УДК 629.4.027 УДК 539.37

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПРЕССОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ МОТОРНО-ОСЕВЫХ ПОДШИПНИКОВ ЛОКОМОТИВОВ Термомеханический анализ напряженно-деформированного состояния многослойных прессовых соединений моторно-осевых подшипников локомотивов

Опубликовано в Известия Петербургского университета путей сообщения/Proceedings of Petersburg Transport University · Том 23, Номер 3, 2026 · Страницы 635–648 · Рубрика: Проблематика транспортных систем
DOI: https://doi.org/10.20295/1815-588X-2026-3-635-648
Получено: 02.06.2026 Одобрено: 08.07.2026 Опубликовано: 06.10.2026 Язык публикаций: RUS
Цель: установление фундаментальных термомеханических закономерностей эволюции нелинейного напряженно-деформированного состояния многослойных прессовых соединений моторно-осевых подшипников локомотивов в условиях синергетического воздействия начальных монтажных натягов и экстремальных температурных полей для прогнозирования границ их эксплуатационной надежности. Методы: в среде конечно-элементного анализа реализована двумерная осесимметричная нелинейная контактная модель сопряжения деталей. Взаимодействие контактных пар на границах стыков исследовано с применением нелинейных формулировок с учетом сил трения скольжения. Моделирование выполнено в рамках многоэтапного термомеханического нагружения, включающего последовательные стадии механической запрессовки элементов при базовой температуре, последующего равномерного теплового воздействия в условиях рабочего режима и возврата к исходному температурному состоянию, а также независимого анализа работы конструкции в условиях экстремального нагрева и глубокого охлаждения. Результаты: установлено, что при рабочем нагреве до 90 °C контактное давление снижается на 4,3 % (до 39,9 МПа), активизируя осевое проскальзывание вкладыша до 22,14 мкм. При экстремальном нагреве (+200 °C) эквивалентные напряжения в стальной рубашке достигают пика 245,6 МПа, сохраняя упругий характер деформирования (70 % от предела текучести). При экстремальном охлаждении (–40 °C) интенсивное термическое сжатие бронзы приводит к росту напряжений во вкладыше до 99 МПа, что создает локальную опасность пластического смятия антифрикционного слоя. Практическая значимость: полученные количественные закономерности позволяют обосновать оптимальные монтажные натяги и температурные интервалы безопасной эксплуатации подшипниковых узлов локомотивов, исключающие раскрытие стыков и пластическую деградацию элементов, а также могут использоваться при проектировании перспективных узлов локомотивов.
моторно-осевой подшипник, прессовое соединение, натяг, эквивалентные напряжения по мизесу, тепловое расширение, ANSYS
Текст Список литературы
Текст (PDF)
Читать Скачать

1. Транспортная стратегия Российской Федерации до 2030 года с прогнозом на период до 2035 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 27.11.2021 № 3363-р) // Официальный интернет-портал правовой информации. URL: http://pravo.gov.ru

2. Воробьев А. А., Данилов И. В. Повышение надежности моторно-осевых подшипников тягового подвижного состава // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно- конструкторского института тепловозов (ВНИТИ). 2012. № 14. С. 45–52.

3. Ильин В. В., Попов С. А. Анализ эксплуатационной повреждаемости КМБ современных магистральных тепловозов // Локомотив. 2021. № 8. С. 14–17.

4. Тимошенко С. П., Гере Д. Механика материа лов / пер. с англ. М.: Мир, 1976. 669 с.

5. Гречищев Е. С., Ильяшенко А. А. Соединения с натягом: расчет, проектирование, изготовление. М.: Машиностроение, 1981. 247 с.

6. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчет на прочность деталей машин: справочник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

7. Krotov S. V., Krotov V. P. Application of the of the Wheel Pair of the Car // Transport Problems. Katowice (Poland): Silesian University of Technology. 2011. Vol. 6, iss. 1. Pр. 43–49.

8. Кротов С. В., Сладковски А. Факторный анализ расчета несущей способности колесной пары вагона // Транспорт Урала. 2012. № 2 (33). С. 36–40. EDN OXWYVF

9. Кротов С. В., Кононов Д. П. Исследование напряженно-деформированного состояния при контакте цилиндрических поверхностей деталей железнодорожного подвижного состава // Бюллетень результатов научных исследований. 2022. № 1. С. 33–47. DOI:https://doi.org/10.20295/2223-9987-2022-1-33-47. EDN CTWKWK

10. Кудрявцев М. А. Численный анализ и трибомеханика цилиндрических соединений с натягом на ж/д транспорте. СПб.: ПГУПС, 2019. 162 с.

11. Иванов П. С. Оценка концентрации осевых напряжений в элементах подшипников скольжения тяговых двигателей // Труды Петербургского государственного университета путей сообщения. 2023. Т. 20, вып. 2. С. 88–95.

12. Сайтбурханов Ш. Р. Исследование напряженно-деформированного состояния сопряжений КМБ локомотивов в условиях уральских железных дорог. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2020. 145 с.

13. Ахмеджанов Р. А., Доронин С. В. Оценка термонапряженного состояния прессовых соединений разнородных материалов методом конечных элементов // Вычислительные технологии. 2018. Т. 23, № 4. С. 12–23. DOI:https://doi.org/10.25743/ICT.2018.23.4

14. Богданов В. М. Развитие конструкций и методов расчета узлов трения колесно-моторных блоков локомотивов. М.: Транспорт, 2005. 188 с.

15. Croccolo D., Agostinis M. De, Fini S. Influence Capacity of Interference Fits // Metric Mechanics and Design. 2020. Vol. 142. Pр. 105–114.

16. Zhang Y., Liu X. Finite Element Analysis of Multi-Layered Interference Fits Under Thermal- Mechanical Coupling // Journal of Mechanical Science and Technology. 2022. Vol. 36, no. 5. Pр. 2341–2349.

17. Pedersen P. T. On the Design and Optimization of Multi-Layered Shrink Fits with Thermal Constraints // International Journal of Solids and Structures. 2021. Vol. 210. Pр. 45–56.

18. Колесников И. В. Трибология и механика контактного взаимодействия узлов трения подвижного состава. Ростов н/Д.: Изд-во РГУПС, 2021. 210 с.

19. Ansys Mechanical User’s Guide. Release 2022 R1. Canonsburg: Ansys, Inc., 2022. 1854 p. URL: ansys.com (accessed: 29.05.2026).

Войти или Создать
* Забыли пароль?