使用过久的润滑油。

3.加强维护保养建立健全的维护保养制度，加强对货车滚动轴承的维护保养工作，包括定期润滑、检查和维修滚动轴承等。

4.检查载荷在运输过程中，定期检查货车的载荷情况，确保不超过货车的额定载荷，减少对滚动轴承的压力，防止过热故障的发生。

5.检查和修复轴承座孔定期检查货车滚动轴承的座孔状况，如果发现磨损严重，及时修复或更换，以保证滚动轴承正常工作。

6.增加散热装置根据实际情况，可以考虑增加货车滚动轴承的散热装置，以提高货车热轴的散热能力，减少故障发生的可能性。

结论：货车滚动轴承热轴故障会严重影响货车的正常运行，造成经济损失。

针对货车滚动轴承热轴故障，应从减少载荷、改善润滑、加强维护保养等方面入手，采取相应的解决措施，以提高货车滚动轴承的使用寿命和可靠性，保证货车的安全运输。

科技与创新┃Science and Technology &Innovation·104·2018年第19期文章编号：2095－6835（2018）19－0104－03高速动车组转向架轴承温度场分析贾晓沛1，杜文韬2（1.中车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210031；2.南京中车浦镇工业物流有限公司，江苏南京210031）摘要：对CRH2G 型动车组拖车SKTB-200型转向架轴箱装置圆柱滚子轴承进行温度场分析，利用热网络法建立圆柱滚子轴承热网络模型，并在理论上计算得出圆柱滚子轴承温度微观稳态的最高值，再利用ANSYS 进行热分析，对圆柱滚子轴承整体温度场建立三维模拟仿真，得出基于动力学的圆柱滚子轴承温度场宏观分布情况，从而判断温度对车辆圆柱滚子轴承的影响。

关键词：SKTB-200型转向架；轴箱轴承；热网格法；温度场分析中图分类号：U266.2文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2018.19.104在CRH2G 型高速动车组SKTB-200型转向架轴箱轴承的实际工作中，轴承内部零件之间的摩擦是导致轴承内部产生大量热量的主要原因。

为了延长车辆轴承的寿命和保证列车运营的安全性，研究轴承温度场分布对高速列车转向架整体稳定性有重要的实际指导意义[1]。

1热网络法计算轴承温度1.1轴承发热量的计算轴承内部聚集的热量主要是由轴承内部零件间相对滑动产生的摩擦导致的。

轴承内部元件间的滚动摩擦、滑动摩擦及其他各种摩擦对轴承正常旋转产生的阻力矩称为轴承的总摩擦力矩，轴承的摩擦力矩是轴承发热的主要因素[2]。

Palmgren 用公式（1）描述摩擦力矩：.d p f M m 111=（1）式（1）中：M 1为与轴承载荷有关的摩擦力矩；f 1为轴承型号和载荷有关的系数；p 1为轴承载荷，N ；d m 为轴承平均直径，mm 。

对于中速运转的轴承，利用Palmgren 建立经验公式：当v 0n ≤2000时，.d n v f M 3m 32007010）（-=当v 0n ＜2000时，.d f M 3m07010160-⨯=（2）式（2）中：v 0为运动粘度，mm 2/s ；M 0为与轴承负荷无关的摩擦力矩；f 0为与轴承类型与润滑有关的系数；n 为轴承转速，r/min 。

防止轴承过热的方法轴承温度高是转动设备常见且危害较大的故障，将减少轴承的使用寿命，增加检修费用，当温度升高较快、温度超标时，易导致机组非计划停运或减负荷运行，这对经济效益影响很大。

因此，迅速判断故障产生的原因，采取得当的措施解决，才是设备连续安全运行的保障。

导致轴承温度过高的常见原因1. 润滑不良，如润滑不足或过分润滑，润滑油质量不符合要求、变质或有杂物；2. 冷却不够，如管路堵塞，冷却器选用不合适，冷却效果差；3. 轴承异常，如轴承损坏，轴承装配工艺差，轴承箱各部间隙调整不符合要求；4. 振动大，如联轴器找正工艺差不符合要求，转子存在动、静不平衡，基础刚性差、地脚虚，旋转失速和喘振。

当轴承温度高时，应先从以下几个方面解决问题：1. 加油量不恰当，润滑油脂过少或过多应当按照工作的要求定期给轴承箱加油。

轴承加油后有时也会出现温度高的情况，主要是加油过多。

这时现象为温度持续不断上升，到达某点后(一般在比正常运行温度高10℃~15℃左右)就会维持不变，然后会逐渐下降。

2. 轴承所加油脂不符合要求或被污染润滑油脂选用不合适，不易形成均匀的润滑油膜，无法减少轴承内部摩擦及磨损，润滑不足，轴承温度升高。

当不同型号的油脂混合时，可能会发生化学反应，造成油脂变质、结块，降低润滑效果。

油脂受污染也会使轴承温度升高，加油脂过程中落入灰尘，造成油脂污染，导致轴承箱内部油脂劣化破坏轴承润滑，温度升高。

因此应选用合适的油脂，检修中对轴承箱及轴承进行清洗，加油管路进行检查疏通，不同型号的油脂不许混用，若更换其它型号的油脂时，应先将原来油脂清理干净；运行维护中定期加油脂，油脂应妥善保管做防潮防尘措施。

3. 冷却不够检查管路是否堵塞，进油温度及回水温度是否超标。

若冷却器选用不合适，冷却效果差，无法满足使用要求时，应及时进行更换或并列安装新冷却器。

轴流式引风机还应检查中芯筒的保温和密封性。

4. 确认不存在上述问题后再检查联轴器找情况联轴器的找正要符合工艺标准。

滚动轴承常见故障的原因分析滚动轴承是一种重要的机械传动元件，常见于各种机械设备中。

然而，滚动轴承也常遭遇各种故障，包括磨损、过热、锈蚀、裂纹、脱落等。

下面是一些常见滚动轴承故障的原因分析。

1.磨损：磨损是最常见的滚动轴承故障类型之一、磨损通常是由于轴承受到高负荷、不正确的润滑条件、使用不当或杂质进入轴承内部等原因引起的。

高负荷和不正确的润滑会导致轴承摩擦增加，从而加剧磨损。

轴承使用不当（如过载或不均匀受力）会导致轴承表面不均匀磨损，从而造成轴承缩短寿命。

2.过热：滚动轴承在工作过程中，可能会出现过热的情况。

过热通常是由于摩擦、润滑不良、过载、不正常工作条件等原因引起的。

摩擦产生的热量会导致轴承温度升高，如果润滑不良，会加剧摩擦和热量的产生，进而使得轴承过热。

过载和不正常工作条件也会导致摩擦增加，从而引起轴承过热。

过热会使轴承材料的硬度降低，使其承载能力下降，甚至引起轴承损坏。

3.锈蚀：滚动轴承通常需要在潮湿、有腐蚀性气体或液体的环境中工作。

如果轴承未正确防护或未适时更换润滑剂，就会容易受到腐蚀和锈蚀。

锈蚀会损坏轴承的表面，导致轴承的工作性能下降，甚至发生损坏。

4.裂纹：滚动轴承在使用中，可能会出现裂纹。

裂纹通常是由于载荷过大、冲击负荷、疲劳载荷、材料缺陷等原因引起的。

当轴承承受过大的载荷或冲击负荷时，可能会超过材料的强度极限，导致轴承表面出现裂纹。

疲劳载荷是由长时间的往复运动引起的，经过多次往复运动后，轴承表面产生裂纹，最终导致轴承损坏。

5.脱落：脱落通常是由于轴承的装配不当、润滑不良、轴承材料缺陷等原因引起的。

如果轴承装配不当，例如装配时用力过大，可能会导致轴承的外圈或内圈脱落。

润滑不良会导致轴承的表面磨损加剧，最终导致轴承脱落。

轴承材料缺陷也会影响轴承的使用寿命和可靠性。

以上是常见的滚动轴承故障原因分析，不同类型的滚动轴承可能存在不同的故障原因。

为了避免滚动轴承故障的发生，需要合理选择轴承型号、正确装配和润滑轴承、定期检查和维护轴承等。

铁 路 客 车 滚 动 轴 承 的 工 作 条 件 十 分 恶 劣 ， 不 它 但 要 承 受 巨 大 的 轴 重 和 一 定 的 轴 向 力 ， 要 承 受 通 还
过 钢轨接头 、 岔时 的冲击力 ， 且 经常遭 受风 、 、 道 而 沙 雨 、 的侵 袭 。 外 ， 于 客 车 滚 动 轴 承 本 身 的 结 构 ， 雪 另 由 在 运 行 中滚 子 与 内 外 滚 道 的 滚 动 摩 擦 、 子 与 保 持 滚 架 、 子 端 面与 内外挡 边 的滑 动摩 擦 ， 轴 承 发 热 ， 滚 使 形成 轴温 。 温 与轴承 的种类 、 装 间隙 、 糙 度 、 轴 组 粗 润 滑脂 的质量 和数 量 、 箱密封情 况 、 重 、 行速 度 、 轴 轴 运
形成 恶性循 环 。 ２ ３ 加 工 质 量 差 ．
连 续 运 行 时 间 、 温 的 变 化 、 辆 本 身 的技 术 状 态 、 气 车 线 路 状 况 均 有 密 切 的关 系 。 别 是 列 车 运 行 速 度 、 特 轴 承 润 滑 脂 的 质 量 和 数 量 、 承 组 装 时 的 轴 向 及 径 向 轴 间 隙 、 承 内 部 零 部 件 的 材 质 、 工 精 度 、 箱 密 封 轴 加 轴 情 况 等 对 旅 客 列 车 轴 承 温 度 的 影 响较 大 。
２ 热 轴 原 因 分 析 ２ １ 轴 箱 密 封 装 置 加 工 不 符 合 技 术 要 求 ．
滚 顶 后 使 运 温 温 热
半 干 摩 擦 的 状 态 。 轴 承 高 速 运 转 时 ， 种 摩 擦 热 逐 当 这 渐 上升 ， 微 观 凸起 点 熔化 ， 焊 在相 邻 的金 属 上 ， 使 咬 产 生 咬 焊 现 象 。 着 摩 擦 咬 焊 的 不 断 发 生 ， 生 的 金 随 产 属 粉 末 进 入 润 滑 脂 ， 轴 承 润 滑 状 态 趋 于 恶 化 ， 成 使 造

度过高已成为影响高速滚动轴承寿命及可靠性的 重要因素。据航空发动机主轴轴承现场使用数据
收稿 日期 ：０ ７— ８一ｏ ； 回 日期 ：０ ７— ８— ０ ２０ ０ ７ 修 ２０ ０ ２
高速滚动轴承的热分析最初 的研究方法主要
基金项 目：７ ９ ３计划资助项 目（０ ７ Ｂ ０ ６２ ２０ Ｃ ６ ７０ ）
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｅ ｍ ａ ａ ｙ ｉ Ｓ ｆｗａ ｅ ｏ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆＴｈ ｒ ｌＡｎ ｓｓ ｏ ｔ ｒ ｆ ｌ Ｈｉｈ Ｓ ｅ ｄ Ｒｏｌ ｇ Ｂｅ ｒｎ ｓＢａ ｅ ｎ Ｍ ｉ ｅ ｒ ｇ ａ ｍｉ ｇ Ｍ ｅｈ ｄ ｇ ｐ ｅ ｌ ｎ ａ ｉｇ ｓ ｄ ｏ ｘ ｄ Ｐ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｔｏ
Ｃ Ｎ ａ —ｃ ，Ｗ ＡＮＧ Ｌ —ｑ ｎ，ＧＵ Ｌ ，Ｚ ＮＧ Ｄ ＨＥ Ｇｕ ｎ ｉ ｉ ｉ ｅ ＨＥ ｅ—ｚ ｉ ｈ
（ ｃｏｌ ｆ ｃａ ｎ ｓＥ ｇｎｅ ｎ ，Ｈ ｒｉ Ｉｓｔｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｈ ｂｎ１００ ） Ｓｈｏ ｏ ｈ ｔ ｉ ｎｉｅｒ ｇ ａｂ ｔｕ ｆ ｃｎ ｌ ｙ ａ ｉ ５ ０ １ Ｍｅ ｒ ｃ ｏ ｉ ｎ ｎｉ ｅ Ｔ ｏ ｒ
现代航 空发动机 主轴用高速滚动轴承 的
和轴承失效 的统计分析 ， 以发现疲劳剥落仅 占 可 总故障数的 ２ ３％ 。 ．９ 而打滑蹭伤和摩擦磨损 占总 故障数的５ ．９ ３８ ％… 。 因此针对高速滚动轴承进行 热分析对 于指导轴承 的设 计和使 用具有 重要意
义。 。
值日 益提高， 轴承 的摩擦生热也不断加 效地 预测轴承组件在复杂工况条件下 的工作温度场 。 有
关键词 ： 高速轴承 ； 热分析 ； 限元分析 ； 有 软件
中图分类号 ：Ｈ ３ ． ３ Ｏ ４ ．２ Ｔ ３ １５ Ｔ １３ ３ ； ２ １８ ；Ｐ １．２ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ０— ７ ２ ２０ ） １ ０ ４ ０ １０ ３ ６ （０ ７ １ — ０ ７— ４

在铁路 货车 系统 中， 滚 动 轴 承 的 故 障 或 者’ 严 重剥离超 限时 ， 容 易 受 到 周 期 性 的 在 运 行 过 程 中 产 生 松 动或 者 脱 落 ， 导 致 轴 和 轴 承 相 比 比较 多 一 些 ， 但 是 对 于 滚 动 轴 冲 击 力 ， 附 带 滚 动 轴 承 也 将 受 到 同 样 的 冲 承 前 盖 和 密 封 罩 之 间产 生 摩 擦 ， 使 其 出现 承 来 说一 旦 发 生热 轴 故 障 ， 就很难处理 ， 只 击 力 ， 滚 动 轴 承 在 这 种 冲 击 力 的 作 用下 ， 就 磨 损 、 变形 ， 也 同 时 有 可 能 造 成 油 封 的 松
温相 对比较温和 ， 不 会 超 过 强热 。
轴承的运行过程 中， 特 别 是 在做 曲线 移 动 窄 ， 保 持架 产 生 的 应 力 就 比较 大 ， 在加 上 窗 口根 部 的 圆 角 比 较 小 ， 使 得 轴 承 产 生 应 力 集中的现象 ， 导 致保 持 架 断 裂 。 出现 大 量 的 摩 擦 热 从 而 出现 热 轴 。 １ ． ６ 轴承 在组 装 和压 装 工艺上 的 原因
为 了 铁 路 运输 的 安 全 ， 需 要 认 真 的 分 析 滚 者 车 轮 的 直 径 过 大 ， 那 么 在 轴 承 的运 行 过
保持架 出现故障的原 因主要有 ： （ １ ） 车 出现 擦 伤 ， 就 会 加 大轮 轨 之 间的 冲 击 作 用 ，
动 轴 承发 热 的 原 因 ， 找 到 合 适 的 检查 方法 ，
动 出现 困难 ， 甚 至 出 现卡 死 的现 象 。 在 滚 动 保 持 架 结 构 不 太 合 理 ， 造 成 窗 梁 的 宽 度 较
及后 果严重等 特点 ， 对 铁 路 的 正 常 安 全 运 输构成 威胁 。 通 过 对 滚 动 轴 承 货 车 的 运 行 情 况 的认 真 调 查 ， 主 要 发 现 有 以 下 几 种 原

机电工程学院毕业论文论文题目: 机床滚珠丝杠热分析及热补偿学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2011年5月25日摘要现代制造技术正日益向高速化、精密化、自动化、智能化方向发展。

数控机床在加工零件运行过程中，由于机床运动部件间的摩擦生热及周围环境热源的影响等诸多因素都将引起机床热变形。

当机床中某些涉及定位、传动的零部件受到热变形影响时，就会造成机床精度下降，甚至无法制造出符合公差要求的产品。

因此，对机床滚珠丝杠进行热特性分析，并根据分析得出的温度场和位移云图总结如何对其进行补偿是很有必要的。

本文以南京工艺装备制造公司生产的DZHQ120型号工作台所配备的滚珠丝杠为热分析研究对象，首先建立实体模型，再用有限元分析方法建立有限元模型，并借助ANSYS热分析模块对滚珠丝杠进行热特性分析，获得仿真结果，为实施热变形补偿提供理论依据。

最后根据热分析结果，提出它的热变形补偿方案。

本文主要工作概括为如下几个方面：1. 通过查阅资料建立滚珠丝杠三维温度场数学模型，以及结合弹性力学、热变形基本方程和有限元理论建立热变形数学模型。

2.根据滚珠丝杠尺寸通过PRO/E建立CAD实体模型，将它导入ANSYS中划分网格，从而建立热特性有限元模型，为CAE分析奠定基础。

3.通过分析计算得出滚珠丝杠上热源以及边界条件相关数据，加载求解后得出温度梯度图和热变形位移图。

4.根据有限元热特性计算结果,通过查看丝杠节点温度和变形情况选取测温点，提出热补偿方案。

关键词：滚珠丝杠热特性有限元 ANSYS 热补偿Title The thermal analysis and thermalcompensation of the screw ballAbstractModern manufacturing techniques are increasingly developing to direction of high-speed, precision, automation and intelligent. CNC machine operation in the processing part, due to the friction heat between moving parts of machine tools and the heat of the surrounding environment and many other factors will cause the machine tool thermal deformation. When the machine parts involved in some of the positioning and the drive are influenced by the thermal deformation, it will result in the decrease of the accuracy of machine,even it can not manufacture the products to meet tolerance requirements.Therefore, to analysis the thermal characteristics of ball screw machine, and it is necessary for concluding how to compensate with the analysis derived from the temperature field and displacement cloud chart. In this paper, the ball screw equipped in DZHQ120 work table which is made by process equipment manufacturing company in Nanjing is as the model for the study of thermal analysis, first is to establish solid model, then establish finite element model by the finite element analysis, and using ANSYS thermal analysis module analysis the thermal characteristic of ball screw, and obtain the simulation results for thermal deformation compensation providing a theoretical basis. Finally, based on thermal analysis results, raising program of thermal deformation compensation. The work of this paper summarized the following aspects:1. Through reading relative information to establish three-dimensional temperature field model of the ball screw, and combine elasticity, the basic equation of thermal deformation and the finite element theory to establish thermal deformation model.2. According to ball screw size to establish CAD solid model by PRO / E, it would mesh when it is imported into ANSYS, so establishing thermal characteristic finite element model, for founding base of the CAE analysis.3. It can be got the relevant data of heat on the ball screw and boundary conditions by analyzing, then it can obtain the heat distortion temperature gradient map and displacement map after loading and solving.4. According to the calculations of thermal characteristic of the finite element, then by viewing temperature and deformation condition of the screw ball nodes to select temperature measurement point, last to raise thermal compensation program.Keywords Ballscrew Thermal characteristics Finite element ANSYS Thermal deformation compensation目录1 绪论 (6)1.1 课题研究目的和意义 (6)1.2 国内外研究现状 (7)1.3 主要研究内容 (8)2 滚珠丝杠热特性有限元建模 (10)2.1 传热基本理论 (10)2.1.1 理论解析 (10)2.1.2 实验方法 (11)2.1.3 比拟（类比）方法 (11)2.1.4 数值计算方法 (11)2.2 温度场计算的有限单元法 (12)2.2.1 傅里叶定律 (12)2.2.2 牛顿冷却公式 (13)2.2.3 导热微分方程及定解条件 (13)2.2.3.1 时间条件 (15)2.2.3.2 边界条件 (15)2.2.4 稳态温度场的有限元法 (17)2.3 热变形的有限元法 (20)2.3.1 热变形有限元法方程的矩阵形式 (20)2.3.2 热变形基本方程 (23)2.3.3 热弹性有限元法 (23)2.4 滚珠丝杠有限元模型的建立 (24)2.4.1 滚珠丝杠三维CAD模型建立 (25)2.4.2 滚珠丝杠向CAE模型的转化 (25)2.4.3 单元类型 (26)2.4.4 材料属性 (27)2.4.5 网格划分 (27)2.5 小结 (28)3 滚珠丝杠温度场分析 (28)3.1 滚珠丝杠边界条件的计算 (29)3.1.1 滚珠丝杠热源及边界条件分析 (29)3.1.1.1 滚动轴承摩擦热的计算 (29)3.1.1.2 滚珠丝杠副摩擦力矩的计算 (32)3.1.2 滚珠丝杠对流边界条件的计算 (32)3.2 滚珠丝杠相关性能参数 (32)3.2.1 滚珠丝杠螺母副介绍 (32)3.2.2 所选滚珠丝杠尺寸参数 (35)3.2.3 材料物理性能参数 (38)3.3 滚珠丝杠热源计算 (38)3.4 温度场的稳态分析 (40)3.5 小结 (42)4 滚珠丝杠热变形分析 (42)4.1 滚珠丝杠热变形分析 (42)4.1.1 滚珠丝杠热变形位移分析过程 (42)4.2 测温点的布置 (44)4.2.1 测温点的布置设计 (44)4.3 小结 (44)5 滚珠丝杠热补偿方案 (45)5.1 热误差补偿原理 (45)5.2 热误差补偿模型建立的理论分析 (46)5.2.1 多元线性回归模型 (47)5.2.2 计算过程 (48)5.3 热误差补偿实现 (49)5.4 小结 (49)结论 (50)致谢 (52)参考文献 (53)1 绪论1.1 课题研究的目的和意义据现有资料显示我们的祖先利用及制造工具最早可追溯到石器时代。

５ Ａ ｄａｆ ｛ ３ｄ （ — ） ／ ０６日一 ｝ａｌ ＝ ｔ ｌ Ａｔ ＋ Ｄ ｄ ／Ｊ＿ ． ｎ＝ ｌ ４ Ｏ＋ ５ ｌ ，ｒ ｔ （） １
盈装配在轴上产生的外ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ，所 以此值必定小于从轴上拆卸下来
的 实测 值 。定 量 分 析 数 据 汇 总见 表 １ 。
式 中 △ 为工作 时轴承 内外 圈允许 温差 ，考 虑到轴转 速 较高 （ ＝ ６ｒ ｎ ， △ｔ ８Ｃ。ｄ Ｄ分别 为轴承外径 和 内径 ， ｎ １６／ ） 取 ３ ￣ ｍｉ ＝ ，
算 出的法 向间隙 ３ Ｓｉ ，用塞 ＝ｓ
尺测量 验证 。
图 １
间隙 ｈ的实测 ， 考虑到拆卸会对轴承造成损伤 ， 轴承轴 向间隙 ３
Ｓ是轴承脱离轴承座但仍装在轴上 的实测值 ，因为轴承 内套过
２ 承间隙均按未装轴时计算 ． 轴 轴 承最小轴 向间隙 ｓ 按（ ） １式计算 ：
间隙可预调滚 动轴承发热故 障定量分析
颜 文辉
摘要 关键词 间隙可调滚动轴承发热 ， 经定量分析 ， 采取 重新调整轴承轴 向间隙和调整轴承 与轴承座孔 的配合 间隙等措施 ， 使轴承恢 轴承 发热
Ｔ ７ Ｈ１
复正常运转 。 定量分析
文献标识码 Ｂ ００ ｒ ０６ ．ａ ７ ｍ， ． ５的 含 义 是 在 过 盈 配 合 下 ，轴 承 内 圈 滚 道 直 径 的 中 图分 类 号
＾ Ｄ Ａｔ Ｌ △ ２２ ： （ ｌｌ ） Ｏ一 （） ２
承。 该轴承型号 ３２ ４ ， ５ ０ ８ 与生产厂家沟通 ， 采取调整润滑供油系
统并更新润滑油措施后 ， 问题 未得 到解决 。因轴承温升过高 ， 不 得不中断运行 。
二 、 因分 析 原

铁路货车热轴故障的原因分析及防范措施作者：张远来源：《科技资讯》 2013年第36期张远(北京铁路局丰台车辆段河北保定 072750)摘要:通过近几年对铁路货车大规模的改造,货车轴承已基本实现了滚动化,所以滚动轴承故障已成为影响铁路运输畅通和安全生产的关键因素。

因此正确分析和判断处理列车队中发生的滚动轴承故障,减少货车中途停甩,防止燃、切轴事故的发生是车辆段的重要职责。

本文结合自己的现场经验,对铁路货车热轴故障进行简单的分析,并提出几点防范措施。

关键词:货车滚动轴承热轴故障分析防范措施中图分类号:U272 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)12(c)-0062-01随着铁路货车向重载、高速的方向发展以及车辆使用率的提高,车辆在运用中出现的车辆故障也日益突出,特别是滚动轴承故障的大幅度增加,使运用部门做好滚动轴承的防燃、防切工作成为一项重要的攻关课题。

经过近几年来铁路大规模的货车改造,货车轴承已基本实现了滚动化,滚动轴承故障已成为影响铁路运输畅通和安全生产的关键因素。

正确分析和判断处理列车队中发生的滚动轴承故障,减少货车中途停甩,防止燃、切轴事故的发生是车辆段列检作业场的重要职责。

铁路货车使用滚动轴承以无轴箱双列圆锥滚子轴承为主,从以前的197720、197726、197730型到提速货车的滚动轴承,有国产352226XZ-2RZ型及引进国外技术生产的SKF197726型以及进口AP130、AP150和TUB150型等。

在当前运用中有4种即197726、SKF197726、352226XZ-2RZ、353130B型,其中SKF1977226、352226XZ-2RZ和353130B紧凑型滚动轴承已成为当今提速货车的主流。

经轴承技术研究及现场调查发现,铁路货车滚动轴承在运用中THDS预报高值一般有以下五个方面的原因。

1 轴承故障(1)油脂过多,轴承内部发生过多的摩擦和搅拌热,使轴承发热。

铁路货车滚动轴承热轴故障分析判断及防范控制研究在铁路货车行走阶段，滚动轴承发挥着重要的作用，因此滚动轴承质量关系到行车安全性。

我国铁路货车不断发展，不断增加了承载量，同时也提高了滚动轴承热轴故障发生率，威胁到铁路货车运行的安全性，导致正常的运输秩序因此被干扰。

本文分析了判断了铁路货车滚动轴承热轴故障，提出针对性的防范控制措施，保障铁路货车运行的稳定性。

关键词：铁路货车;滚动轴承;热轴故障;分析判断;防范控制铁路运输不断发展，也逐渐提高了铁路货车的质量，其中滚动轴承发挥着重要的作用，直接关系到运输安全性。

对比滑动轴承，滚动轴承具有较多的优势，例如热轴故障发生率比较低，但是如果铁路货车滚动轴承发生热轴故障，将会造成较大的危害性，因此铁路运输工作人员需要做好防范工作，准确分析判断铁路货车滚动轴承热轴故障，及时消除事故，保障铁路运输的安全性和稳定性。

一、概述铁路货车滚动轴承热轴故障（一）种类铁路货车滚动轴承结构比较简单，但是具有多样性的故障种类，主要包括结构性裂纹和滚动体破碎以及滚动体裂纹等。

此外也会套圈可能会发生碾皮和压痕以及划伤等问题。

【1】（二）危害性针对滑动轴承，如果发生故障主要是通过轴温表现出来，滚动轴承很难显现出来，通常是潜在威胁。

不断延长列车运行距离，将会逐渐提高轴温，当温度达到特定值，将会减小轴承的游隙，因此引发润滑膜破裂和卡组等问题，金属之间不断摩擦，进一步提高了轴温，可能会发生燃轴问题，发生这一问题将会导致铁路提速和载重，铁路货车运行安全性因此受到影响。

二、铁路货车滚动轴承热轴故障原因分析（一）滚道、滚子故障第一方面是轴承内外圈管道和滚子表面粗糙度不符合标准条件，轴承原材料和热处理工作以及压装不良等因素都会导致滚道面和滚子出现剥离和麻点等问题。

第二方面，次临界循环载荷会引发新造轴承滚道面和滚子发生碾皮和剥离等问题。

如果在表层上发生碾皮和剥离问题，主要是因为集中了应力。

如果在表层下发生碾皮和剥离问题，这是因为基体中存在夹杂物。

高速电主轴系统热变形分析及抑制措施李永芳;张启萍;王瑞;李新宁;苟卫东;杨锦斌【摘要】Analyzes both from spindle structure and heat source of electric spindle of machining center, this article proposes a technical solutions to reduce the temperature rise of spindle, main measures which have been taken are to reduce the heat amount of bearing and motor, spindle bearing cooling and oil lubrication systems. And these has already been tested by the Belgium-based Lemmens dynamic multi-channel monitors and a high accuracy temperature sensor pt 100, the temperature rise high-speed spindle of machining center has been effectively controlled, and both its mechanical performance and reliability have been guaranteed. It has an extraordinary practical significance on the application & potentiality of high speed spindle of machining Center.%从加工中心电主轴的结构和热源两方面对电主轴热变形原因进行了分析,提出了降低电主轴温升的技术方案,主要采取了减小轴承发热量、减小电动机发热量、主轴轴承循环冷却及油气润滑系统等措施,通过基于比利时Lemmens多通道动态监测仪和高精度pt 100温度传感器的试验验证,高速加工中心电主轴的温升得到了有效控制,其机械性能、可靠性也得到了保障,对加工中心高速电主轴的应用及发挥其潜能具有非凡的现实意义.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】7页(P92-98)【关键词】加工中心;热变形原因;降低温升;动态监测【作者】李永芳;张启萍;王瑞;李新宁;苟卫东;杨锦斌【作者单位】青海交通职业技术学院,青海西宁810003;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018;青海交通职业技术学院,青海西宁810003;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018【正文语种】中文【中图分类】TG659高速加工是一种以比常规切削速度高5～10倍的速度进行切削加工的先进工艺，是当代四大先进制造技术之一，而高速机床是实现高速加工的前提条件。

擦热 、 卡滞热 、 磨合热和油脂搅拌热等。
２ ． １ 滚道 、 滚 子 故 障
一
车热轴故 障信息共计 ｌ ９ 件（ 其 中构成 Ｄ类事故 ２ 件， Ｇ ２ 类设备故障 ｌ ７ 件） ， 全部进行了甩 车换轮处理 。故 障分类见表 １ 。
表１ ２ ０ １ ６年 １ 月一 ２ ０ １ ６ 年１ ２ 月货 车热轴故障 汇总表
３ ． １ 提 高轴 承 造修 质 量
一
是新 造或大修 轴承加修 、 装 配存在 问题 ， 在滚
是轴承生 产 、 大修厂家加 大科技投入 ， 积极 引
动轴承制 造或大修过程 中 ， 由于轴承外 圈 内滚道面 、
滚 子球 基面 、 内圈外滚道面在加工过程中达不到规定 的工艺 标准 ， 其表面 的微观几何构造尺寸不符合 限度 要求 或表面粗糙度超 限 ， 造成轴承滚子与各滚道面接 触时 ， 存在 局部应力集 中现 象 ； 轴承 中隔圈选 配不合
从表 １ 看 出， 造成铁路货车滚动轴承热轴故 障的 主要 因素是滚道 、 滚子造修质量 不 良。因此 ， 结合故 障表 征从源头上分析查找 原因 ， 提出对策及措施 ， 即
热及激 热故障 ， 都须甩 车换 轮 ， 对铁路运输 畅通和安
全生 产影响很 大 。正确分析 铁路货车发生热 轴故障
检查 ， 轴端螺栓无松 动 ， 密封罩无脱 出， 滚子滚道面无 剥离 、 变色 、 划痕和局部接触磨痕 ， 滚 子无 剥离 、 划 痕 和环状 压痕 ， 油脂无 变色 、 注油量符 合规定 ， 游 隙合 格， 没有发现其他影 响轴温 因素 ， 则基本可 以判定 为
局部熔融 和 凸凹现象 ， 造 成滚动轴 承电蚀 损伤 ， 运行
的原 因 ， 有 针对 性 地 制 定 防范 措施 ， 从 源 头 质量 人 手 ，