重型卡车轮毂轴承中滚子的对数曲线凸度优化设计

【摘要】随着现代工业的高速发展,轴承被运用到各类机械设备中,它的使用寿命对机械设备正常工作起着至关重要的作用。当滚子与滚道接触时,滚动体两端不可避免的存在边界应力集中现象,即所谓的“边缘效应”,所以需要引入凸度设计来克服“边缘效应”。圆锥滚子轴承33022是常用的重卡轴承,由于其所受载荷较大,工况条件较差,轴承工作表面的边缘应力集中更明显,本文通过优化滚子凸度,以达到减小应力集中现象,从而提高该轴承使用寿命。(1)研究了额定载荷时对称凸型的最优凸度。轴承凸度设计工作包括凸型的选择和凸度量的设计两个方面。本文采用了HirokiFujiwara.TatsuoKawase提出的对数曲线凸型设计方法进行研究,根据轴承33022具体尺寸,利用有限元建立了内、外滚道为直线,滚子为对数曲线二维接触力学模型,计算了不同凸度量下圆锥滚子轴承内滚道所受的接触应力。在额定动载荷300KN下,通过优化参数,得到k1=1.2、k2=0.5、Zm=0.007mm时,内滚道受到的最大接触应力最小,所对应的凸度为最优凸度。(2)研究了额定载荷时不对称凸型的最优凸度。由于轴承安装角及滚子带有锥度会使该轴承受到“偏载效应”。本文提出了滚子凸度量不对称设计方案,对滚子重载端设计凸度量较大,对滚子轻载端设计凸度量较小,利用有限元计算得到不同凸度量差值下的接触应力分布,得到k1=1.2、k2=0.5、Zm=0.009-0.006mm时,最大接触应力和接触应力差值P较小,在减小“偏载效应”方面有显著效果,所对应的凸度为最优凸度。(3)研究了不同载荷时不对称凸型的最优凸度。由于轴承33022在不同工况下所受的载荷不同,分别对Fr=0.15Cr.Fr=0.20Cr.Fr=0.25Cr.Fr=0.30Cr-.Fr=0.35Cr时,利用有限元计算得到不同凸度量差值下的接触应力分布,得到了不同载荷下对应的凸度最优设计方案。
【作者】冯浩原；
【导师】剡昌锋；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】轮毂轴承；凸度；优化设计；接触应力；偏载效应；

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