某變速器軸承滾珠與滾道非赫茲接觸分析.pdf

1、滾動軸承是機(jī)械行業(yè)中通用的旋轉(zhuǎn)基礎(chǔ)件之一，是汽車變速器的重要承載單元，其運(yùn)轉(zhuǎn)性能的好壞直接影響整車的性能。滾動軸承工作條件非常惡劣，高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷和潤滑不良等加劇了軸承的破壞。汽車變速器的噪聲及過早破壞多是由于滾動軸承的失效導(dǎo)致的。滾動軸承的主要失效形式疲勞點(diǎn)蝕、剝落、壓潰、膠合等都與軸承接觸有關(guān)。因此，研究滾珠與滾道的真實(shí)接觸情況對于研究軸承的失效具有重要意義。本文以某雙中間軸式變速器某軸承的提前失效為研究背景，計(jì)算了該變速器在一擋與

2、倒檔等大扭矩極限工況下各支承軸承的外載荷分布，證實(shí)了承載最嚴(yán)重的深溝球軸承正是該變速器臺架試驗(yàn)中提前失效的軸承。
　　本研究以承載最嚴(yán)重深溝球軸承為對象，建立了該軸承的有限元模型，同時考慮徑向載荷與軸向載荷、游隙、保持架調(diào)心作用、軸承各部件彈性及重力影響，分析了滾珠的載荷分布，結(jié)果顯示承載最大的為正對徑向載荷方向的滾珠。在此基礎(chǔ)上，分析了不同外載荷作用下滾珠的載荷分布特性。建立了滾珠與內(nèi)滾道在軸承圓周方向?qū)ΨQ截面內(nèi)的二維非協(xié)調(diào)接觸

3、有限元模型，通過與赫茲接觸理論解進(jìn)行對比，驗(yàn)證了有限元處理方法的合理性。在此基礎(chǔ)上，推廣建立了滾珠與外滾道三維接觸有限元模型。為便于與赫茲理論解進(jìn)行對比，分析滾珠與外滾道由于協(xié)調(diào)接觸而不滿足彈性半空間假設(shè)所導(dǎo)致的誤差大小，只考慮徑向載荷，使用彈性本構(gòu)模型進(jìn)行了深溝球軸承滾珠與外滾道的非赫茲接觸分析；滾珠與外滾道的接觸有兩個非赫茲接觸特性，除了協(xié)調(diào)接觸影響外，軸承鋼的真實(shí)材料本構(gòu)為彈塑性，當(dāng)載荷超過材料屈服極限時，材料應(yīng)力應(yīng)變呈現(xiàn)非線性關(guān)

4、系。彈性本構(gòu)模型已經(jīng)不能描述該情況下的接觸特性，目前也很難用理論公式進(jìn)行軸承三維接觸塑性區(qū)的求解。因此，本文同時考慮滾珠的徑向與軸向載荷，用彈塑性本構(gòu)模型仿真獲取了滾珠與外滾道的真實(shí)接觸情況，并分析了彈性與彈塑性本構(gòu)模型導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的差異。為更深入了解塑性區(qū)的接觸特性，分析了不同過載工況下滾珠與外滾道的主要接觸參數(shù)的差異。本文進(jìn)行了滾珠與外滾道瞬態(tài)仿真分析，發(fā)現(xiàn)由于瞬態(tài)效應(yīng)作用，滾珠的應(yīng)力分布將偏向滾動方向，且隨摩擦系數(shù)的增加，該偏移角