某商用车桥圆锥滚子轴承力学性能仿真.pdf

某商用车桥圆锥滚子轴承力学性能仿真 冯喜成，张步良 （东风德纳车桥产品研发中心，襄阳441100 ） 【摘要]】本文利用有限元法对某重型商用车后桥主减速器圆锥滚子轴承的力学特性进行了仿真，计算得 到了圆锥滚子轴承滚子分布力、轴承错位量，并在此基础上计算了滚子接触应力、轴承寿命，上述分析方法已 成功应用于现有产品开发、验证过程。 【关键词】有限元法，滚子分布力，错位，轴承寿命 Roller Bearing Analysis of Commercial Vehicle Axle Feng Xi Cheng,Zhang Bu Liang Dong Feng Dana Axle Company Technology Center，Xiang Yang 441100，china） Abstract: the objective of this paper is uiltilzing finite element method to study the roller bearing abililty underload including roller load distribution、misalignment 、bearing life, and the method has been successfully implicated during a new production design process. Key words: FEM, Roller Load Distribution, Misaligenment, Bearing Life 1 引言 驱动桥主减速器总成中主动锥齿轮与差速器两端支撑多采用圆锥滚子轴承，其中主动锥齿轮又有 悬臂式与骑马式两种支撑形式，悬臂式支撑的端部一般采用圆柱轴承作为导向轴承。伴随商用车高 速、轻量化、重载的要求，驱动桥总成传动系统中轴承的选择及性能要求显得日益重要，直接或间接 的决定了主减速器传动系统振动噪声水平与齿轮耐久性，文献[1]以某变速器总成为研究对象，详细讨 论了轴承刚度对变速器齿轮啮合特性的影响。目前，在驱动桥总成结构布置设计过程中，通常是先根 据主减速器的几何结构尺寸初步选定轴承型号，采用理论计算方法求出作用在主被动齿轮上的轴向 力、径向力及圆周力，然后再求出相应轴承的支撑反力，结合设计经验、轴承使用工作环境等因素计 算轴承寿命。上述理论计算方法将轴承寿命作为其性能评价主要指标，不能量化求出轴承的支撑刚 性，从而造成主减速器齿轮传动系统性能评价数据缺失，并且当出现三个以上轴承支撑形式时，会出 现静不定问题，这时的理论计算方程组会出现微积分，需要借助系统协调方程，加大了手工计算求解 的难度。文献[2]对滚动轴承仿真技术的现状及发展进行了介绍，认为仿真技术已成为轴承产品开发、 分析与设计过程中不可缺少的工具。本文采用有限元分析技术将轴承置于所在的总成系统进行分析研 究，简化了轴承部分性能参数及几何特征，建立了完整的驱动桥主减速器传动系统模型，对轴承在驱 动桥总成系统中的强度、刚度、错位量、寿命指标进行了分析计算，本文为评价轴承在总成系统中的 性能提供了方法与数据支撑。 2 驱动桥总成、圆锥滚子轴承有限元模型的建立 在利用msc.patran/nastran 软件有限元模型建立的过程中，依据产品装配工艺要求将桥总成相关 零件装配在一起，轴承座与减速器壳体通过螺栓联接，考虑主动锥齿轮与外轴承之间隔套的接触状 态，将轴承外圈与轴承座（或减速器壳体）处理为一体。不考虑轴承的装配预紧力及相关零件之间的 装配应力，考虑到非线性计算的时间、模型处理的复杂程度及本文分析计算的目的，将圆锥轴承滚子 简化为弹簧单元，其数量与滚子数量一致，轴承内外圈通过弹簧单元连接，弹簧单元只考虑压缩情况 下的刚度，拉伸刚度近似为零。按照相关台架试验标准，作用力施加在主被动齿轮啮合点上，载荷理 论计算方法参见文献[3]，或采用相关驱动桥专业软件计算，在有限元分析过程中采用的轴承滚子刚度 曲线如图1所示，建好的有限元模型如图2 所示。 -3