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变速器圆柱滚子轴承内圈脱出原因及解决方案


[中崋轴承网] 2020/8/18 作者:中崋轴承网

汽车变速器中,传统系统大多采用滚动轴承对转动的轮轴进行支撑,以保证旋转轮轴的转动稳定,这里采用的是圆柱滚子轴承支撑转动轮轴的传动稳定,在使用过程中,发现圆柱滚子轴承内圈出现了脱出现象。导致圆柱滚子轴承内圈脱出的原因是什么?如果解决为最好的方案?下面中崋轴承网简称(华轴网)根据对轴承知识的了解,来分享相关内容。

一、圆柱滚子轴承内圈脱出故障现象及影响

故障件从整箱内拆出检查,如图1所示,发现主动轮轴的圆柱滚子轴承内圈脱离内测所贴平面位置3mm。若圆柱滚子轴承内圈脱出一定距离,滚子与轴承内圈滚道面未进行全长度接触,在载荷下轴承会出现异常振动,而该振动会直接影响变速箱整箱运行,产生不良噪音,从而影响正常使用。

图1 圆柱滚子轴承内圈脱出图示

二、圆柱滚子轴承内圈脱出故障原因分析

1、系统结构分析:如图2所示,根据结构设计,主动轮轴的两端轴承,固定端采用深沟球轴承,自由端采用圆柱滚子轴承。深沟球轴承受到钢带产生的径向以及主轴油压产生轴向力。圆柱滚子轴承仅受到从轮轴传递过来的钢带拉力,无轴向力施加到此轴承上,即圆柱滚子轴承不会受到轴向力使其脱出。

图2 带轮系统轴承受力示意图

2、原因分析:从机械原理可以得知,两个过盈配合的零件使用过程出现了脱离,要么是零件制造超差,使紧固力减小不足,要么是设计的配合过盈偏小使产生的紧固力不足,零件工作中产生的推力大过了紧固力,从而使零件送动脱移。轴承的脱出原因基于这个思路进行探寻。

1)尺寸检测:

若零件尺不合格,则有导致轴承内圈脱出风险。对两个样机的轴承配合件进行测量,结果如表1所示,零件尺寸符合设计要求,可排除该因素影响。

2)结合力计算:

轴承内圈与轮轴是过盈配合,内圈脱出的原因可能为设计的过盈量不足。检查轮轴与轴承的尺寸设计,发现二者之间在极限状态下的最小过盈量为0。002mm,此时轴承内圈与轮轴的结合可通过以下公式(1)进行计算:

 

其中:

P - 内圈与轴的结合力,N

d1 - 轴的直径,mm

d2 - 轴承内径,mm

B - 轴承与内圈接触宽度,mm

E - 轴的弹性模量,Mpa

根据计算可知,轴承与轮轴的过盈量为0.002mm 时,结合紧固力 P 为 23.73N,此值过于小,容易使主动轮轴对轴承内圈的紧固固定不足而造成轴承脱出。但在前面的结构分析中,圆柱滚子轴承是不受轴向力的,貌似还不能说明结合力小就会产生脱出问题,问题需要更深一步的探究。

3)轮轴与轴承受力 CAE 分析按照图2 结构建立模型,运用计算机软件进行 CAE 分析。根据 CAE 计算分析结果,轮轴未受到钢带拉力作用时的状态如图 3 所示;轮轴在受到钢带拉力作用下的状态如图 4所示,轮轴受力时会产生一定的弯曲变形,进而对轴承产生轴向力。

图 3 轮轴在未受到钢带拉力时状态示意图

图4 轮轴在钢带拉力下变形示意图

同时,主动轮轴的 CAE 分析结果显示,接触钢带的锥面法兰也产生变形,如图 5 所示,最大钢带拉力产生的轴承位置变形为0。084mm。锥面法兰的变形也对轴承产生轴向力。

辽宁快乐12玩法 图5 带轮轴变曲CAE分析云图

3)原因确认

根据上述的分析可知,在钢带拉力作用下,轮轴与圆柱滚子轴承之间不会完全不存在轴向力的产生,再加上产品制造及装配的误差,轴向力会加大。当轮轴受力运转及制造误差造成的轴向力总和大过轴承的结合紧固力时,轴承就会在轮轴上的原始位置发生滑移。

轮轴变形产生的轴向力的数值计算比较复杂,此处就不作具体推导计算。从 CAE 分析的结果——主动轮轴的锥面法兰轴承位处有 0。084mm 变形可知轴向力不会太小,轴承与轴的最小过盈量结合紧固力 23。73N 与其相比肯定微乎其微。

由此,可以确认,此 CVT 产品在台架试验出现的主动轮轴的圆柱滚子轴承内圈脱出的故障原因,是零件设计给定的轴承与轮轴的配合过盈量不足,同时结构设计上没有轴承在轮轴上的限位防脱结构。

三、解决方案

针对上述确认的两个方面原因,制定出解决问题的两条措施:

a) 增大轴承内圈与轮轴的过盈量。调整轮轴对轴承配合处的直径公差,将使轮轴与圆柱滚子轴承的最小配合过盈量值由0.002mm 增加到 0.011mm。

b) 对轴承内圈增加一个限位防脱结构。在轮轴上轴承配合外侧位置增加一个挡圈槽,装上挡圈,对轴承内圈进行限位,防止内圈脱出,如图 6 所示。

图6 挡圈安装位置示意图

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标签:润滑与维护

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