卡车轮毂圆锥滚子轴承应力与振动分析

摘要

双列圆锥滚子轴承由于能承受较大的径向力、轴向力及力矩载荷，在卡车轮轴上被广泛应用。卡车轮毂轴承单元的主要作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导，其性能对卡车整车性能有着重要影响。圆锥滚子的凸度设计与轴承的应力分布密切相关，从而影响轴承的振动、噪声、承载能力及疲劳使用寿命等性能。因此对卡车轮毂圆锥滚子轴承的凸度设计进行模拟仿真分析有利于改善轴承的设计理念与加工、装配工艺。
　　本文以卡车轴箱用的双列圆锥滚子轴承为研究对象，在给定的工况条件下计算了轴承的受力情况。在此受力条件下基于 ANSYS静力学分析，研究了圆锥滚子轴承的最佳对数滚子凸度；根据滚子母线与内圈滚道母线都带凸度时，各种凸度匹配结果生成的应力分布情况，得出二者的最佳凸度匹配方案；当圆锥滚子母线凸度中心出现偏移时，对应的轴承内部应力分布会发生改变，可得出加工时允许的滚子母线凸度中心偏移的范围；当凸度滚子出现偏斜时，会造成轴承应力分布异常，需要得出装配时可接受的凸度滚子的偏斜角范围。
　　基于 ANSYS/LS-DYNA，研究了对数凸度圆锥滚子轴承的动力学振动性能。首先建立对数母线滚子轴承的动力学有限元模型，对其动态性能进行模拟仿真计算，提取出来圆锥滚子轴承的动态数据。然后借助于自助法对数据进行分析，得出滚子的凸度设计对轴承动态性能的影响。对数滚子的凸度量可影响轴承的振动波动性，当滚子凸度量处于一定值时，轴承的振动波动性增强；对数滚子中心的凸度偏移也会对轴承的振动波动性造成影响。并且滚子的凸度中心分别向滚子大端与小端偏移时，对轴承的振动波动性影响不一样。滚子母线凸度中心向滚子大端偏移时，偏移量有一定的可接受值，而向滚子小端偏移时，轴承的波动不确定度非常大，不能满足工程应用。所以，对数滚子的凸度中心不宜向滚子小端偏移。
　　本文对卡车轮毂圆锥滚子轴承进行了静力学和动力学有限元分析，结果表明滚子母线的凸度设计可直接影响轴承内部的应力分布及其振动波动性能，这为滚子的凸度设计提供了一些理论支持，也对提高圆锥滚子轴承的承载能力及疲劳使用寿命有重要意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 卡车轮毂轴承单元概述

1.3 滚动轴承的凸度技术的国内外发展状况

1.4 课题来源及主要研究内容

第2章 卡车轮毂轴承载荷计算及滚子凸度设计

2.1 卡车轮毂轴承的计算

2.2 滚子轴承的边缘效应及修形方法

2.3 圆锥滚子轴承有限元模型的建立

2.4 最大承载圆锥滚子与内外圈滚道接触问题的有限元分析

2.5 本章小结

第3章 圆锥滚子轴承的凸度匹配及制造与装配缺陷的有限元分析

3.1 圆锥滚子轴承的有限元分析

3.2 对数滚子母线凸度中心偏移的圆锥滚子轴承有限元分析

3.3 凸度滚子偏斜的圆锥滚子轴承的有限元分析

3.4 本章小结

第4章 凸度圆锥滚子轴承的动力学特性分析

4.1 ANSYS/LS-DYNA简介

4.2 显式动力学基本数学模型

4.3 自助方法概述

4.4 滚子带凸度的圆锥滚子轴承的动力学有限元分析

4.5 滚子凸度偏移对圆锥滚子轴承振动性能的动力学有限元分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果