【正文】 圖39 沖裁件的斷面滾針軸承保持架的鎖針工藝，各具特色，目前各種工藝均有廠家應用，特別對于無套圈有保持架的滾針軸承，采用“K”型還是“M”型保持架，在一般使用場合下，使用效果上是沒有很大的差別。滾針軸承，在裝配之后的掉針問題(鎖針不可靠)及夾針問題(鎖針過度，滾針轉動不靈活)，是保持架制造工藝中的一個難點，而且，“掉針”或“夾針”往往形成一對特殊矛盾，將其歸結為鎖針問題。對于此類問題的研究，可根據(jù)結構力學分析中的影響系數(shù)法，將光滑表面彈性接觸問題的主導方程 (Fredholm積分方程) 311 離散為一組n階線性代數(shù)方程： 312 借助數(shù)值計算方法，能夠計算出滾針和滾道之間的接觸應力。對三輪摩托車發(fā)動機曲柄連桿機構的實際載荷和受力情況進行具體的分析調(diào)查，并進行多體系統(tǒng)動力學仿真研究，根據(jù)三輪摩托車發(fā)動機復雜的結構。該曲線在中部70%的長度上接近于直線，在滾子兩端曲率變化很快，接觸壓力沿長度方向均勻分布，是最為理想的壓力分布，最有利于承載。1）直線型滾子，凸型為直線（見圖35 a）。滾針殘磁限值符合JB/T 8196的規(guī)定。這里為連桿質(zhì)量。圖32 曲柄連桿機構往復慣性力曲線由圖32中可見，該慣性力為非對稱循環(huán)變化，當活塞運動到上止點位置時，往復慣性力達最大值。 21 式中 軸承載荷為P時，所具有的基本額定壽命(106轉)；C——基本額定動載荷 N；——指數(shù)，對滾針軸承： = 10/3 。為所有的添加劑是有使用有效期的，所以，一定要遵守添加劑的有效期限，定期進行更換。摩托車發(fā)動機機油老化的原因：1）雜質(zhì)和灰塵是造成汽缸及整個發(fā)動機磨耗的主要原因，而磨損又會產(chǎn)生大量金屬屑。這些化合物一旦受熱，就會附著在發(fā)動機內(nèi)壁，造成磨損和刮痕。 回火穩(wěn)定性，將被測試樣或零件按工藝文件規(guī)定的回火工藝規(guī)范進行再次回火，檢查回火前后相應點的硬度差。斷口是斷裂失效中兩斷裂分離面的簡稱。另外軸承摩擦造成的表面塑性劃痕也會引起振動和噪聲增大、溫度升高，從而加快軸承的早期失效。零件燒傷表面硬度會降低或產(chǎn)生龜裂。微小金屬顆粒等異物的侵入是磨損的基本原因。有關研究表明，表面粗糙度由Ra = =，接觸疲勞壽命可提高6~8倍。研究指出，非金屬夾雜物對軸承壽命的影響隨夾雜物的類型、形態(tài)和數(shù)量的不同而異，以球狀不變形夾雜物對軸承壽命的危害最嚴重。軸承因顆粒污染也可引起麻點和點蝕痕。 對連桿大頭軸承來說，除上述徑向脈沖載荷和沖擊振動載荷外，當軸承隨連桿大頭一起繞曲軸中心轉動時，在離心慣性力作用下，軸承保持架外圓面與連桿孔間將產(chǎn)生接觸和滑動摩擦，造成保持架外圓磨損。接觸疲勞失效時滾動軸承最常見的失效形式。從行業(yè)報表觀察，排量＞50mL的三輪摩托車占行業(yè)總量的近96％，其中100～150ml排量的三輪摩托車由于具有油耗低、性能穩(wěn)定、價格適中、用途廣泛等優(yōu)勢受到廣大消費者的青睞，成為市場的主流產(chǎn)品。美國TORRINGTON公司應用大型通用有限元軟件ANSYS研究了軋機工作輥軸承座及軸承外圈，確定了軸承滾子載荷分布及軸承壽命。1991年，Harris T A編著的Rolling Bearing Analysis已出第三版，內(nèi)容包括滾動軸承理論分析的各主要方面和最新發(fā)展的主要成果，被公認為滾動軸承理論和技術方面的權威著作。最近幾年，商業(yè)有限元軟件在求解接觸問題上取得了很大的發(fā)展，如ANSYS，MARC等軟件在國內(nèi)外得到廣泛應用。應盡快采取切實有效的措施，加以改進，并落實到摩托車產(chǎn)品的試驗中去，減少與國外先進水平的差距。三輪摩托車承載能力適中，道路適應性強，既適用于農(nóng)戶自產(chǎn)自銷式的小規(guī)模經(jīng)營，又適用干短途載客，是農(nóng)民增加收人的重要工具。近年來，隨著城鄉(xiāng)道路建設質(zhì)量的不斷提高，對車輛駕駛舒適性要求也逐漸從路面轉向了車輛自身，而發(fā)動機作為直接與駕駛者接觸的部件，對駕駛的舒適性和安全性的影響是不言而喻的。滾針軸承是帶圓柱滾子的滾子軸承，相對其直徑，滾子既細又長(滾子長度為直徑的3~10倍，直徑一般不大于5mm )，這種滾子稱為滾針。而目前我國摩托車零部件質(zhì)量水平普遍不高，有影響、上規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)不多，大部分企業(yè)由于資金所限，不能實現(xiàn)技術改造和設備引進，從而陷入了技術落后，質(zhì)量下降，利潤減少的惡性循環(huán)。但是可喜的是，隨著科學技術的進步及人們思想觀念的轉變，已經(jīng)有部分企業(yè)和高校在應用有限元法解決軸承問題方面做出了有益的探索和研究。Walters C T在1971年首先提出了動力學分析模型，考慮了鋼球的四個自由度運動方程和保持架六自由度運動方程，利用4階龍格—庫塔法進行積分，可計算出軸承在任意時刻鋼球及保持架的位移、轉速以及軸承內(nèi)部的滑動等。FAG公司的ThomasLosche利用計算機程序，對圓柱滾子軸承滾子和滾道輪廓形狀對接觸應力和軸承壽命的影響進行了具體的研究，并可進一步推廣到圓錐滾子軸承及球面滾子軸承的研究。%，成為三輪摩托車行業(yè)的霸主，產(chǎn)量集中度遠遠高于二輪摩托車。軸承在工作中喪失其規(guī)定的功能，導致故障或不能正常工作的現(xiàn)象稱為失效。經(jīng)過理論分析（見本文31節(jié)）和實踐表明，連桿滾針軸承主要失效形式一般不同于普通定軸線轉動軸承。這些部位成為溶解趨勢較強的陽極，其他部位成為陰極，金屬本身是良好的導電體，再則潤滑油中含水，金屬表面吸附的水液則是離子導體，這樣就好似有許多短路的原電池進行著放電的化學反應，陽極溶解和陰極放電的速度快，金屬腐蝕的速度也就快。經(jīng)過一段時間，在若干次沖擊之后，壓痕處便產(chǎn)生了片狀的疲勞剝落，此時軸承工作時將產(chǎn)生噪音、振動和附加轉矩，嚴重影響軸承的運行平穩(wěn)性和精度。零件表面的加工精度影響接觸應力的分布。磨損是滾動軸承常見的一種失效形式，是軸承滾道、滾動體和保持架，由于軸向載荷不當引起的表面之間的相對滑動摩擦而導致表面磨損，潤滑不良會使軸承溫升加快，致使?jié)L動體過熱，硬度下降，加劇磨損，使軸承凹面精度減低，運轉精度降低，增大振動和噪聲而產(chǎn)生的失效。 燒傷損壞軸承的燒傷是指軸承零件在加工時因摩擦的擠壓變形產(chǎn)生很大的熱量，使其表面溫度急劇增高，局部瞬時可達800~1200氏度。高速軸承中，因摩擦熱較大，若潤滑油供給不足，潤滑油質(zhì)不符合要求或變質(zhì)，易于引起燒傷，使軸承滾道、滾動體回火，表面有明顯的回火色。裂紋是材料表面或內(nèi)部完整性或連續(xù)性被破壞的一種現(xiàn)象，是斷裂的前期，斷裂則是裂紋發(fā)展的結果。 裂紋，裂紋檢查可采用磁力探傷（標準JB/T 12552001的附錄B）、冷、熱酸洗（標準JB/T 12552001的附錄C）及其他儀器和方法檢查，有爭議時，以熱酸洗為準。3）清潔功能。同時，產(chǎn)生氣泡會妨礙散熱，所以機油的有效成分中，必須具有防止產(chǎn)生有害氣泡的功能。平常用的機油里面已經(jīng)有許多添加劑，根據(jù)不同的使用條件和要求，可添相應的添加劑。 額定壽命，是指同樣規(guī)格（型號、材料、工藝）的一批軸承，在同樣的工作條件下使用，90%的軸承不產(chǎn)生點蝕，所經(jīng)歷的轉數(shù)或小時數(shù)稱為軸承額定壽命。曲柄連桿機構的慣性力通常按照動力學當量的雙質(zhì)量代換系統(tǒng)進行計算如圖31。對連桿大、小頭軸承來說，則反映了徑向載荷的大小、作用位置和方向的變化。具體詳見GB/T 3092000。 滾針凸度的合理設計滾子凸度設計包含凸型設計和凸度量計算兩部分，其中凸型研究是滾子凸度設計應用的基礎。由于形成光滑連續(xù)的曲線，其切點附近基本不存在壓力奇異分布現(xiàn)象，但曲率有階躍，壓力集中現(xiàn)象并未完全消除。 改進意見 對于滾子出現(xiàn)的“邊緣效應”，凸度技術的應用是改變這一現(xiàn)象的有效措施。凸度量是距滾子或滾道端部距離處的輪廓表面在半徑方向上的跌落量（如圖36所示）。滾針軸承，在裝配之后的掉針問題(鎖針不可靠)及夾針問題(鎖針過度，滾針轉動不靈活)，是保持架制造工藝中的一個難點，而且，“掉針”或“夾針”往往形成一個矛盾，我們將其歸結為鎖針問題。在一定的沖裁間隙范圍內(nèi)，沖裁件的斷面形成如圖39所示形狀，其參數(shù)見表34；在這里，斜角β的大小直接影響滾針保持架組件的旋轉靈活性，從生產(chǎn)實驗得出，β值按下式確定： 316 表34 材料h0/t = f退火硬化軟鋼中硬鋼硬鋼經(jīng)過實踐證明：該工藝簡單，加工工藝性好，經(jīng)濟性較好，可大幅降低成本，而且鎖針可靠，引導滾針性能好。圓角參數(shù)的設計對保持架的性能會產(chǎn)生很大影響，在保持架設計中是不可或缺的。“M”型保持架一般采用沖壓方法加工，其工藝經(jīng)過如下幾個階段:沖壓成型→沖窗孔→成M型(同時形成內(nèi)外鎖口)，其鎖針原理如圖37所示。Lundberg于1939年利用彈性理論的勢函數(shù)法研究表明，滾子最佳凸度輪廓是對數(shù)型，對于長度小于滾道寬度的彈簧卡圈和沖壓套圈結構滾針軸承中的滾針，給出了對數(shù)凸型的凸度量T的計算公式 314 式中 ；Q——作用在滾針上的最大荷載，N；L——滾針的有效接觸長度，mm； lt——滾針全長，mm；D——滾針直徑，mm。近20年來，隨著計算機硬軟件的發(fā)展，三維有限長彈性接觸問題的數(shù)值分析法研究已有長足進展，、幾何形狀與尺寸等靜態(tài)參數(shù)，并沒有考慮工作速度、潤滑劑特性等動態(tài)參數(shù)。6）對數(shù)母線型滾子的優(yōu)越性。因此在直母線圓柱滾子軸承安裝時，不允許歪斜，否則軸承會很快地疲勞損壞。 6）行業(yè)先進標準。所以。轉速越低則偏差值越大。本章小結 本章闡述了連桿滾針軸承失效分析的方法，并針對失效樣品進行相應的失效分析。如果該間隙偏小將會使?jié)櫥瓦M入連桿大頭的空間變小，對油霧的進入不利，是造成潤滑不良的原因之一；（4）連桿大頭徑向間隙的影響。3）如果活塞環(huán)破損，空氣濾清器或阻風門故障，汽油就會流到曲軸箱內(nèi)．使機油的濃度變得更稀薄。4）冷卻發(fā)動機各個部位。 連桿滾針軸承的潤滑 摩托車發(fā)動機中，機油即連桿滾針軸承的潤滑油。顯微組織和斷口表面結構的特征在材料失效分析中起著突出的作用。樣品2的滾針軸承發(fā)生嚴重的磨損和塑性變形，保持架和滾針均受到燒傷損壞和污染，滾針與保持架之間相互卡死失效，致使?jié)L針軸承完全喪失其應有的作用。用眼睛能看出來的燒傷（零件表面發(fā)黃或發(fā)藍）是較為嚴重的燒傷。對于精密機械軸承，往往是磨損限制了軸承壽命。 （5）潤滑油。帶狀碳化物主要是碳和合金元素在鋼中的不均勻分布，已會造成退火和淬火組織不均，縮短軸承壽命。 b. 樣品4滾針疲勞失效圖2 1 滾針點蝕失效 軸承出現(xiàn)壓痕的原因：（1）金屬粉末顆粒等異物的咬入，在滾動面或轉動面上產(chǎn)生的凹痕；（2）安裝或運輸過程中受到?jīng)_擊或載荷過大，在滾動體的表面形成凹痕等。 連桿滾針軸承接觸疲勞失效接觸疲勞失效是各類軸承表面最常見的失效模式之一，疲勞失效是金屬在交變載荷的長期作用下而產(chǎn)生的失效，主要表現(xiàn)為疲勞裂紋的萌生、擴展和斷裂的過程。盡量多地了解到失效軸承的實際工作條件、使用過程和制造質(zhì)量情況。三輪摩托車承載能力適中，道路適應性強，既適用于農(nóng)戶自產(chǎn)自銷式的小規(guī)模經(jīng)營，又適用干短途載客，是農(nóng)民增加收人的重要工具。在國外，滾針凸度技術在國外稱之為CROWNING。Ehrich研究了高速軸承—轉子系統(tǒng)的混沌理論。洛陽軸承研究所通過幾年的研究，已基本上解決了人們對CAE軟件能否解決軸承問題、求解結果是否可靠的問題，在鐵路貨車軸承的研究方面，應用ANSYS分析軟件也取得了一些成果。目前仍然停留在盲目仿照國外機型的零配件，極少有配件企業(yè)采用CAD/CAM/CAE等軟件對零件進行靜、動態(tài)強度分析以及與整機分析研究。貨運三輪摩托車在農(nóng)村和城鎮(zhèn)得到了廣泛使用。三輪摩托車常用于運載重物，較二輪摩托車負荷高。發(fā)動機完全沒有儲備功率和扭矩，使發(fā)動機始終處于高速、高溫、高負荷狀態(tài)下運轉，提前消耗了發(fā)動機的動能，使機件嚴重磨損，最終造成發(fā)動機使用壽命大大縮短。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代摩托車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)融合了機電技術、信息與數(shù)字化技術、控制與測試技術、新工藝技術和新材料技術等諸多高新技術，成為了一種技術含量很高的產(chǎn)品，是名副其實的技術密集型和資金密集型產(chǎn)業(yè)。特別是近幾年，各大軸承企業(yè)由于各方面的原因，軸承CAE的研究工作沒有取得太大的進展。Harris T A在此基礎上建立了球軸承的新分析模型，Poplawski于1972年對Harris的方法做了改進，考慮的因素更為全面。從理論的完整性看，動力學模型分析方法計及的影響因素最全，但由與高速下軸承各元件間動態(tài)特性復雜，以及計及包括安裝配合等各種因素必然帶來數(shù)學上的復雜與困難，使?jié)L動軸承動力學理論迄今為止仍很不完善。目前我國生產(chǎn)的三輪摩托車是以經(jīng)濟、實用、安全、可靠為主要目標，在設計、生產(chǎn)和工藝技術水平上與國外先進國家還有較大的差距。國內(nèi)摩托車連桿滾針軸承與國外先進行業(yè)的生產(chǎn)和設計環(huán)節(jié)均存在較大的技術差距，導致國內(nèi)的連桿滾針軸承承載能力和使用壽命較國外先進產(chǎn)品要低。滾動軸承由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四種元件構成。 套圈和滾動體表面的疲勞點蝕是滾動軸承最基本和常見的失效形式，這是在安裝、潤滑、維護良好的條件下，由于大量重復地承受變化應力所致。 b. 樣品4連桿大頭內(nèi)壁剝落失效圖23 疲勞剝落失效疲勞剝落也可能由于軸承在沖擊載荷作用下、軸承不慎落地或不正常裝配、運輸都能使軌道產(chǎn)生壓痕。表面硬度低時，如果載荷不是太大，由于表面材料塑性碾平的結果，不會發(fā)生疲勞失效。最初裂紋分布在摩擦面以下的剪應力較大的平面內(nèi)[5]。 圖24 連桿滾針軸承顆粒磨損失效 粘著磨損粘著磨損主要是由于摩擦表面的顯微突起或摩擦異物使摩擦面受力不均，局部摩擦熱有可能使摩擦面形成顯微