重卡后桥减速器用圆锥滚子轴承大挡边结构优化

摘要

重型卡车后桥减速器是重卡传动系的一部分，减速器所用圆锥滚子轴承是保证其正常运行的关键零部件之一。某重型卡车后桥减速器选用32013型圆锥滚子轴承，由于轴承须在重载、承受大冲击载荷并承受径向和轴向载荷的恶劣工况下运行，大挡边会偶发轴向断裂的现象，这将降低轴承使用的可靠性和寿命。所以，需要对轴承大挡边断裂现象进行分析，找出断裂原因和解决措施，确保轴承安全、可靠的运转。
　　本文主要的研究内容包括以下方面：
　　（1）研究了圆锥滚子轴承32013大挡边断裂失效的原因。分析了圆锥滚子轴承32013的结构，确定了单个轴承的受力状态。根据实际工况下重型卡车后桥减速器轴承受载形式及相关参数，计算出了轴承所受载荷的大小。计算结果表明，发生断裂失效现象的轴承是在超载的工况下运行的，所以超载是导致轴承断裂失效的根本原因。
　　（2）研究了提高大挡边强度的方法。通过对影响轴承大挡边强度因素的分析，提出了增大大挡边厚度来减小挡边所受应力的方法，分别利用传统力学和有限元软件计算出了挡边厚度加厚时对应的应力值。结果表明，增大挡边厚度，可提高挡边强度。随后，研究了大档边加厚的轴承结构。基于轴承设计轻量化的设计准则，确定了大挡边加厚的尺寸方向，依据标准32013结构图，对滚子长度和大径做了相应调整，得出了挡边加厚后的轴承内圈结构图。
　　（3）应用有限元分析了轴承大挡边的受力状况。通过 ANSYS软件分别对额定载荷和超载时轴承模型所受载荷的仿真分析，计算了不同载荷时大挡边处的接触应力，发现轴承超载时所受应力及变形程度均高于额定载荷时的状态。通过对不同挡边厚度模型的有限元分析，发现随着挡边厚度的不断增加，大挡边处所受应力将逐渐减小的变化趋势，进而印证了增大挡边厚度可以降低挡边所受应力的可行性。接着，依据大挡边的结构形式和大挡边受力作用点对挡边强度的影响，确定了优化后的大挡边尺寸并推导出了挡边受力作用点位置的计算公式及挡边与内滚道夹角的取值范围，得到了优化后的大挡边结构尺寸。
　　（4）验证了大挡边优化后的圆锥滚子轴承32013的疲劳寿命。依据优化后的轴承结构尺寸图，对轴承制定了合理的生产加工工艺与检测要求，应用疲劳寿命实验机机对优化后的轴承做疲劳实验，发现当挡边厚度为a=5.49±0.01,ψ=89°27’~89°38’时，轴承不再出现断裂失效现象，此时轴承寿命可完全满足使用要求。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

插图索引

附表索引

第 1 章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题来源、研究的主要内容及其创新点

第 2 章 圆锥滚子轴承 32013结构及其挡边设计

2.1 圆锥滚子轴承的结构及特点

2.2圆锥滚子轴承32013结构

2.3本章小结

第 3 章 圆锥滚子轴承 32013受力分析

3.1重型卡车后桥减速器简介

3.2减速器锥齿轮受力分析

3.3减速器主动锥齿轮圆锥滚子轴承32013的受力分析

3.4 大挡边受力分析

3.5 本章小结

第 4 章 基于ANSYS的圆锥滚子轴承32013挡边优化

4.1圆锥滚子轴承32013三维模型的建立

4.2基于有限元法的接触应力分析

4.3挡边受力作用点位置优化

4.4 轴承断裂失效现象及预防措施总结

4.5本章小结

第 5 章 圆锥滚子轴承32013大挡边优化后的加工

5.1图纸分析

5.2圆锥滚子轴承32013内圈加工

5.3本章小结

第6章 实验验证

6.1 实验目的与内容

6.2 实验装置及方法

6.3优化后的圆锥滚子轴承加载实验

6.4本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文