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正文內(nèi)容

汽車主減速器主錐總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析論文(編輯修改稿)

2025-07-25 15:41 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 嚙合。但軸承預(yù)緊度又不能過大,否則摩擦和磨損增大,傳動(dòng)效率低。為此,設(shè)有軸承預(yù)緊度的調(diào)整裝置。廣泛使用調(diào)整墊片調(diào)整,其中大多數(shù)是兩軸承外圈已定,用增減兩軸承內(nèi)圈之間的距離來調(diào)整,在兩軸承之間裝有調(diào)整墊片,調(diào)整墊片的厚度即可改變兩錐軸承內(nèi)圈壓緊后的距離,從而使軸承預(yù)緊度得到調(diào)整。  本章小結(jié)本章首先介紹了驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)及主減速器的作用。而后從主減速器的結(jié)構(gòu)入手,分析了主減速器中一些關(guān)鍵部分的裝配工藝,最后給出了軸承在裝配過程中預(yù)緊方法。第3章 主軸的力學(xué)分析及主減零件模型的簡化圖31主軸計(jì)算簡圖 擰緊扭矩產(chǎn)生的實(shí)際軸向力利用螺紋副在擰緊過程中的受力機(jī)理,知道所需擰緊扭矩MP=M1+M2(螺旋副間的摩擦扭矩M1和螺母支承面上的摩擦扭矩M2)現(xiàn)取某商務(wù)車的主減速器模型為例,在已知其擰緊扭矩的前提下求取其扭矩產(chǎn)生的實(shí)際軸向力G。計(jì)算簡圖如圖31所示:計(jì)算當(dāng)鎖緊螺母的扭矩Mp=230 Nm的作用下,螺母通過墊圈施加給凸緣的壓力以及凸緣施加給墊片的壓力。引入下列符號:,,為螺母與墊圈之間的摩擦系數(shù),摩擦力的面分布力,接觸面的內(nèi)外徑。,,為螺母與主齒軸之間的摩擦系數(shù),摩擦的面分布力,接觸面的內(nèi)外徑。,為螺母與墊圈之間的正壓力的合力和面分布力。,為螺母與主齒軸的齒紋之間的正壓力(豎向)的合力和面分布力。,為簡化后主軸受到的向上的拉力,簡化后上滾子軸承內(nèi)圈受到的向下的壓力。,為向上的拉力的分布力,向下的壓力的分布力。,為如圖31所示。則有: , , (31) , (32)和產(chǎn)生的扭矩和之和與螺母受到的外扭矩相等,現(xiàn)假設(shè),是均勻分布的,則有: (33) (34)由得: (35)即: (36)代入數(shù)據(jù): (37)求得: (38) (39) (310)通過以上計(jì)算可知,在鎖緊螺母的扭矩=230 Nm的作用下,扭矩產(chǎn)生的實(shí)際軸向力為G= N。Ff 軸向力在總成中的分配F1F1F1NNF0F2圖33軸承正壓力豎向分力圖32 主軸力學(xué)分配原理圖如圖32所示,為主齒螺母在擰緊力矩T的作用下產(chǎn)生的軸向力,為軸承所受的預(yù)緊力,即軸承座內(nèi)擋肩作用于軸承外圈的作用力,為隔套和調(diào)整墊片作用在滾子軸承內(nèi)圈上的軸向力,所研究的主錐總成中上軸承內(nèi)圈與主齒之間有時(shí)候是過盈配合,如果是過盈配合,裝配的時(shí)候存在徑向的裝配應(yīng)力,因此在上軸承內(nèi)圈與主齒之間還存在軸向的摩擦力,這樣整個(gè)主軸的力學(xué)分配基本上如圖32所示: 1. 其中為圓錐滾子所受的正壓力的豎向分力的大小,如圖33所示。2. 由墊片和隔套承受。3. 摩擦力,為軸承內(nèi)圈與主齒之間過盈配合產(chǎn)生,可以按彈性力學(xué)方法確定。如圖34所示為一厚壁圓筒的的受力圖,和為它所受的內(nèi)壓力和外壓力,由彈性力學(xué)公式得到筒壁內(nèi)任一點(diǎn)的徑向位移為:PP2 (311)P1式中ν為圓筒的泊松比,E為圓筒的彈性模量,a為圓筒的內(nèi)半徑,b為圓筒的外半徑,為圓筒所受的內(nèi)應(yīng)力,為圓筒所受的外應(yīng)力,r為筒壁內(nèi)任一點(diǎn)相對于圓心的半徑。圖34圓筒受力圖圖35過盈示意圖對于產(chǎn)品中軸承與軸的過盈配合的情況,可以簡化成兩個(gè)套筒套合在一起(軸看成內(nèi)筒,軸承內(nèi)圈看成外筒),如圖35所示,外筒內(nèi)徑略小于內(nèi)筒外徑,兩者之間的差值就是過盈量δ。配合之后,兩筒配合面所產(chǎn)生的裝配正應(yīng)力為P,形成緊固配合。如上圖,取內(nèi)外筒接觸面的過盈量δ,內(nèi)筒的內(nèi)外半徑、彈性模量、泊松比分別為a、b、外筒的內(nèi)外半徑、彈性模量、泊松比分別為b、c、。則內(nèi)外筒接觸面的接觸應(yīng)力P為: (312)如果內(nèi)外筒為同一種材料,則上式簡化為: (313)設(shè)內(nèi)圈和主齒軸配合面之間的摩擦系數(shù)為f,則軸承內(nèi)圈和主齒軸之間的摩擦力為: (314)式中b為軸承內(nèi)圈的內(nèi)徑值,mm。P為裝配應(yīng)力,MPa。h為接觸面的高度,mm。如果軸承內(nèi)圈和主齒軸之間是間隙配合,則Ff =0。 主減總成的模型建立 鎖緊螺母和凸緣模型的建立鎖緊螺母的作用是在裝配過程中施加一個(gè)外力扭矩,對機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)緊。在裝配完成后,分析鎖緊螺母的受力情況。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),現(xiàn)假設(shè)外力扭矩為。由分析可知,擰緊力矩等于螺紋副間的摩擦力矩和螺紋環(huán)行端面和被連接件支撐面間的摩擦力矩之和,即摩擦力和產(chǎn)生的扭矩和之和與螺母受到的外扭矩相等。由以上計(jì)算可知鎖緊螺母作用于凸緣的豎向力為,則有: (315)代入數(shù)據(jù): (316)求得: (317)為了計(jì)算簡便,現(xiàn)將螺母簡化掉,僅以作用于主軸向上的拉力和作用于主軸向下的壓力代替。凸緣的作用是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞來的扭矩,再將扭矩傳遞到主軸。凸緣和主軸之間為花鍵接觸,以保證凸緣和主軸可以一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在裝配過程中的豎向力的傳遞中,凸緣的作用是將力G1傳遞給上滾子軸承內(nèi)圈。為了計(jì)算簡便,現(xiàn)將凸緣簡化掉,如圖31所示,根據(jù)凸緣和上滾子軸承內(nèi)圈的接觸面的大小,將力直接作用在上滾子軸承內(nèi)圈上,力為,分布集度。則有: (318) 需要指出的是,凸緣和主軸之間為花鍵接觸,但這種接觸面的摩擦力很小,可以認(rèn)為在裝配中這種接觸基本不影響凸緣的豎向力的傳遞。 上下滾子軸承模型的建立1. 上滾子軸承內(nèi)圈和軸承模型的建立 上滾子軸承內(nèi)圈和上滾子軸承之間是靠軸承架連接在一起的,上滾子軸承內(nèi)圈和上滾子軸承連在一起,一方面將力向下面的墊片傳遞,另一方面將力向與軸承相接觸的軸承外圈傳遞。由于軸承內(nèi)圈和軸承之間是靠軸承架連接在一起的,所以,機(jī)構(gòu)工作時(shí),軸承內(nèi)圈和滾子軸承之間除了軸承的滾動(dòng)外是沒有相對的滑動(dòng)的。軸承在滾動(dòng)過程中會(huì)受到滾動(dòng)摩擦作用,單個(gè)滾子受到的滾動(dòng)摩擦阻力為M,滾動(dòng)摩阻系數(shù)為,滾子軸承和軸承外圈之間正壓力為N,則有: 根據(jù)軸承的特點(diǎn)以及該局部受力的特點(diǎn),將模型進(jìn)行簡化。由于時(shí)間的限制所以上滾子軸承按實(shí)體建模。需要指出的是,上滾子軸承內(nèi)圈和主軸之間的相互作用很小,所以認(rèn)為上滾子軸承內(nèi)圈和主軸之間是不接觸的。2. 上滾子軸承外圈模型的建立 上滾子軸承外圈在裝配中首先與外殼接觸,兩者之間為過盈配合,過盈量為。另外,裝配完成后,上滾子軸承外圈與上滾子軸承和外殼接觸,一方面受到滾子軸承接觸面上的正壓力作用,另一方面,受到外殼的正向壓力和切向力作用。軸承外圈與上滾子軸承之間在裝配過程中可以存在相對滑動(dòng),也就是說,兩者的接觸面上不存在切向力作用,只有法向力,同樣的,在裝配完成后,該接觸面上也不存在切向力作用,只有法向力。軸承外圈與外殼的正向壓力和切向力作用的具體情況較為復(fù)雜,所示,在計(jì)算中,按裝配順序先計(jì)算外圈與外殼之間的過盈配合,外圈與外殼之間的過盈配合完成后,兩者將會(huì)成為一個(gè)整體,特別是在接觸面上將不存在相對滑動(dòng)等情況,切在接觸面上應(yīng)力和應(yīng)變等參數(shù)連續(xù)。3. 下滾子軸承外圈模型的建立 下滾子軸承外圈在裝配中首先與外殼接觸,兩者之間為過盈配合,過盈量為。另外,裝配完成后,下滾子軸承外圈與下滾子軸承和外殼接觸,一方面受到滾子軸承接觸面上的正壓力作用,另一方面,受到外殼的正向壓力和切向力作用。軸承外圈與下滾子軸承之間在裝配過程中可以存在相對滑動(dòng),也就是說,兩者的接觸面上不存在切向力作用,只有法向力,同樣的,在裝配完成后,該接觸面上也不存在切向力作用,只有法向力。軸承外圈與外殼的正向壓力和切向力作用的具體情況較為復(fù)雜,在計(jì)算中,類似與上部結(jié)構(gòu),按裝配順序先計(jì)算外圈與外殼之間的過盈配合。外圈與外殼之間的過盈配合完成后,兩者將會(huì)成為一個(gè)整體,特別是在接觸面上將不存在相對滑動(dòng)等情況,切在接觸面上應(yīng)力和應(yīng)變等參數(shù)連續(xù)。4. 下滾子軸承內(nèi)圈和軸承模型的建立 下滾子軸承內(nèi)圈和下滾子軸承之間是靠軸承架連接在一起的,和上部很類似。下滾子軸承內(nèi)圈和下滾子軸承連在一起,起到力的傳遞分配作用一方面將力向下面的墊片再由墊片向主軸的主動(dòng)錐齒輪部分傳遞,另一方面將力向與軸承相接觸的軸承外圈傳遞。由于軸承內(nèi)圈和軸承之間是靠軸承架連接在一起的,所以,機(jī)構(gòu)工作時(shí),軸承內(nèi)圈和滾子軸承之間除了軸承的滾動(dòng)外是沒有相對的滑動(dòng)的。軸承在滾動(dòng)過程中會(huì)受到滾動(dòng)摩擦作用,單個(gè)滾子受到的滾動(dòng)摩阻為M,滾動(dòng)摩阻系數(shù)為,滾子軸承和軸承外圈之間正壓力為N,則有: 根據(jù)軸承的特點(diǎn)以及該局部受力的特點(diǎn),將模型進(jìn)行簡化。下滾子軸承內(nèi)圈和下滾子軸承按實(shí)建模。在裝配過程中,首先與主軸接觸,兩者之間為過盈配合過盈量。軸承內(nèi)圈與主軸的接觸面上的
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