二代轮毂轴承设计及三维建模开题报告(2)
4 解决问题的方法、手段、措施等
4.1 拟采取的方法和技术
4.1.1 轴承类型的选取
轿车等轻型车采用双列角接触球轴承，角接触球轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷。工作时是一个点接触， 承载能力小，但能在较高的转速下工作。其接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15度接触角。在轴向力作用下，接触角会增大。且旋转精度较高。重型车采用双列圆锥滚子轴承，是线接触轴承，相对转速低，但承载能力相对较大。考虑到课题为轻型汽车，遂选取双列角接触球轴承。
4.1.2 轴承结构设计以及参数选取
滚动轴承的结构组成：第二代双列角接触球轴承是由外圈、内圈、钢球、保持架和密封件组成[11]。密封圈目的是防止润滑油脂外泄及外部异物、水分进入轴承[1]。
图4-1 轴承结构示意图
1.外圈——装在轴承座孔内，一般不转动；
2.内圈——装在轴颈上，随轴转动；
3.滚动体——滚动轴承的核心元件；
4.保持架——将滚动体均匀隔开，避免摩擦；
润滑剂也被认为是滚动轴承第五大件，它主要起润滑、冷却、清洗等作用。
参数选取：根据任务书确定载荷、轴承内外径、轴承宽度、滚珠数量、保持架结构、接触角等。
4.1.3 密封设计
改善密封唇结构，研发高性能密封的材料，进一步改善密封能力。
4.1.4 使用寿命校核
1．求支反力Fr1、Fr2；
分别以轴承各支点建立静力平衡方程求解支反力。
2．根据支反力Fr1、Fr2，求轴承的派生轴向力Fd1、Fd2；
3．根据派生轴向力Fd1、Fd2，求各轴承总轴向力Fa1、Fa2；
1）通过派生轴向力及外加轴向载荷的计算与分析，判定被“放松”或被“压紧”的轴承；
2）确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身的派生轴向力，被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力外其余各轴向力的代数和。
（说明：根据轴承是正装或反装的不同，轴承被压紧或放松的判断则不同，轴向载荷的计算也不同）
图4-2 角接触球轴承简图
4．求滚动轴承的当量动载荷P；
一般载荷系数fp在题目中有提示，当没有提示时可认为fp＝1或者根据教材表选择。
（说明：两轴承各自的动载荷系数X、Y应分别求解，于是对每一个轴承可分别求得P1、P2。）
5．求轴承寿命：
1）判断设计的一对轴承中哪个寿命更短，显然受到当量动载荷P较大者其寿命也较短。
2）以较大的P求解轴承寿命：Lh，当轴承寿命大于预期寿命时所选轴承合适。
图4-3 滚动轴承疲劳曲线
4.1.5 轮毂轴承主要失效形式
通过对国外第一和第二代轮毂轴承（FAG）失效模式的统计和分析发现,在保修期内，最常见的失效模式是疲劳损伤[1]。
1．疲劳点蚀
滚动轴承工作时，由于它的内圈、外圈和滚动体上任意点的接触应力都是变化的，工作一定时间后，其接触表面就可能发生疲劳点蚀。点蚀发生后，噪声和振动加剧，发热严重，致使轴承失效。一般在安装、润滑和密封正常的情况下，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。
2．粘着磨损
在润滑不良和密封不严的情况下，轴承工作时易发生粘着磨损。转速愈高，磨损愈严重。轴承磨损后会降低旋转精度，甚至失效。
3.塑性变形
4.轴承烧伤、锈蚀
4.2 选择的工具