【正文】 受氣缸內(nèi)燃?xì)獗l(fā)力和曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力的作用，在不同方向上承受周期性的脈沖載荷。實(shí)測曲線的變化趨勢與按雙質(zhì)量代換系統(tǒng)進(jìn)行理論分析的結(jié)果基本一致。在壓縮行程后半部及作功行程前半部，氣體壓力與往復(fù)慣性力方向相反，合力為二者之差即往復(fù)慣性力使得氣體壓力對機(jī)構(gòu)的作用力減小。、分別為連桿大、小頭孔至連桿質(zhì)心的距離。1）材料及熱處理。 5）外觀質(zhì)量?！斑吘壭?yīng)”的產(chǎn)生使軸承的疲勞壽命大大降低，因?yàn)檠芯勘砻鳎S承的壽命與應(yīng)力的7次方成反比[7]。由于滾子兩端有突變的倒角，近似于直角邊緣，兩端出現(xiàn)嚴(yán)重的邊緣效應(yīng)，壓力急劇增大，接觸區(qū)域急劇擴(kuò)展，形成了接觸壓力的奇異分布區(qū)，造成該處的早期疲勞失效。當(dāng)凸度半徑取值合理時，即凸度量選擇合理，滾子全長接觸并且兩端無邊緣效應(yīng)。當(dāng)受偏載荷時，它的壓力分布更優(yōu)于上述各種凸型的滾子。經(jīng)過系統(tǒng)的論證滾子凸型對接觸壓力分布的影響，通過理論分析和壽命對比試驗(yàn)得出：對數(shù)母線凸型是滾子凸度設(shè)計優(yōu)先選用的凸型。最后進(jìn)行計算分析及結(jié)果處理，建立研究三輪摩托車發(fā)動機(jī)的曲柄連桿總成的慣性力數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用ANSYS等有限元分析軟件對滾針設(shè)計各凸型和不同的凸度量運(yùn)算分析，得出最優(yōu)的凸型和凸度量，從而減少甚至消除滾針的邊緣效應(yīng)，增加滾針的承載能力和抗疲勞特性，提高滾針軸承的使用壽命，整體提高三輪摩托車發(fā)動機(jī)的性能和產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，為三輪摩托車使用者提供更舒適的駕駛感受。[9]滾針的凸度決定了滾針軸承的與滾道間接觸壓力的分布狀況，是影響曲柄連桿總成的主要因素之一。式中：R——材料常數(shù)，與兩接觸體材料的彈性模量、泊松比有關(guān)；fij——影響系數(shù)，是作用于單元j上單位壓力，使單元i中心處產(chǎn)生z方向上變形，μm（計量單位）；pj——單元j中心的壓力樣本值，N；p——總的外載荷，N；δ——滾針和滾道之間相對彈性壓縮量，μm。在不同的使用環(huán)境，滾針軸承保持器，使用的材料分為低碳鋼、合金鋼、工程塑膠及鋁合金四種。 “M”型保持架保持架外型加工成 M 字型結(jié)構(gòu)，為最廣泛使用的摩托車發(fā)動機(jī)連桿大頭軸承，其特點(diǎn)是重量輕、剛性高，滾針與保持器自成一體，易于工裝。該工藝對沖窗孔工序要求不太嚴(yán)格，且鎖針效果較好，國外應(yīng)用較廣泛，國內(nèi)也有廠家使用。因此，在生產(chǎn)實(shí)際中采用何種結(jié)構(gòu)及何種鎖針工藝，往往取決于各廠的生產(chǎn)技術(shù)引進(jìn)、產(chǎn)品特點(diǎn)、設(shè)備特點(diǎn)、技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)、生產(chǎn)習(xí)慣等現(xiàn)實(shí)問題。為保證滾針自轉(zhuǎn)的靈活性，滾針與保持架窗孔各對應(yīng)點(diǎn)間必須有一定的間隙，因而使?jié)L針在保持架窗孔內(nèi)存在一定的徑向移動量，軸承裝機(jī)時，滾針的徑向位置被內(nèi)圈內(nèi)滾道及外圈外滾道限定，這時，保持架因其自重就會相對軸承中心向下滑移，下滑到某一位置時就會與軸承中的某一零件接觸，該零件便限制保持架下滑，即。例如：一般保持架材料為20號鋼時，鎖針質(zhì)量較穩(wěn)定，當(dāng)材料較軟時，沖窗孔后往往出現(xiàn)過梁扭曲及外徑漲大現(xiàn)象，需增加整形工序；~φ4時，鎖針效果最理想。（1）車成型——沖窗孔——滾壓鎖口滾壓鎖口工序一般在專用滾鎖口機(jī)上進(jìn)行，也可以在車床上進(jìn)行，內(nèi)外鎖口同時滾壓效果較好，要求正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)各兩次。由于滾針軸承滾動體——滾針的徑向尺寸較小，因此，保持架的引導(dǎo)部分及保持部分的結(jié)構(gòu)尺寸均非常有限，有時往往相互矛盾。 滾針軸承保持器 滾針軸承中，保持器的主要功能是為確保滾針在運(yùn)動中能與內(nèi)外軌道面成為線接觸狀態(tài)，使?jié)L針能承受大的負(fù)荷而不致于損壞。圖36 凸度滾子參數(shù)定義滾針軸承有限長線接觸屬非Hertz彈性接觸問題。 盡管考慮凸度等實(shí)際因素的有限長線接觸彈流研究目前還處于艱難的探索中，然而畢竟已取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，并且已從實(shí)驗(yàn)和理想條件下的有限長線接觸彈流數(shù)值計算兩個方面證明： （1）對數(shù)凸型滾子的油膜形狀、油膜厚度均優(yōu)于用二次曲面修形的滾子，各種凸型滾子的凸度量對其端部的油膜厚度和膜形分布影響很大?！巴苟燃夹g(shù)”包括：凸度型式設(shè)計到制造、檢測技術(shù)。 目前設(shè)計在存在的問題目前，我國圓柱滾子軸承的使用壽命僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品的1/8~1/12，滾子的破壞比國內(nèi)外分別占80%%。5）對數(shù)母線型滾子，凸型為一條特殊對數(shù)函數(shù)曲線。當(dāng)受到偏載荷時，它的適應(yīng)性較直母線型滾子強(qiáng)，但比圓弧全凸型滾子差。滾子凸度一般有5種型式，即：直線型、圓弧半凸型、圓弧全凸型、修正線型和對數(shù)型。普通的直素線（無凸度）滾子軸承的滾子與滾道間的早期接觸疲勞點(diǎn)蝕和磨損常常發(fā)生在滾子或滾道靠近滾子端部的區(qū)域，這是因?yàn)橹彼鼐€滾子軸承在受載后滾子兩端不可避免地存在邊界應(yīng)力集中，即所謂的“邊緣效應(yīng)”。 4）殘磁。 滾針的標(biāo)準(zhǔn) 我國滾動軸承 滾針的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3092000。對二沖程及四沖程發(fā)動機(jī)，在壓縮沖程上止點(diǎn)，小頭軸承所受徑向載荷為： 35 四沖程發(fā)動機(jī)的排氣沖程上止點(diǎn)： 36 連桿大頭軸承所受徑向載荷應(yīng)為沿連桿方向的分力，與連桿大頭離心慣性力的矢量和： 37 其中： 38 式中 ——塞連桿組當(dāng)量往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量； ； ——桿大頭旋轉(zhuǎn)運(yùn)動質(zhì)量。將氣體壓力（φ）與往復(fù)慣性疊加，即得沿氣缸軸線方向曲柄連桿機(jī)構(gòu)所承受的總作用力 33 對于四沖程汽油機(jī)，一個工作循環(huán)中各力變化曲線如圖33所示。圖31 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析為驗(yàn)證上述理論公式計算結(jié)果的正確性，在慣性加載式連桿滾針軸承試驗(yàn)機(jī)上采用動態(tài)模擬試驗(yàn)方法得到了實(shí)測的曲柄連桿機(jī)構(gòu)往復(fù)慣性力曲線如圖32。摩托車發(fā)動機(jī)曲柄連桿總成的連桿大、小頭滾針軸承分別與曲柄銷和活塞銷相配合，發(fā)動機(jī)工作時連桿小頭隨活塞一起作往復(fù)直線運(yùn)動，同時繞活塞銷軸線往復(fù)擺動，小頭軸承處于往復(fù)擺動的運(yùn)動狀態(tài)。也就是軸承在額定動載荷C作用下，這種軸承工作一百萬轉(zhuǎn)（106）而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效的可靠度為90%，C越大承載能力越高。點(diǎn)蝕失效主要是連桿滾針軸承承受脈沖的徑向載荷，而零件的強(qiáng)度不足，或承受沖擊載荷過大而發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕失效；疲勞剝落主要是因?yàn)榱慵膹?qiáng)度不夠，承受的沖擊載荷過大，致使零件發(fā)生疲勞剝落；燒傷失效主要是由于連桿滾針軸承在工作時潤滑條件不達(dá)標(biāo)，其中包括潤滑油失效、油孔被堵塞，曲柄連桿機(jī)構(gòu)安裝不合理等因素造成潤滑油不能正常為連桿滾針軸承提供潤滑和散熱，使得零件溫度過高發(fā)生燒傷損壞；磨損失效主要是零件的耐磨性不夠，承受的沖擊載荷過大使零件彈性變形大增致使零件間發(fā)生滑動摩擦，使零件發(fā)生磨損破壞；而塑性變形失效產(chǎn)生的原因是十分復(fù)雜的，其中涉及零件的強(qiáng)度等性能，零件承受的載荷情況，裝配條件，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計等情況綜合影響而造成的。另外，還有中和燃燒化學(xué)反應(yīng)的功效；②抗氧化劑，防止機(jī)油氧化的利器，多半是磷化物的化學(xué)制品；③防腐蝕劑，可以在金屬表面形成覆膜，防止氧化侵蝕金屬的添加劑；④防止發(fā)泡劑，專門用來消除機(jī)油因攪拌而發(fā)生氣泡；⑤粘度指數(shù)提升劑，增強(qiáng)機(jī)油的粘度指數(shù)，使機(jī)油的壽命延長。；（2）檢查機(jī)油的老化程度，可通過查看機(jī)油顏色（機(jī)油顏色與全新的機(jī)油顏色愈相近，就表示油質(zhì)愈好；反之，就愈差），測試機(jī)油粘度，檢查有無金屬屑或碳渣混入等。機(jī)油長時間處于高溫、高壓的發(fā)動機(jī)中，它會不斷混入有害物質(zhì)，時間久了會產(chǎn)生化學(xué)變化，使機(jī)油變稀、變臟，產(chǎn)生油泥?；钊推自诠ぷ鲿r要具有一定的密合要求，所以當(dāng)活塞和汽缸因磨耗而產(chǎn)生間隙時，就要靠機(jī)油的密合作用，以防止汽缸的壓力流失。發(fā)動機(jī)在工作中，會因燃燒不完全產(chǎn)生樹脂性堆積物，這些堆積物會和曲軸箱內(nèi)的氧氣結(jié)合，造成有害的化合物。在冬天啟動摩托車時，如果機(jī)油的粘度太高，會使曲軸不易活動而難以啟動發(fā)動機(jī)。脫碳層以最深處為準(zhǔn)。滾子直徑不大于15mm，所測曲面硬度應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12552001的附錄D的表D表D2規(guī)定加上修正值。斷口分析技術(shù)。 b. 樣品2滾針嚴(yán)重破損失效圖26 樣品滾針軸承嚴(yán)重破損失效在軸承失效分析方法中，往往會碰到許多錯綜復(fù)雜的現(xiàn)象，各種試驗(yàn)結(jié)果可能是相互矛盾的，或者主次不易分清，這就需要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、論證，以獲得足夠得證據(jù)或反證。例如保持架翹曲或框形保持架變形、靠套等都會造成軸承的早期失效。金屬的裂紋有外裂、內(nèi)裂及折疊裂紋等。這種現(xiàn)象就稱為燒傷。樣品3和樣品4（見圖24）連桿大端內(nèi)壁出現(xiàn)的滾道兩側(cè)嚴(yán)重磨損屬于非正常磨損。其中最常見的為磨粒磨損和粘著磨損。 （6）接觸表面塑性變形。表面粗糙度Ra值越小，應(yīng)力集中小，接觸疲勞壽命高。滲碳鋼碳化物顆粒越細(xì)，分布越均勻越不易發(fā)生疲勞失效。點(diǎn)蝕疲勞失效和剝落疲勞失效在很大程度上和材料冶煉質(zhì)量的優(yōu)劣有關(guān)，表面缺陷、疏松及夾渣是點(diǎn)腐蝕的根源，也是疲勞失效的主要部位。在樣品3和樣品4中（見圖23），疲勞剝落的問題比較嚴(yán)重，發(fā)生剝落現(xiàn)象的位置集中，同樣屬于早期失效。樣品4滾針（見圖21b）出現(xiàn)的疲勞失效痕跡明顯不對稱（滾針其中一邊有連續(xù)相似的金屬剝落和凹痕），可推斷軸承曾承受偏載。裂紋從表面產(chǎn)生或從表層產(chǎn)生，這兩種情況都是客觀存在的。軸承間隙越大沖擊振動載荷越大。3）微觀分析——失效軸承的微觀分析包括光學(xué)金相分析、電子顯微分析、探針和電子能譜分析等。按其損傷機(jī)理大致可分為接觸疲失效、磨損失效、斷裂失效、塑性變形失效、腐蝕失效和游隙變化失效等幾種基本形式。隨著農(nóng)民收人的提高，消費(fèi)環(huán)境日益改善，三輪摩托車作為一種過渡性運(yùn)輸工具，它無疑還會在較長的時期內(nèi)廣泛存在，市場潛力巨大。這還僅僅是由行業(yè)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計，目前全國三輪摩托車應(yīng)有近300萬輛的產(chǎn)銷規(guī)模，約2/3的數(shù)據(jù)沒有上報。經(jīng) CROWNING 處理過后的滾針，可降低滾針?biāo)苤畲髴?yīng)力值，且負(fù)載上較平均，故能提高軸承的壽命。TABACY就是其中一種能夠迅速分析軸承在工作負(fù)荷下各個零件的受力情況及壽命的分析程序。彈流理論的應(yīng)用標(biāo)志著靜力學(xué)分析方法的成熟，然而靜力學(xué)分析并不能對軸承的一些動態(tài)性能進(jìn)行描述，進(jìn)而發(fā)展到擬動力學(xué)分析方法。1984年，Gupta PK出版了《Advanced Dynamic of Rolling Elements》一書，系統(tǒng)地分析了軸承各零件間的相互作用，考慮軸承從開始起動的整個動力學(xué)過程，建立了軸承系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程。在傳統(tǒng)靜力學(xué)分析方法的基礎(chǔ)上，Jones A B首先于1959年提出了擬動力學(xué)分析方法，他用套圈控制理論建立的擬動力學(xué)分析模型考慮了鋼球的離心力和陀螺力矩，并把其與外載荷一起計入到每個軸承元件的力和力矩平衡方程中，然后對這一組非線性方程采用NewtonRaphson迭代法進(jìn)行求解，可得到鋼球上的真實(shí)載荷分布、可接受的疲勞壽命預(yù)測及軸承剛度。馬家駒在90年代初期對圓柱滾子凸度進(jìn)行了三維的數(shù)值分析，給出了凸度的計算方法，有效地減少了滾子邊緣應(yīng)力。沒有對滾針的凸型和凸度量進(jìn)行系統(tǒng)的分析設(shè)計，導(dǎo)致滾針質(zhì)量較國外先進(jìn)行業(yè)的同類產(chǎn)品的承載能力和使用壽命都有很大的距離。而在我國20世紀(jì)80年代才將可靠性工程應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)行業(yè)，且只有100h強(qiáng)化試驗(yàn)（其中包含20h的低負(fù)荷磨合運(yùn)轉(zhuǎn)），實(shí)際滿負(fù)荷試驗(yàn)只有80小時。三輪摩托車發(fā)動機(jī)在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的損壞發(fā)生過載失效和疲勞破壞的主要部分是發(fā)動機(jī)的曲柄連桿滾針軸承裝置（見圖13，圖14，圖15，圖16）。圖12 滾針軸承近幾年，隨著中央富農(nóng)政策和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，三輪摩托車已成為農(nóng)民朋友致富的“好幫手”。尤為嚴(yán)重的是，將某125ml發(fā)動機(jī)擴(kuò)缸后（有風(fēng)冷機(jī)型，有水冷機(jī)型），變成150ml排量發(fā)動機(jī)，裝到原設(shè)計為150ml排量的摩托車上，屬于典型的小馬拉大車。五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計摩托車發(fā)動機(jī)連桿滾針軸承失效分析及產(chǎn)品改進(jìn)研究畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題的提出 1 本課題國內(nèi)狀況 4 滾動軸承國內(nèi)外狀況與研究方法 6 三輪摩托車的國內(nèi)市場狀況 7本章小結(jié) 8第2章 連桿滾針軸承失效分析 9 連桿滾針軸承接觸疲勞失效 10 10 疲勞剝落 11 影響疲勞失效的因素 12 磨損失效 13 磨粒磨損 13 粘著磨損 14 燒傷損壞 15 塑性變形失效 16 微觀分析 17 連桿滾針軸承的潤滑 18 連桿滾針軸承失效總結(jié) 20 軸承的壽命計算 21本章小結(jié) 22第3章 連桿滾針軸承改進(jìn)方法研究 23 23 23 23 26 滾針的標(biāo)準(zhǔn) 26 滾針凸度對軸承壽命的影響 27 滾針凸度的合理設(shè)計 27 目前設(shè)計在存在的問題 29 改進(jìn)意見 29 30 滾針軸承保持器 32 32 “M”型保持架 33 “K”型保持架 33 保持架徑向定位 35 保持架表面處理 35 滾針和保持器的熱處理 36本章小結(jié) 37第4章 連桿滾針軸承的工藝改進(jìn)措施 38 滾針的工藝改進(jìn)措施 38 38 對數(shù)型凸度滾針超精研導(dǎo)輥的設(shè)計與加工 39 滾針軸承保持架的工藝改進(jìn)措施 43 鎖針部位主參數(shù)的確定 43 保持架表面處理 45 連桿滾針軸承的游隙 45 影響軸承徑向工作游隙的因素 45 軸承徑向游隙的合理選擇 47 M型保持架的滲碳工藝 47本章小結(jié) 48第五章 連桿滾針軸承現(xiàn)階段改進(jìn)后的效果 49 滾針軸承的改進(jìn) 49 連桿的改進(jìn) 52本章小結(jié) 58第六章 連桿滾針軸承的有限元分析 59 滾針軸承的有限元分析 59 連桿的有限元分析 62本章小結(jié) 64結(jié)論 65參考文獻(xiàn) 66致謝 6768第1章 緒論 課題的提出三輪摩托車作為一種運(yùn)輸機(jī)械