18662088384
18662083226
18662083226
汽車變速器中，傳統(tǒng)系統(tǒng)大多采用滾動軸承對轉動的輪軸進行支撐，以保證旋轉輪軸的轉動穩(wěn)定，這里采用的是圓柱滾子軸承支撐轉動輪軸的傳動穩(wěn)定，在使用過程中，發(fā)現圓柱滾子軸承內圈出現了脫出現象。導致圓柱滾子軸承內圈脫出的原因是什么？如果解決為最好的方案?下面本公司簡稱根據對軸承知識的了解，來分享相關內容。
一、圓柱滾子軸承內圈脫出故障現象及影響
故障件從整箱內拆出檢查，如圖1所示，發(fā)現主動輪軸的圓柱滾子軸承內圈脫離內測所貼平面位置3mm。若圓柱滾子軸承內圈脫出一定距離，滾子與軸承內圈滾道面未進行全長度接觸，在載荷下軸承會出現異常振動，而該振動會直接影響變速箱整箱運行，產生不良噪音，從而影響正常使用。
圖1 圓柱滾子軸承內圈脫出圖示
二、圓柱滾子軸承內圈脫出故障原因分析
1、系統(tǒng)結構分析：如圖2所示，根據結構設計，主動輪軸的兩端軸承，固定端采用深溝球軸承，自由端采用圓柱滾子軸承。深溝球軸承受到鋼帶產生的徑向以及主軸油壓產生軸向力。圓柱滾子軸承僅受到從輪軸傳遞過來的鋼帶拉力，無軸向力施加到此軸承上，即圓柱滾子軸承不會受到軸向力使其脫出。
圖2 帶輪系統(tǒng)軸承受力示意圖
2、原因分析：從機械原理可以得知，兩個過盈配合的零件使用過程出現了脫離，要么是零件制造超差，使緊固力減小不足，要么是設計的配合過盈偏小使產生的緊固力不足，零件工作中產生的推力大過了緊固力，從而使零件送動脫移。軸承的脫出原因基于這個思路進行探尋。
1）尺寸檢測：
若零件尺不合格，則有導致軸承內圈脫出風險。對兩個樣機的軸承配合件進行測量結果如表1所示，零件尺寸符合設計要求，可排除該因素影響。
2）結合力計算：
軸承內圈與輪軸是過盈配合，內圈脫出的原因可能為設計的過盈量不足。檢查輪軸與軸承的尺寸設計，發(fā)現二者之間在極限狀態(tài)下的最小過盈量為0.002mm，此時軸承內圈與輪軸的結合可通過以下公式(1)進行計算：
其中：
P - 內圈與軸的結合力，N
d1 - 軸的直徑，mm
d2 - 軸承內徑，mm
B - 軸承與內圈接觸寬度，mm
E - 軸的彈性模量，Mpa
根據計算可知，軸承與輪軸的過盈量為0.002mm 時，結合緊固力 P 為 23.73N，此值過于小，容易使主動輪軸對軸承內圈的緊固固定不足而造成軸承脫出。但在前面的結構分析中，圓柱滾子軸承是不受軸向力的，貌似還不能說明結合力小就會產生脫出問題，問題需要更深一步的探究。
3）輪軸與軸承受力 CAE 分析按照圖2 結構建立模型，運用計算機軟件進行 CAE 分析。根據 CAE 計算分析結果，輪軸未受到鋼帶拉力作用時的狀態(tài)如圖 3 所示；輪軸在受到鋼帶拉力作用下的狀態(tài)如圖 4所示，輪軸受力時會產生一定的彎曲變形，進而對軸承產生軸向力。
圖 3 輪軸在未受到鋼帶拉力時狀態(tài)示意圖
圖4 輪軸在鋼帶拉力下變形示意圖
同時，主動輪軸的 CAE 分析結果顯示，接觸鋼帶的錐面法蘭也產生變形，如圖 5 所示，最大鋼帶拉力產生的軸承位置變形為0.084mm。錐面法蘭的變形也對軸承產生軸向力。
圖5 帶輪軸變曲CAE分析云圖
3）原因確認
根據上述的分析可知，在鋼帶拉力作用下，輪軸與圓柱滾子軸承之間不會完全不存在軸向力的產生，再加上產品制造及裝配的誤差，軸向力會加大。當輪軸受力運轉及制造誤差造成的軸向力總和大過軸承的結合緊固力時，軸承就會在輪軸上的原始位置發(fā)生滑移。
輪軸變形產生的軸向力的數值計算比較復雜，此處就不作具體推導計算。從 CAE 分析的結果——主動輪軸的錐面法蘭軸承位處有 0.084mm 變形可知軸向力不會太小，軸承與軸的最小過盈量結合緊固力 23.73N 與其相比肯定微乎其微。
由此，可以確認，此 CVT 產品在臺架試驗出現的主動輪軸的圓柱滾子軸承內圈脫出的故障原因，是零件設計給定的軸承與輪軸的配合過盈量不足，同時結構設計上沒有軸承在輪軸上的限位防脫結構。
三、解決方案
針對上述確認的兩個方面原因，制定出解決問題的兩條措施：
a) 增大軸承內圈與輪軸的過盈量。調整輪軸對軸承配合處的直徑公差，將使輪軸與圓柱滾子軸承的最小配合過盈量值由0.002mm 增加到 0.011mm。
b) 對軸承內圈增加一個限位防脫結構。在輪軸上軸承配合外側位置增加一個擋圈槽，裝上擋圈，對軸承內圈進行限位，防止內圈脫出，如圖 6 所示。
圖6 擋圈安裝位置示意圖
"
