汽车轮毂轴承疲劳失效分析及预防研究

论文摘要

汽车轮毂轴承是汽车底盘及传动机构中非常重要的零部件之一,作用主要是承受汽车的重量及为轮毂的传动提供精确的向导。轮毂轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷,当汽车在斜面上转弯时还受到轴向力产生的弯矩作用,是一个非常重要的安全件,同时也是易损坏的零部件。轴承的失效模式按照ISO 15243:2004(E)中的定义主要有疲劳、磨损、腐蚀、电腐蚀、塑性变形和破裂。在正常使用条件下,轴承主要的失效模式是疲劳。随着国内汽车产量不断攀升,2009年已经突破1000万台,轮毂轴承的产能也急剧增长,随之而来的汽车使用与保养尤其是属于安全件的轮毂轴承的使用及保养注意事项也需要有专门的人员参与研究。通过对国外第一和第二代轮毂轴承(FAG)失效模式的统计和分析发现,在保修期内,最常见的失效模式是疲劳损伤,包括局部浅层疲劳和表层疲劳两种失效形式,具体表现为内外圈滚道和滚动体表面有疲劳裂纹或材质剥落。结合轮毂轴承工作特点及对失效轴承的组织、硬度、材料和润滑状况分析,提出造成轴承疲劳失效的原因大多与轴承设计、轴承体材质、工艺关系甚小,而润滑不良致使润滑油膜形成不理想或游隙过大致使接触面滑动时,除在接触表面存在赫兹应力,还会在接触表面下方产生交变剪切应力,这种剪切应力会导致表面的材质疲劳而产生疲劳裂纹,然后扩展到表面形成材质剥落。本文通过对汽车轮毂轴承零组件设计及润滑系统的客观分析以及对轮毂轴承疲劳失效成因的详细阐述,目的希望汽车使用者能更好的去预防疲劳失效,避免造成更多的,不必要的损失。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 滚动轴承简述
• 1.1 滚动轴承定义
• 1.2 滚动轴承的组成
• 1.3 滚动轴承的作用
• 1.4 滚动轴承的基本特点
• 1.4.1 优点
• 1.4.2 缺点
• 1.5 滚动轴承的分类
• 1.5.1 按滚动轴承结构类型分类
• 1.5.2 按轴承滚动体的种类分类
• 1.5.3 按轴承工作时能否调心分为
• 1.5.4 按轴承滚动体的列数分为
• 1.5.5 按轴承部件能否分离分为
• 1.5.6 按滚动轴承尺寸大小分类
• 1.6 滚动轴承类型的选择
• 1.6.1 载荷的大小、方向和性质
• 1.6.2 允许转速
• 1.6.3 刚性
• 1.6.4 调心性能和安装误差
• 1.6.5 安装和拆卸
• 1.7 滚动轴承与滑动轴承的比较
• 1.7.1 滚动轴承
• 1.7.2 滑动轴承
• 1.7.3 滚动轴承与滑动轴承的区别
• 第2章 汽车轴承技术及其发展
• 2.1 离合器轴承
• 2.1.1 使用条件
• 2.1.2 特性
• 2.2 变速箱轴承
• 2.3 差速器轴承
• 2.4 车体附件轴承
• 2.4.1 车轮用轴承
• 2.4.2 转向器用轴承
• 2.4.3 悬架用轴承
• 2.4.4 增压器用轴承
• 2.4.5 空调用轴承
• 2.4.6 压缩机轴承
• 2.5 发动机附件用轴承
• 2.5.1 起动机轴承
• 2.5.2 张紧器轴承
• 2.5.3 水泵轴承
• 第3章 汽车轮毂轴承简介
• 3.1 深沟球轴承
• 3.2 圆锥滚子轴承
• 3.3 汽车轮毂轴承发展和演变
• 3.3.1 轮毂单元的变迁及其特点
• 3.3.2 目前轮毂轴承的分类
• 3.4 轮毂轴承失效模式分类
• 3.5 轮毂轴承疲劳失效模式研究现状
• 第4章 轮毂轴承疲劳失效的形成及受力分析
• 4.1 轮毂轴承疲劳的形成
• 4.1.1 轴承疲劳的影响因素
• 4.2 轮毂轴承受力分析
• 4.2.1 轮毂轴承接触分析的力学建模
• 4.2.2 基本分析过程
• 第5章 轴承额定疲劳寿命
• 5.1 轴承疲劳寿命的基本概念
• 5.2 基本额定动载荷
• 5.3 轴承寿命的计算
• 5.3.1 基本额定寿命
• 5.3.2 FAG 轴承寿命计算
• 5.3.3 当量动载荷P 的计算
• 5.3.4 轴承的基本额定静载荷
• 第6章 轮毂轴承结构
• 6.1 轮毂轴承的结构及分类
• 6.1.1 轮毂轴承的结构及其配合机构
• 6.2 轮毂轴承的主参数设计
• w'>6.2.1 钢球直径D_w
• 6.2.2 钢球数量Z
• 6.2.3 接触角α
• 6.2.4 沟道半径ri、ro
• 6.2.5 沟道直径di、Do
• 6.2.6 挡边直径di2、Do2
• 6.2.7 外圈双沟道距离
• 6.2.8 内圈沟道位置
• 6.2.9 轮毂轴承设计时几个重要问题
• 6.3 轮毂轴承制造过程简述
• 6.3.1 轮毂轴承制造过程的流程图
• 6.3.2 轴承材料对轴承寿命的影响
• 6.3.3 热处理质量对轴承的影响
• 6.3.4 综述轴承制造过程中可以提高轴承疲劳寿命的几种技术
• 6.3.5 轮毂轴承装配
• 第7章 轴承密封系统简述
• 7.1 轴承密封系统理论设计
• 7.2 FAG 轴承密封系统设计
• 7.3 实际使用中的密封性能及受力影响
• 第8章 润滑系统对轴承疲劳寿命的影响
• 8.1 润滑油脂型号的选择
• 8.1.1 润滑油脂选择试验
• 8.1.2 试验车辆的轴承分析
• 8.2 润滑油脂使用在轴承滚道中的油膜厚度选择
• 8.2.1 润滑油膜的形成
• 8.2.2 最小油膜厚度选择
• 8.2.3 弹性等粘区的油膜厚度
• 8.2.4 弹性等粘区的最小油膜厚度经验公式推导
• 8.2.5 弹性变粘区的油膜厚度推导
• 8.2.6 最小油膜厚度计算公式确定
• 8.2.7 最小油膜厚度经验公式的意义
• 8.3 弹流膜厚与摩擦力矩的关系
• 8.4 测量油膜厚度的方法
• 参考文献
• 攻读工程硕士学位期间发表的论文
• 致谢