汽车驱动桥主减速器圆锥滚动轴承应力预测系统

论文摘要

驱动桥的主减速器有改变转矩传递方向和解决左、右驱动车轮间的转矩分配问题的作用,其质量直接影响整车的质量。圆锥滚动轴承作为驱动桥主轴的关键部件,其精度、振动和可靠性等指标对驱动桥的性能和寿命起着决定性的作用。驱动桥主减速器主轴圆锥滚动轴承的工况具有如下的特点:①转速较高,转速在1000-2800转/分钟;②载荷较大,一般承受重载;③轴承转动时,存在径向跳动。这些不利因素,常使得滚动体出现打滑、歪斜、滚子与滚道及挡边之间发生剧烈摩擦,造成轴承发热和磨损,从而导致轴承过早失效。轴承失效是导致驱动桥主减速器寿命减少主要原因之一。通常的设计方法在进行轴承设计分析时,存在计算过程复杂和计算不准确的问题。近几年来,随着有限元软件在求解接触问题上的应用,为滚动轴承系统的设计与分析提供了强有力的研究工具。本文在滚动轴承类型一定的情况下,研究驱动桥主减速器圆锥滚动轴承的力学模型,包括:（1）锥齿轮啮合力通过轴作用到轴承上,使内外圈滚道和滚动体受力;（2）滚动轴承的安装预紧时,内外圈滚道和滚动体之间产生的作用力;（3）锥齿轮轴在驱动扭转和锥齿轮啮合力作用下转动,使得安装轴承颈处产生径向跳动,从而引起的滚动轴承受力。本文考虑弹性流体动力特性,着重叙述了复合迭代的求解方法。讨论了轴承滚道表面粗糙度对油膜分布的影响,以及表面粗糙度和油膜分布对轴承滚道与滚动体摩擦系数的影响。用数学类软件开发用户界面,分析不同粗糙度对油膜厚度变化的规律,确定出滚动体与内外圈的摩擦系数。用ANSYS二次开发语言UIDL在ANSYS中建立圆锥滚动轴承应力预测分析模块,并且将其作为一个菜单加入到ANSYS的主菜单中。利用计算出的摩擦系数,求解出施加外部载荷和惯性力的接触应力分布。所以轴承预测系统实现了输入润滑油物理参数和外载荷情况,得到油膜厚度、摩擦系数、油膜压力和轴承应力分布的情况。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外轴承及轴承软件研究概况
• 1.2.2 国内相关领域研究概况
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 轴承的力学模型和弹性接触
• 2.1 汽车驱动桥的工作原理
• 2.2 主动螺旋锥齿轮力学模型
• 2.2.1 主动螺旋锥齿轮圆周力
• 2.2.2 主动螺旋锥齿轮轴向力
• 2.2.3 径向力
• 2.3 主减速器圆锥齿轮受力分析
• 2.3.1 轴承支反力
• 2.3.2 轴承轴向力
• 2.4 圆锥滚动轴承的安装预紧力
• 2.4.1 摩擦力矩表征
• 2.4.2 圆锥滚动轴承预紧力
• 2.5 滚动轴承负荷分布
• 2.6 滚珠的线速度
• 2.7 经典赫兹理论接触
• 2.7.1 Hertz 理论的基本假设
• 2.7.2 Hertz 理论的假设的说明
• 2.7.3 Hertz 线接触弹性趋近量计算
• 2.8 三维弹性接触的有限元分析可行性
• 2.8.1 圆锥滚动轴承的有限元模型
• 2.8.2 当量载荷下有限元结果和赫兹数值结果的比较
• 2.9 本章小结
• 第3章 摩擦系数的求解
• 3.1 弹流润滑数学模型
• 3.1.1 等温稳态Reynodls方程
• 3.1.2 油膜厚度（弹性变形方程）
• 3.1.3 粘压方程（等温）
• 3.1.4 密压方程（等温）
• 3.1.5 载荷方程
• 3.1.6 摩擦系数
• 3.1.7 模型的无量纲
• 3.2 数值计算方法
• 3.2.1 离散弹性变形方程
• 3.2.2 离散等温稳态 Reynodls 方程
• 3.2.3 摩擦系数公式推导
• 3.3 结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 汽车后桥圆锥滚动轴承有限元数值模拟
• 4.1 轴承仅在预紧载荷作用下的应力分析
• 4.2 轴承径向载荷作用下的应力分析
• 4.3 轴承轴向载荷作用下的应力分析
• 4.4 轴承在外载荷作用下的应力分析
• 4.5 存在惯性力的轴承应力分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 驱动桥主减速器圆锥滚动轴承的预测系统
• 5.1 预测系统程序流程图
• 5.2 数学软件图形用户界面的设计
• 5.2.1 图形用户界面的设计
• 5.2.2 用户界面（GUI）
• 5.3 有限元软件二次开发程序界面设计
• 5.3.1 用户界面设计语言 UIDL
• 5.3.2 控制文件简介
• 5.3.3 UIDL 调用机制
• 5.3.4 用户参数化语言 APDL
• 5.4 圆锥滚动轴承分析模块
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 本文存在的不足
• 参考文献
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 导师及作者简介