多挡位下履带车辆HMT对称转子轴承力学特性分析及其寿命预测

作     者：李青松 

作者单位：上海应用技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张珂

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：磨损损伤 裂纹 滚动轴承 接触特性 疲劳寿命 

摘      要：轴承作为机械运转的关键性部件运用于工程领域,其中滚动轴承因具备摩擦系数小、精度高、互换性好、不需繁琐供油润滑等系列优点得到广泛应用。目前轴承的寿命研究中,仅仅对轴承进行整体分析而忽略很多参数,对轴承圆度误差、摩擦系数、损伤磨损与裂纹萌生等疲劳寿命影响因素并未考虑,其所得结果远远大于实际寿命值,预测结果不够精准。本文基于履带车辆HMT行星轮系太阳轮轴轴承进行了以下的研究:(1)对赫兹接触理论中的接触模型进行了总结,并对轴承疲劳寿命相关理论优劣作比较。基于ANSYS Workbench联合n Code-Design Life的滚动轴承应力、应变、变形量、疲劳寿命进行分析;为验证仿真模型的有效性,结合理论计算对比,可知误差较小。(2)分析轴承接触状态下的特性参数。首先考虑轴承内圈不同圆度误差下接触力学特性和疲劳寿命分析,基于近似来定量分析不同圆度误差与轴承疲劳寿命的关系,轴承内圈的轮廓近似为正多边形,对不同正多边形模型进行疲劳寿命分析和对比验证。其次基于Romax动力学软件分析接触特性和疲劳寿命,建立模型对轴承所处工况进行接触应力分析,并对寿命以及磨损进行分析和探讨。最后探讨滚动体与内外圈滚道接触摩擦系数大小对轴承总变形、轴承应力、疲劳寿命的影响。(3)针对四种不同档位工况进行轴承磨损分析来探讨磨损对疲劳寿命的影响。首先分析不考虑磨损的结果并验证可行性。探讨滚动轴承考虑接触磨损损伤后对轴承变形量、等效应力、轴承的寿命的影响;其次研究滚动体弹性滑动、系统动能和系统应变能的影响。结果显示:在不同档位下的寿命下降率最高达26%。滚动体和内圈、外圈之间接触磨损随着速度的增加表现为:转速越高,磨损越大;接触磨损随着径向载荷的增加表现为:载荷越大,轴承磨损越多。(4)针对四种不同档位工况进行轴承裂纹分析来探讨裂纹对疲劳寿命的影响。首先分析了不考虑裂纹的轴承疲劳寿命;然后分析考虑预裂纹的疲劳寿命并进行了对比;其次分析轴承在已产生裂纹状态下的剩余疲劳寿命;最后对轴承疲劳寿命进行试验验证。结果显示:预裂纹的引入使轴承疲劳寿命的仿真预测更接近实际,最小误差仅为5.9%;预裂纹引入导致轴承的变形量大幅度增加,轴承的寿命下降率最高高达48%;轴承已有裂纹如继续使用,HM1档位下剩余疲劳寿命最小为:0.059%。(5)对轴承进行疲劳寿命试验验证。轴承疲劳寿命试验结果和疲劳寿命仿真结果对比存在一定的误差。不考虑磨损与考虑磨损对比、不考虑预裂纹与考虑预裂纹对比,说明本文中考虑磨损和考虑裂纹的轴承寿命的仿真预测模型具有可行性。