某变速器轴承滚珠与滚道非赫兹接触分析

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1、某变速器轴承滚珠与滚道非赫兹接触分析重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：兰江明指导教师：胡玉梅教授专业：车辆工程学科门类：工学重庆大学汽车工程学院二O一五年五月Anon-HertziancontactanalysisfortheballandracewayofatransmissionbearingAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngine

2、eringByLanJiangmingSupervisedbyProf.HuYumeiSpecialty:VehicleEngineeringCollegeofAutomobileEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要滚动轴承是机械行业中通用的旋转基础件之一，是汽车变速器的重要承载单元，其运转性能的好坏直接影响整车的性能。滚动轴承工作条件非常恶劣，高转速、大负荷和润滑不良等加剧了轴承的破坏。汽车变速器的噪声及过早破坏多

3、是由于滚动轴承的失效导致的。滚动轴承的主要失效形式疲劳点蚀、剥落、压溃、胶合等都与轴承接触有关。因此，研究滚珠与滚道的真实接触情况对于研究轴承的失效具有重要意义。本文以某双中间轴式变速器某轴承的提前失效为研究背景，计算了该变速器在一挡与倒档等大扭矩极限工况下各支承轴承的外载荷分布，证实了承载最严重的深沟球轴承正是该变速器台架试验中提前失效的轴承。以承载最严重深沟球轴承为对象，建立了该轴承的有限元模型，同时考虑径向载荷与轴向载荷、游隙、保持架调心作用、轴承各部件弹性及重力影响，分析了滚珠的载荷分布，结果显

4、示承载最大的为正对径向载荷方向的滚珠。在此基础上，分析了不同外载荷作用下滚珠的载荷分布特性。建立了滚珠与内滚道在轴承圆周方向对称截面内的二维非协调接触有限元模型，通过与赫兹接触理论解进行对比，验证了有限元处理方法的合理性。在此基础上，推广建立了滚珠与外滚道三维接触有限元模型。为便于与赫兹理论解进行对比，分析滚珠与外滚道由于协调接触而不满足弹性半空间假设所导致的误差大小，只考虑径向载荷，使用弹性本构模型进行了深沟球轴承滚珠与外滚道的非赫兹接触分析；滚珠与外滚道的接触有两个非赫兹接触特性，除了协调接触影响外

5、，轴承钢的真实材料本构为弹塑性，当载荷超过材料屈服极限时，材料应力应变呈现非线性关系。弹性本构模型已经不能描述该情况下的接触特性，目前也很难用理论公式进行轴承三维接触塑性区的求解。因此，本文同时考虑滚珠的径向与轴向载荷，用弹塑性本构模型仿真获取了滚珠与外滚道的真实接触情况，并分析了弹性与弹塑性本构模型导致计算结果的差异。为更深入了解塑性区的接触特性，分析了不同过载工况下滚珠与外滚道的主要接触参数的差异。本文进行了滚珠与外滚道瞬态仿真分析，发现由于瞬态效应作用，滚珠的应力分布将偏向滚动方向，且随摩擦系数的

6、增加，该偏移角度将增加。本文进行的滚珠与滚道非赫兹接触分析可以获取更加真实的轴承接触特性，有效指导轴承表面处理设计与接触疲劳寿命预测。本文的研究对轴承的设计、磨损、润滑等研究具有一定的参考价值。关键词：有限元；载荷分布；弹塑性；非赫兹接触；深沟球轴承I英文摘要ABSTRACTRollingbearingisoneofthemostwidelyusedrotatingpartsinmachineryindustry,andalsoanimportantsupportunitofautomotivetran

7、smission.Itiseasilytobedamagedespeciallyunderharshworkingconditions,suchashighrotatingspeed,heavyloadandpoorlubrication.Excessivenoiseandprematurebreakdownoftheautomotivegearboxesaremainlycausedbythefailureofrolling-elementbearings.Theoriginsoffailureinr

8、ollingbearingsaremainlyduetothecontactofrollerandraceway,resultinginsuchcommonlyknowndamagesaspitting,spalling,crushing,peeling,scuffing.Therefore,thestudyoftherealcontactsituationbetweenrollerandracewayisofgreatsignifican