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滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响研究 被引量:1
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作者 李俊 曾东方 +3 位作者 鲁连涛 宫彦华 陈希 邹朗 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期223-230,共8页
车轮滚动接触疲劳是影响列车运行安全和使用寿命的重要因素,轮轨间滑差率会对滚动接触疲劳损伤产生显著影响,为了分析滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,本研究中开展了水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳试验,分析了不同滑差... 车轮滚动接触疲劳是影响列车运行安全和使用寿命的重要因素,轮轨间滑差率会对滚动接触疲劳损伤产生显著影响,为了分析滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,本研究中开展了水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳试验,分析了不同滑差率条件下车轮钢的摩擦磨损行为和滚动接触疲劳损伤特征;通过安定图理论分析裂纹萌生行为,通过基于最大周向力准则和流体腔技术的有限元仿真分析裂纹扩展行为;在此基础上,阐明了滑差率对车轮钢滚动接触疲劳性能的影响机理.试验结果表明:随着滑差率的增加,车轮钢试样的牵引系数增加,磨损加剧,滚动接触疲劳寿命先减小后增大.通过安定图理论分析表明,随着滑差率增加,表面滚动接触疲劳损伤指数FI_(surf)增加,促进了疲劳裂纹萌生.有限元仿真分析发现,随着滑差率增加,裂纹等效应力强度因子峰值K_(θ,max)增加,促进了疲劳裂纹扩展.磨损的增加抑制了滚动接触疲劳裂纹的萌生和扩展.因此,滚动接触疲劳与磨损的竞争导致车轮试样的接触疲劳寿命随着滑差率的增加呈先减小后增大的趋势.本研究中还发现,通过最大周向力准则和流体腔技术可预测水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳裂纹扩展路径. 展开更多
关键词 车轮钢 滑差率 滚动接触疲劳 磨损 有限元分析
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轴承润滑研究发展综述
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作者 金晓清 高在达 +2 位作者 汤铁铮 寿少楷 李朝鑫 《轴承》 北大核心 2025年第9期13-27,共15页
轴承作为各种机械系统的关键零部件,其性能直接影响机械设备的寿命、效率和可靠性,并与润滑理论的发展及应用密切相关。回顾了轴承润滑理论、智能润滑系统、轴承材料以及润滑方法的最新研究进展,着重介绍了非均质材料的接触分析和多尺... 轴承作为各种机械系统的关键零部件,其性能直接影响机械设备的寿命、效率和可靠性,并与润滑理论的发展及应用密切相关。回顾了轴承润滑理论、智能润滑系统、轴承材料以及润滑方法的最新研究进展,着重介绍了非均质材料的接触分析和多尺度模拟技术。同时,总结了陶瓷材料、纳米润滑剂和仿生复合材料在提升润滑性能方面的应用,以及智能润滑系统结合传感器和人工智能实现润滑状态监测与自适应控制的情况。研究表明,材料创新与智能技术的融合能够有效降低摩擦磨损、延长润滑寿命,提升机械系统的性能和能效。这为轴承技术和材料的研究提供坚实的理论基础,满足机械工程领域对可靠性和效率的不断追求,从而促进工业领域的可持续发展。 展开更多
关键词 滚动轴承 润滑 摩擦 接触疲劳 微观结构
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铁素体和渗碳体相形貌对D2车轮钢滚动接触疲劳性能影响 被引量:1
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作者 刘春鹏 徐福盛 +3 位作者 姜峰 索忠源 张关震 任瑞铭 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期182-191,共10页
随着高速列车车轮滚动速度的不断提升,车轮的滚动接触疲劳失效日益严重,车轮的初始组织成为影响滚动接触疲劳性能的主要因素。利用热处理炉对D2车轮钢进行淬火+回火热处理,使D2车轮钢珠光体+先共析铁素体组织(P+F)转变为铁素体+粒状渗... 随着高速列车车轮滚动速度的不断提升,车轮的滚动接触疲劳失效日益严重,车轮的初始组织成为影响滚动接触疲劳性能的主要因素。利用热处理炉对D2车轮钢进行淬火+回火热处理,使D2车轮钢珠光体+先共析铁素体组织(P+F)转变为铁素体+粒状渗碳体组织(回火索氏体,TS);通过滚动接触疲劳试验机对2种原始组织类型的车轮试样进行滚动接触疲劳试验;利用低倍显微镜观察滚动接触疲劳失效后P+F车轮试样和TS车轮试样表面的宏观形貌;利用场发射扫描电镜附带背散射电子衍射分析滚动疲劳失效后P+F车轮试样和TS车轮试样距表面不同距离微观组织的演变规律。结果表明:TS车轮试样的滚动接触疲劳寿命比P+F车轮试样提高了1.3倍;滚动接触疲劳失效后,P+F车轮试样中先共析铁素体与珠光体中共析铁素体的变化是不同的,在表面,先共析铁素体内形成大量的大角度晶界,共析铁素体内形成大量的小角晶界,而在次表面,先共析铁素体内存在大角度晶界和小角度晶界,共析铁素体的取向角小于2°;TS车轮试样在距表面不同深度的铁素体晶粒中大角度晶界的比例分布是均匀的;P+F车轮试样距表面不同深度先共析铁素体与共析铁素体不同程度的塑性变形会加速滚动接触疲劳裂纹萌生和扩展,进而加速车轮疲劳失效;TS车轮试样距表面不同深度铁素体的均匀塑性变形会延缓滚动接触疲劳裂纹形成,提高车轮滚动接触疲劳寿命。 展开更多
关键词 D2车轮钢 微观结构演变 滚动接触疲劳 先共析铁素体 珠光体 回火索氏体
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不同运行参数下珠光体与贝氏体钢轨钢滚动磨损与接触疲劳行为研究 被引量:1
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作者 韩振宇 汪渊 +5 位作者 丁昊昊 张沭玥 王文健 刘佳朋 刘启跃 周仲荣 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期676-687,共12页
钢轨服役过程中的滚动磨损和接触疲劳损伤行为直接影响到列车的运行安全,而钢轨材质和运行参数对其损伤具有关键影响.因此,本文中利用JD-1轮轨模拟试验机开展了珠光体和贝氏体钢轨材料在不同运行速度、轴重及曲线半径下的轮轨滚动接触... 钢轨服役过程中的滚动磨损和接触疲劳损伤行为直接影响到列车的运行安全,而钢轨材质和运行参数对其损伤具有关键影响.因此,本文中利用JD-1轮轨模拟试验机开展了珠光体和贝氏体钢轨材料在不同运行速度、轴重及曲线半径下的轮轨滚动接触模拟试验.研究表明:珠光体与贝氏体钢轨材料在相同运行工况下滚动磨损和接触疲劳行为存在差异,贝氏体钢轨材料的损伤程度较珠光体钢轨材料轻微;钢轨材料磨损率及表面损伤变化趋势均与运行速度和曲线半径呈负相关,而与轴重的变化趋势呈正相关;钢轨材料的塑性变形层深度随轴重的增大以及曲线半径的减小而增加,滚动接触疲劳损伤随轴重呈先增加后减小的整体变化趋势.在轴重较大、运行速度和曲线半径较小工况下,钢轨材料损伤严重,故需对相应钢轨线路进行实时监测并采取维修养护措施. 展开更多
关键词 钢轨材料 运行工况 磨损 滚动接触疲劳 珠光体 贝氏体
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贝氏体钢轨磨损与接触疲劳行为的研究进展 被引量:2
5
作者 齐顺顺 王文健 +1 位作者 汪渊 丁昊昊 《材料导报》 北大核心 2025年第1期255-265,共11页
钢轨的磨损和滚动接触疲劳是轮轨接触过程中的主要损伤形式,对铁路轨道安全与维护有着至关重要的影响。随着列车轴重的增加,贝氏体钢轨疲劳损伤问题日益凸显,严重危及行车安全。本工作综述了国内外贝氏体钢轨磨损与疲劳损伤在近年来的... 钢轨的磨损和滚动接触疲劳是轮轨接触过程中的主要损伤形式,对铁路轨道安全与维护有着至关重要的影响。随着列车轴重的增加,贝氏体钢轨疲劳损伤问题日益凸显,严重危及行车安全。本工作综述了国内外贝氏体钢轨磨损与疲劳损伤在近年来的研究进展,重点阐述了贝氏体钢轨的磨损和滚动接触疲劳性能及两者之间的竞争关系,并与珠光体钢轨的试验结果进行了对比;总结了不同因素(显微组织、服役条件、环境介质)对贝氏体钢轨磨损及滚动接触疲劳性能的影响;提出了未来重点研究方向建议:基于化学成分调控与热处理工艺参数优化的稳定残余奥氏体组织制备,贝氏体钢轨在不同服役条件下的适用性研究,贝氏体钢轨在腐蚀、高低温等复杂恶劣环境下的使用性能研究。 展开更多
关键词 贝氏体钢轨 磨损 滚动接触疲劳 影响因素
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表面渗碳高强轴承钢滚动接触疲劳行为研究 被引量:1
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作者 杨红兵 邵子恒 +5 位作者 颜莹 谷金波 迟宏宵 王斌 张鹏 张哲峰 《材料导报》 北大核心 2025年第12期170-178,共9页
近年来,为追求更优异的滚动接触疲劳性能,表面渗碳技术已被广泛应用于轴承钢的制备过程中。本工作对一种高强不锈轴承钢进行两种不同工艺时长的渗碳处理,研究渗碳处理高强轴承钢的微观组织、显微硬度、残余应力及滚动接触疲劳行为。结... 近年来,为追求更优异的滚动接触疲劳性能,表面渗碳技术已被广泛应用于轴承钢的制备过程中。本工作对一种高强不锈轴承钢进行两种不同工艺时长的渗碳处理,研究渗碳处理高强轴承钢的微观组织、显微硬度、残余应力及滚动接触疲劳行为。结果表明:两种工艺渗碳处理获得的碳化物类型、尺寸、形状、含量以及残余应力梯度均十分相近;较长时间渗碳处理获得的残余奥氏体在尺寸和含量上均明显大于较短时间渗碳处理的情况,两种工艺渗碳处理高强轴承钢在滚动接触疲劳过程中都会在亚表面最大切应力位置附近形成亮蚀区(Light etched region, LER);疲劳裂纹萌生于亮蚀区内,并向表面扩展,最终形成深度与最大切应力到表面距离相近的剥落坑。渗碳处理时间较长的高强轴承钢具有较高的滚动接触疲劳寿命,这是因为其渗层中具有相对规模较大的残余奥氏体;残余奥氏体会使裂纹尖端钝化与闭合,进而延缓疲劳裂纹扩展,提升疲劳裂纹扩展寿命。 展开更多
关键词 高强轴承钢 渗碳处理 残余奥氏体 滚动接触疲劳寿命
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轮轨硬度匹配对重载贝氏体车轮钢磨损性能的影响 被引量:2
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作者 赵海 徐海峰 +3 位作者 周霆伟 袁航 徐震霖 何宜柱 《表面技术》 北大核心 2025年第3期118-129,共12页
目的探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为,为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法将贝氏体车轮与3种轨道进行匹配,结合磨损率、表面磨损形貌及表面硬化程度等,综合评价3种钢轨/车轮硬度比(Hr/Hw)下轮轨材料... 目的探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为,为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法将贝氏体车轮与3种轨道进行匹配,结合磨损率、表面磨损形貌及表面硬化程度等,综合评价3种钢轨/车轮硬度比(Hr/Hw)下轮轨材料的耐磨性及损伤行为。结果随着匹配的轨道钢硬度的增加,贝氏体车轮钢磨损率从0.188mg/m逐渐升至0.217mg/m,增加了15.4%;轨道钢的磨损率呈下降趋势,从0.104mg/m降至0.042mg/m,下降了59.6%。车轮钢和轨道钢的磨损机理均以黏着磨损和疲劳磨损为主。随着轨道钢硬度的增加,车轮材料分层明显,损伤越来越严重,塑性变形层厚度和表面硬化程度呈上升趋势,表面疲劳裂纹的平均长度和深度依次降低,但平均扩展角度越来越高;轨道材料的分层和微裂纹减少,损伤减轻,且塑性变形层厚度和表面硬化程度呈下降趋势,表面疲劳裂纹长度减少,而扩展深度和角度均增加。接触斑能量耗散值越高,则贝氏体车轮受到轮轨硬度比的影响越明显。当Hr/Hw低于1时,钢轨磨损程度随着Tγ/A的增加越来越严重。结论随着匹配的轨道硬度的增加,车轮的磨损程度呈相反趋势,前者加剧,后者减轻。此外,与同种轨道匹配时,相较于典型的珠光体车轮钢(CL65),贝氏体车轮钢具有更加优异的耐磨性和抗疲劳损伤能力。 展开更多
关键词 硬度比 贝氏体车轮 珠光体钢轨 轮轨匹配 磨损行为 滚动接触疲劳
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航发主轴轴承钢的摩擦磨损行为及一次碳化物调控 被引量:1
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作者 杨丽琪 薛伟海 +1 位作者 马汝涛 李曙 《航空制造技术》 北大核心 2025年第11期53-63,共11页
随着对航空发动机性能要求的大幅提升,主轴轴承面临着更加苛刻的服役工况,导致轴承的工作温度和运行负荷显著增加,轴承的摩擦磨损问题日益凸显,严重影响着高端装备的服役寿命和可靠性,对应用于航发主轴的M50轴承钢材料优化提出了新的挑... 随着对航空发动机性能要求的大幅提升,主轴轴承面临着更加苛刻的服役工况,导致轴承的工作温度和运行负荷显著增加,轴承的摩擦磨损问题日益凸显,严重影响着高端装备的服役寿命和可靠性,对应用于航发主轴的M50轴承钢材料优化提出了新的挑战。尽管轴承钢内部夹杂物的控制技术已经取得了较大进展,然而一次碳化物的控制仍是目前轴承材料调控的关键问题。结合国内外对于轴承钢摩擦磨损行为主要研究热点,特别是服役过程中的滑动磨损和滚动接触疲劳两类失效形式,指出了轴承钢中一次碳化物在两类摩擦磨损行为中的利弊作用和相互关系,并基于已有对一次碳化物的调控方法,提出了关于航发主轴轴承钢中一次碳化物的未来调控策略和提升M50轴承钢耐摩擦磨损性能的发展目标。 展开更多
关键词 航空发动机 M50轴承钢 摩擦磨损 滑动磨损 滚动接触疲劳 一次碳化物
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油溶性纳米LaF_(3)的抗微点蚀性能研究
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作者 张亚江 范淑光 +3 位作者 张玉娟 余来贵 张平余 张晟卯 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第4期582-592,共11页
研究了LaF_(3)纳米微粒作为抗微点蚀添加剂在边界润滑条件下改善轴承钢微点蚀及磨损行为的潜力.用摩擦磨损试验机(SRV-5)进行了模拟接触疲劳试验,用三维光学轮廓仪(Contour GT-K)测量了磨损痕迹的三维结构和磨损体积,用扫描电子显微镜... 研究了LaF_(3)纳米微粒作为抗微点蚀添加剂在边界润滑条件下改善轴承钢微点蚀及磨损行为的潜力.用摩擦磨损试验机(SRV-5)进行了模拟接触疲劳试验,用三维光学轮廓仪(Contour GT-K)测量了磨损痕迹的三维结构和磨损体积,用扫描电子显微镜和能谱仪分析钢盘磨损表面的形貌及元素分布.模拟接触疲劳试验和三维表征结果表明:二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA)修饰LaF_(3)纳米微粒具有优异的抗微点蚀性能.表面分析结果表明随着载荷的增大和试验时间的延长,齿轮油润滑的钢盘表面的微点蚀损伤越来越严重,而LaF_(3)纳米微粒的加入使磨损表面更为光滑平整,粗糙度大幅降低,有效抑制了微点蚀的萌生和发展,但没有在磨损表面检测到LaF_(3)纳米微粒的沉积. 展开更多
关键词 三氟化镧 纳米添加剂 边界润滑 微点蚀 滚动接触疲劳
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激光固态相变U75V材料滚动接触疲劳损伤行为研究
10
作者 王彦杰 王梁 +5 位作者 张沭玥 丁昊昊 王春昌 张群莉 王文健 刘启跃 《表面技术》 北大核心 2025年第19期127-142,共16页
目的铁路道岔的结构复杂,车轮与道岔之间的动态相互作用较剧烈,容易出现磨损和接触疲劳损伤,因此提高道岔的耐磨性和滚动接触疲劳性能成为亟须解决的关键问题。激光固态相变技术在提升材料力学性能和耐损伤性能方面展现出巨大潜力,但该... 目的铁路道岔的结构复杂,车轮与道岔之间的动态相互作用较剧烈,容易出现磨损和接触疲劳损伤,因此提高道岔的耐磨性和滚动接触疲劳性能成为亟须解决的关键问题。激光固态相变技术在提升材料力学性能和耐损伤性能方面展现出巨大潜力,但该技术尚未在道岔应用中得到系统研究,这里旨在探索该技术在道岔钢轨中的应用可行性,并为激光固态相变U75V材料在道岔上的应用提供理论支撑。方法首先分析不同搭接率下激光固态相变U75V材料的硬度和微观组织分布,并利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机模拟道岔滚动接触载荷,研究激光固态相变U75V的滚动接触疲劳损伤的演变规律,并讨论滚动接触疲劳损伤机理。结果激光固态相变能够改变U75V材料的微观组织,并提高材料的硬度。在激光固态相变后,形成了以针状马氏体为主的硬化区和以回火马氏体为主的软化区,硬化区表面硬度分布在800HV0.2左右,相较于基体的平均硬度(339HV0.2)提升了1.36倍;软化区表面硬度分布在650HV0.2左右,介于硬化区与基体之间。通过激光固态相变能够提高U75V材料的耐磨性能和抗塑性变形性能,与未处理U75V相比,在干态10000 r后,激光固态相变U75V材料的磨损量降低了26.3%,硬化区塑性变形层深度减小了97.7%,软化区塑性变形层深度减小了95%。未处理U75V的疲劳裂纹扩展现象严重,在水态下、5000 r时就发生了严重的疲劳剥落现象。在循环转数较小时激光固态相变U75V的硬化区主要为细小疲劳裂纹,软化区主要为表层细小密集的多层裂纹。在循环转数(130000 r)较大时,硬化区和软化区发生了疲劳剥落,软化区表层细小密集的裂纹会被磨掉,部分裂纹会扩展,出现枝裂纹。结论通过激光固态相变能够提高U75V材料的滚动接触疲劳性能。 展开更多
关键词 激光固态相变 U75V材料 微观组织 塑性变形 滚动接触疲劳
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湿热环境下车轮材料局部激光熔覆不锈钢粉末涂层磨损与损伤行为
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作者 何成刚 王欣纪 +5 位作者 俞茹昕 付斌 叶榕伟 刘吉华 邹港 徐逸勋 《中国表面工程》 北大核心 2025年第3期372-383,共12页
随着铁路运输的不断发展,暴露在湿热环境中的列车车轮磨损日益加剧,严重影响列车服役的安全性。激光熔覆技术作为先进的材料表面改性技术,已被证实通过熔覆在车轮表面能够强化车轮的抗腐蚀和抗磨损性能,但在车轮材料局部修复方向还有较... 随着铁路运输的不断发展,暴露在湿热环境中的列车车轮磨损日益加剧,严重影响列车服役的安全性。激光熔覆技术作为先进的材料表面改性技术,已被证实通过熔覆在车轮表面能够强化车轮的抗腐蚀和抗磨损性能,但在车轮材料局部修复方向还有较大的研究空间。为研究湿热环境下车轮材料局部激光熔覆不锈钢粉末涂层磨损与损伤行为,使用三种不锈钢粉末(304L、316L、420)对车轮试样表面进行激光熔覆局部修复,分析修复涂层的微观组织和硬度,利用温湿控制系统和MMS-2A摩擦磨损试验机进行高温高湿环境下的摩擦磨损试验,使用维氏硬度仪、便携式显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)对损伤形貌进行观察与分析。结果表明:三种熔覆涂层试样的摩擦因数变化过程相似,大致分为磨合与稳定两个阶段,但420涂层试样的摩擦因数在低转速时的波动较为严重;经局部修复后的车轮试样磨损率在2μg/m以下,处于较低水平,间接表明利用激光熔覆技术对受损车轮进行局部修复的可行性;试验后三种熔覆车轮试样表面和剖面区域均存在损伤,但损伤程度不同。316L和420熔覆车轮试样表面的涂层区和基体区域损伤较为严重,剖面区域也存在较多的剥落坑和大角度短裂纹,420熔覆涂层试样中裂纹角度和长度最大;304L熔覆涂层同车轮基体结合较好,试验后结合区域内仅存在少量剥落,热影响区附近存在少量磨屑,且涂层区和基体区裂纹角度小,裂纹深度浅,磨损量较小,表现出较好的抗磨损和抗疲劳性,因此在高温高湿环境下较为适合车轮的局部修复。研究结果可为激光熔覆技术在列车车轮局部修复的应用与优化提供理论与技术指导。 展开更多
关键词 激光熔覆 损伤车轮 微观组织 磨损 滚动接触疲劳
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GCr15钢激光固态相变滚动接触疲劳性能研究
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作者 张群莉 胡牛楠 +5 位作者 项一侯 陈智君 王建刚 陈凯 安少刚 姚建华 《表面技术》 北大核心 2025年第7期129-138,150,共11页
目的基于高速列车运行工况的复杂性,更高的转速将导致其轴承滚道发生更严重的磨损,需要硬度更高、深度更深的强化层保护轴承在高周次循环下的正常运行,采用深层强化技术,深入研究强化层深度对其滚动接触疲劳性能的影响,以期指导工程实... 目的基于高速列车运行工况的复杂性,更高的转速将导致其轴承滚道发生更严重的磨损,需要硬度更高、深度更深的强化层保护轴承在高周次循环下的正常运行,采用深层强化技术,深入研究强化层深度对其滚动接触疲劳性能的影响,以期指导工程实践。方法采用平面线接触滚动接触疲劳装置,分析不同强化层深度对GCr15轴承钢滚动接触疲劳性能的影响。使用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、激光共聚焦显微镜等设备分析不同深度强化层的组织转变和滚动接触疲劳损伤机理。结果GCr15轴承钢表层因激光固态相变的快速加热和冷却过程,形成隐晶马氏体,碳化物形态由不规则聚集转变为更均匀、更细小的球状碳化物,表层硬度显著增加。同时,激光固态相变引入了最高达373 MPa的残余压应力,残余压应力对抑制裂纹扩展具有显著效果,可使材料在保持较好耐磨性的同时提高其滚动接触疲劳性能。结论在相同的疲劳试验条件下,强化层深度越大,材料的抗塑性变形能力越强,裂纹扩展更困难,疲劳损伤由表面早期大面积剥落转为局部剥落损伤,该研究可为高速列车轴承的表面强化处理提供参考。 展开更多
关键词 激光固态相变 GCR15轴承钢 滚动接触疲劳性能 损伤机理
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基于裂纹损伤楔形体积/截面积的滚动接触疲劳损伤量化评价方法研究
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作者 谢瑜龙 王文健 +3 位作者 丁昊昊 张沭玥 郭俊 刘启跃 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第9期1354-1365,共12页
针对滚动接触疲劳所产生的不同形态疲劳裂纹,通过合理的评价方法对疲劳裂纹损伤进行量化评价,能够有效地评判滚动接触疲劳裂纹的损伤量,为滚动体损耗件的维护提供理论指导.本文中以轮轨滚动接触疲劳裂纹损伤为特例,提出了不同轮轨材料... 针对滚动接触疲劳所产生的不同形态疲劳裂纹,通过合理的评价方法对疲劳裂纹损伤进行量化评价,能够有效地评判滚动接触疲劳裂纹的损伤量,为滚动体损耗件的维护提供理论指导.本文中以轮轨滚动接触疲劳裂纹损伤为特例,提出了不同轮轨材料滚动接触疲劳损伤客观评价的裂纹最小尺寸界限确定方法,并根据轮轨滚动接触疲劳裂纹损伤特性建立了滚动接触疲劳裂纹损伤量的量化评价方法.首先,根据不同轮轨材料微观组织晶粒尺寸,建立了轮轨材料滚动接触疲劳损伤客观评价的裂纹最小长度确定方法;其次,基于轮轨滚动接触疲劳损伤的楔形体积/截面积进一步构建了疲劳裂纹损伤量的量化评价方法;最后,根据以工程应用为导向的安定图中棘轮效应发生的接触参数,开展不同接触条件下的轮轨滚动接触疲劳模拟试验,依据客观评价滚动接触疲劳损伤的裂纹最小长度标准,通过常用滚动接触疲劳损伤量化评价指标对钢轨材料疲劳裂纹进行统计分析.同时,通过新建立的量化评价方法对统计分析的疲劳裂纹损伤进行量化评价,并对比分析了其他量化评价方法对疲劳裂纹损伤的评价效果,最后对不同评价结果进行了对比分析.结果表明:从材料微观组织晶粒尺度来判断客观评价滚动接触疲劳损伤的裂纹最小尺寸界限,能够合理的确定不同材料滚动接触疲劳损伤客观评价的裂纹尺寸.基于裂纹损伤的楔形体积/截面积的疲劳裂纹损伤量化评价方法,相比通过裂纹的单个评价指标和目前其他量化评价方法对疲劳裂纹损伤量的量化评价,评价结果是一致的.并且,本文中所建立的滚动接触疲劳裂纹损伤量化评价方法和其物理意义更加全面合理,此方法对不同滚动体的滚动接触疲劳裂纹损伤的量化评价均适用. 展开更多
关键词 滚动接触疲劳 量化评价方法 安定图 裂纹最小长度 楔形体积/截面积
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交变激励下钢轨表面裂纹的磁场畸变量重构
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作者 王驰 周宇 翁之意 《中国机械工程》 北大核心 2025年第4期830-839,共10页
交流电磁场交变激励下磁场畸变响应(畸变量)与钢轨滚动接触疲劳裂纹形态参数的关系尚不明确,提出了一种函数化重构交流电磁场磁场畸变响应的方法。在对某重载铁路钢轨滚动接触疲劳裂纹表面开口长度、椭圆比和内部倾角等形态参数的全寿... 交流电磁场交变激励下磁场畸变响应(畸变量)与钢轨滚动接触疲劳裂纹形态参数的关系尚不明确,提出了一种函数化重构交流电磁场磁场畸变响应的方法。在对某重载铁路钢轨滚动接触疲劳裂纹表面开口长度、椭圆比和内部倾角等形态参数的全寿命周期取样观测基础上,构建了交流电磁场对不同裂纹形态参数的磁场畸变量响应模型,得到了裂纹不同形态参数与磁场畸变量的关系;对磁场畸变-裂纹参数的响应曲线进行拟合和评估,得到磁场变化量与裂纹形态参数关系的函数重构表达。研究结果表明:交流电磁场磁场畸变量受各裂纹参数共同影响,磁场畸变量峰值随裂纹表面开口长度的增大呈近似线性增大,随裂纹椭圆比的增大呈非线性减小,随裂纹内部倾角的增大呈非线性增大,各变化规律可以通过多项式描述;磁场畸变量随裂纹参数的变化规律可以被函数化重构,重构结果与磁场响应间的决定系数超过0.99,误差平方和小于0.00115,均方误差小于0.003。 展开更多
关键词 钢轨 滚动接触疲劳 无损检测 交流电磁场检测 磁场响应
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钢轨滚动接触疲劳裂纹形态参数的交流电磁场响应规律
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作者 王驰 周宇 +1 位作者 翁之意 李骏鹏 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第10期1595-1605,共11页
为了探明交流电磁场检测中在钢轨表面形成的磁场响应与轨面滚动接触疲劳裂纹空间形态的关系,结合含滚动接触疲劳裂纹的钢轨现场观测和X射线断层扫描,确定了重载铁路不同通过总重下钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的表面开口长度、内部倾角与... 为了探明交流电磁场检测中在钢轨表面形成的磁场响应与轨面滚动接触疲劳裂纹空间形态的关系,结合含滚动接触疲劳裂纹的钢轨现场观测和X射线断层扫描,确定了重载铁路不同通过总重下钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的表面开口长度、内部倾角与椭圆比范围;建立钢轨裂纹交流电磁场仿真模型,分析不同裂纹形态参数的交流电磁场响应,并将电磁场响应拟合表达裂纹空间形态参数。结果表明:滚动接触疲劳裂纹的交流电磁场响应受裂纹各空间半椭圆参数综合影响并且可以通过函数模型进行描述,描述函数决定系数大于0.9998,误差平方和小于1×10^(-4),均方误差小于1.4×10^(-3),函数模型计算结果与交流电磁场响应具有较好的一致性;整体上,交流电磁场响应特征受内部倾角影响较小,但随着内部倾角减小,影响逐渐增大;交流电磁场响应特征与裂纹表面开口长度近似呈线性变化规律,与椭圆比近似呈指数或高阶函数变化。 展开更多
关键词 交流电磁场检测 钢轨滚动接触疲劳裂纹 半椭圆参数 阻抗边界条件
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高速铁路道岔曲尖轨疲劳裂纹萌生预测
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作者 翁之意 周宇 +1 位作者 王驰 单涛涛 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期619-627,共9页
针对高速铁路道岔曲尖轨疲劳裂纹与磨耗共存发展的情况,提出考虑磨耗的高速铁路道岔曲尖轨裂纹萌生预测方法。以列车侧向-逆向过岔时的轮载转移、轮轨接触状态为例,结合曲尖轨和基本轨的廓形关系,再现曲尖轨磨耗和疲劳累积过程,并分析... 针对高速铁路道岔曲尖轨疲劳裂纹与磨耗共存发展的情况,提出考虑磨耗的高速铁路道岔曲尖轨裂纹萌生预测方法。以列车侧向-逆向过岔时的轮载转移、轮轨接触状态为例,结合曲尖轨和基本轨的廓形关系,再现曲尖轨磨耗和疲劳累积过程,并分析曲尖轨磨耗和疲劳损伤发展特征、轮载转移和轮轨接触变化,从而预测曲尖轨裂纹萌生寿命和位置。结果表明,考虑列车逆、侧向通过的情况,在曲尖轨裂纹萌生过程中,各磨耗阶段内达到磨耗阈值所需的通过总重呈波动变化,即磨耗发展不规则,且基本轨和曲尖轨的磨耗发展率呈相反趋势;曲尖轨顶宽35 mm断面处疲劳裂纹萌生寿命约11.7 MGT(百万吨),裂纹萌生位置在轨顶区域内距轨顶中心10~15 mm、钢轨表面1~3 mm处。 展开更多
关键词 高速铁路 道岔 曲尖轨 轮载转移 滚动接触疲劳
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高速精密角接触陶瓷球轴承设计及试验研究
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作者 谢文超 崔永存 +2 位作者 李小明 董帅豪 周勇勇 《机电工程》 北大核心 2025年第1期33-41,89,共10页
针对某数控机床主轴轴承低极限转速及低DN值(轴承内径和轴承转速的乘积)的问题,为解决机床主轴轴承高极限转速的问题,满足高DN值、高极限转速及精度P4级的要求,设计开发了一款高速电主轴精密角接触陶瓷球轴承,并进行了轴承温升和振动试... 针对某数控机床主轴轴承低极限转速及低DN值(轴承内径和轴承转速的乘积)的问题,为解决机床主轴轴承高极限转速的问题,满足高DN值、高极限转速及精度P4级的要求,设计开发了一款高速电主轴精密角接触陶瓷球轴承,并进行了轴承温升和振动试验。首先,根据轴承的使用环境选取了角接触陶瓷球轴承主参数,并为降低高转速下轴承发热量选取了合适的轴承材料;然后,利用建立的角接触球轴承动力学模型并联立动力学微分方程进行了求解,以摩擦力矩为目标函数对轴承球径和内外沟曲率半径系数进行了正交优化选取,还进行了动力学和疲劳寿命分析;最后,开展了角接触陶瓷球轴承的极限转速试验,进行了温升和振动分析,验证了该轴承温升和振动指标满足设计要求。研究结果表明:优化后得到轴承的球径D w为6.35 mm、内沟曲率半径系数f i为0.55、外沟曲率半径系数f e为0.52;计算优化后角接触陶瓷球轴承的最大接触应力不超过2100 MPa,滚动体与保持架的最大作用力不超过3 N,保持架受到的等效应力及极限转速下轴承疲劳寿命为84.5 h左右,均满足设计使用要求;且优化后的角接触陶瓷球轴承最小摩擦力矩为102.0331 N·mm;优化后轴承的最高温度为56℃,振动加速度不高于19.6 m/s^(2)。该轴承满足超精密数控机床高速电主轴的应用需求,同时提高了国内现有高速电主轴的极限转速。 展开更多
关键词 高速机床电主轴 滚动轴承 摩擦力矩 动力学分析 极限转速 滚道接触性能 保持架碰撞力 疲劳寿命 轴承温升和振动
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基于ISO/TS 16281:2008寿命计算方法的深沟球轴承沟曲率半径研究
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作者 魏延刚 黄景德 +1 位作者 段同江 李东炬 《轴承》 北大核心 2025年第6期45-52,共8页
根据ISO/TS 16281:2008的疲劳寿命计算方法,基于RomaxDesigner建立某电动机6308深沟球轴承系统整体模型,分析了沟曲率半径对轴承内部载荷、接触应力和疲劳寿命等的影响,结果表明:沟曲率半径不仅通过直接影响接触应力对寿命产生影响,而... 根据ISO/TS 16281:2008的疲劳寿命计算方法,基于RomaxDesigner建立某电动机6308深沟球轴承系统整体模型,分析了沟曲率半径对轴承内部载荷、接触应力和疲劳寿命等的影响,结果表明:沟曲率半径不仅通过直接影响接触应力对寿命产生影响,而且还通过影响轴承内部载荷分布、球当量动载荷、基本额定动载荷和寿命修正系数等对寿命产生极大影响;相同工况条件下,存在一个相对最优的沟曲率半径(由于电动机两侧轴承所受载荷不同,最优沟曲率半径不同),考虑加工工艺,最优内圈沟曲率半径为6.12~6.14 mm(对应密合度为0.977~0.980),外圈沟曲率半径为6.30~6.32 mm(对应密合度为0.949~0.952),此时轴承1和轴承2相比原设计方案寿命分别提高约231.14%~234.22%,195.98%~228.27%。 展开更多
关键词 滚动轴承 深沟球轴承 曲率半径 载荷分布 接触应力 疲劳寿命
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航天高精度仪表角接触球轴承摩擦力矩分析及优化设计
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作者 赵利锋 张涛 顾家铭 《轴承》 北大核心 2025年第4期11-21,共11页
以某型号航天高精度仪表角接触球轴承为研究对象,考虑球与沟道的各种滑动,基于动力学理论和能量守恒原理建立了轴承摩擦力矩计算模型,分析了结构参数对轴承摩擦力矩大小和波动性的影响,结果表明:球径和兜孔间隙对轴承摩擦力矩的波动性... 以某型号航天高精度仪表角接触球轴承为研究对象,考虑球与沟道的各种滑动,基于动力学理论和能量守恒原理建立了轴承摩擦力矩计算模型,分析了结构参数对轴承摩擦力矩大小和波动性的影响,结果表明:球径和兜孔间隙对轴承摩擦力矩的波动性影响较大,摩擦力矩的波动性随着球径和兜孔间隙增加而增加;沟曲率半径系数和引导间隙对轴承摩擦力矩的大小影响较大,摩擦力矩的大小随着内、外圈沟曲率半径系数增加而减小,随着引导间隙增加先略微减小后增加,存在最优引导间隙使摩擦力矩最小。并对结构参数进行正交优化设计,优化后的轴承摩擦力矩平均值、标准差减小,运转更稳定,证明了本文计算模型和优化设计方案的正确性。 展开更多
关键词 滚动轴承 角接触球轴承 摩擦力矩 疲劳寿命 动力学仿真 优化设计
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Study on the damage mechanism of high-speed turnout switch rails on large ramps
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作者 WANG Kai ZHU Hui +7 位作者 XU Jing-mang BAI Tao-shuo TIAN Chun-xiang QIAN Yao GAO Yuan CHEN Rong WANG Ping LIU Ya-nan 《Journal of Central South University》 2025年第1期288-303,共16页
The influence of ramps on the transient rolling contact characteristics and damage mechanisms of switch rails remains unclear,presenting substantial challenges to the safety of railway operations.To this end,this pape... The influence of ramps on the transient rolling contact characteristics and damage mechanisms of switch rails remains unclear,presenting substantial challenges to the safety of railway operations.To this end,this paper constructs a transient rolling contact finite element model of the wheel-rail in switch under different ramps using ANSYS/LSDYNA method,and analyzes the tribology and damage characteristics when the wheel passes through the switch at a uniform speed.Our research findings reveal that the vibration induced in the switch rail during the wheel load transfer process leads to a step-like increase in the contact force.Moreover,the interaction between the wheel and the rail primarily involves slip contact,which may significantly contribute to the formation of corrugations on the switch rail.Additionally,the presence of large ramps exacerbates switch rail wear and rolling contact fatigue,resulting in a notable 13.2%increase in switch rail damage under 40‰ramp conditions compared to flat(0‰ramp)conditions.Furthermore,the large ramps can alter the direction of crack propagation,ultimately causing surface spalling of the rail.Therefore,large ramps intensify the dynamic interactions during the wheel load transfer process,further aggravating the crack and spalling damage to the switch rails. 展开更多
关键词 WEAR rolling contact fatigue high-speed turnout large ramps
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