2017-07-10 13:40 點(diǎn)擊：64

在變速器實(shí)際工作中，軸承在非穩(wěn)定工況下工作。汽車變速器軸承所受載荷主要受以下因素影響：
①發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；
②不同的檔位受力狀況不一樣，
并且每個(gè)檔位的使用情況也不同。汽車行駛的實(shí)際工況比較復(fù)雜，換檔頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不斷變化，因此變速器軸承受力的大小、方向是不斷變化的，很難確定其實(shí)際載荷，在行變速器軸承壽命計(jì)算時(shí)，大都采用經(jīng)驗(yàn)公式求出各個(gè)檔位的當(dāng)量載荷，然后進(jìn)行壽命計(jì)算。
在對(duì)貨車變速器可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)各檔位的工作時(shí)間和各檔的轉(zhuǎn)速提出了一種關(guān)于變速器軸承當(dāng)量載荷的計(jì)算方法，為軸承壽命計(jì)算提供了參考。在損傷積累假說的基礎(chǔ)上，根據(jù)各檔位使用情況，確定軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷，以此作為其壽命校核的依據(jù)，計(jì)算了變速器軸承的疲勞壽命。以變速器軸承為研究對(duì)象，針對(duì)變速器軸承進(jìn)行了力學(xué)分析，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了變速器各軸承的受力公式，并開發(fā)了軸承計(jì)算與選型軟件。
針對(duì)汽車變速器軸承的應(yīng)用工況及特點(diǎn)，分類介紹了汽車變速器軸承的壽命計(jì)算方法，并詳細(xì)介紹了軸承軸向力的計(jì)算方法。利用二參數(shù)威布爾分布建立了軸承各元件的壽命可靠性模型，提高了汽車輪轂軸承壽命預(yù)測精度。提出了一種在任意使用載荷下航空航天軸承接觸疲勞壽命的分析方法，利用軸承線接觸應(yīng)力公式和等壽命轉(zhuǎn)化公式對(duì)載荷輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后利用高周疲勞的常用經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)修正得到任意使用載荷下的軸承接觸
疲勞壽命。
利用有限元法計(jì)算軸承壽命是一種重要的方法，但是由于變速器檔位較多，而且不同的檔位軸承所受載荷不同，對(duì)變速器軸承的有限元計(jì)算比較復(fù)雜，目前利用有限元法對(duì)變速器軸承的研究較少。為了進(jìn)一步研究變速器軸承壽命計(jì)算，可以參考其他機(jī)器軸承壽命的計(jì)算方法，應(yīng)用Monte-Carlo法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬，并編寫計(jì)算程序，建立了滾動(dòng)軸承疲勞壽命的預(yù)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)對(duì)滾動(dòng)軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算、數(shù)值模擬和預(yù)測。對(duì)輪轂軸承的疲勞壽命進(jìn)行了仿真計(jì)算，但軸承外載荷的加載方式比較單一，隨后也僅做了軸向加載這一種加載方式的疲勞試驗(yàn)。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸軸承做了故障分析和疲勞壽命仿真方法的研究，利用有限元軟件和Fe-Safe疲勞軟件對(duì)主軸軸承進(jìn)行了壽命估算。
1.變速器其他零部件壽命的計(jì)算
變速器其他零部件如齒輪軸、箱體、緊固件和油封等相比于齒輪和軸承，其壽命較長，在變速器失效零件中所占比例較少，對(duì)這些零部件壽命計(jì)算的研究較少。
對(duì)疲勞壽命分析預(yù)測所需要的路面載荷進(jìn)行分析討論，利用計(jì)算機(jī)在變速器設(shè)計(jì)階段就對(duì)其在實(shí)際中所行駛的道路進(jìn)行預(yù)測路面載荷狀況，然后利用MSC.ADAMS進(jìn)行仿真。通過實(shí)測載荷—時(shí)間歷程，利用nCode-ICEflow軟件將從特定的實(shí)際道路上采集到的載荷信號(hào)進(jìn)行處理，然后進(jìn)行疲勞損傷的計(jì)算。以某型汽車變速器*齒輪軸為研究對(duì)象，結(jié)合變速器的工
作狀況系統(tǒng)的分析了該齒輪軸及其輪齒的失效形式，研究了變速器*齒輪軸疲勞壽命預(yù)測方法，并利用MSC.Fatigue軟件計(jì)算該齒輪軸的疲勞壽命。利用UG結(jié)構(gòu)分析模塊和ANSYS通用疲勞分析模塊相結(jié)合的方法，對(duì)汽車變速器*軸進(jìn)行了疲勞分析。建立了某輕型貨車變速器箱體有限元模型，過實(shí)車強(qiáng)化壞路試驗(yàn)采集了整車輪心垂直方向振動(dòng)加速度信號(hào)，利用MSC.ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，獲得了箱體與車架連接點(diǎn)的載荷時(shí)間信號(hào)。將各載荷通道的應(yīng)力分布和載荷時(shí)間歷程輸入MSC.Fatigue，得到了箱體的疲勞壽命結(jié)果。以某轎車手動(dòng)變速器殼體為研究對(duì)象，考慮軸承、齒輪軸剛度的影響，應(yīng)用有限元方法計(jì)算殼體在所有檔位下的應(yīng)力分布，并進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。然后結(jié)合轎車實(shí)際使用工況下的變速器工作載荷譜，應(yīng)用多軸疲勞理論預(yù)測整個(gè)殼體的損傷分布，獲得了殼體壽命。
綜上所述：目前對(duì)變速器疲勞壽命的研究主要是對(duì)關(guān)鍵部件齒輪和軸承的研究，主要是結(jié)合程序載荷譜，利用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，并且隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，利用多種軟件的協(xié)同仿真來計(jì)算變速器各部件壽命是未來研究的趨勢。
2.變速器概率疲勞壽命預(yù)測
在常規(guī)壽命計(jì)算中是將與剩余壽命有關(guān)的參數(shù)，例如零件尺寸、載荷、材料特性等當(dāng)作確定性的量來處理。然而工程實(shí)際中這些參數(shù)往往不是確定值，而且預(yù)測得到的壽命是很分散的，是具有一定分布特征的隨機(jī)量。因此，要對(duì)構(gòu)件的安全使用作出更符合實(shí)際的評(píng)價(jià)，就迫切需要引入概率統(tǒng)計(jì)理論，以使構(gòu)件的疲勞壽命預(yù)測有一個(gè)可靠的定量概念。如果已知各參數(shù)的分布規(guī)律，并采用概率方法考慮參數(shù)的隨機(jī)性，就可以得到具有一定可靠度的剩余壽命。
汽車變速器通常采用批量生產(chǎn)，每個(gè)變速器零件的尺寸、形狀和安裝條件都有一定的差異。使得一批零件即使在同一恒福循環(huán)載荷的作用下產(chǎn)生的應(yīng)力仍然有一定的差異。如軸直徑的差異而產(chǎn)生不同的軸應(yīng)力；齒形的誤差使齒根產(chǎn)生不同的應(yīng)力；不同的偏心量使齒輪抽產(chǎn)生不同的離心力等。這種應(yīng)力的離散性可以通過統(tǒng)計(jì)得到一分布，稱這種分布為應(yīng)力的橫向分布。而所有使疲勞應(yīng)力產(chǎn)生橫向分布的因素稱為橫向影響因素。對(duì)于某一確定的變速器零件來說，可以認(rèn)為零件的尺寸、形狀、安裝條件等都是確定的。當(dāng)這個(gè)零件受復(fù)雜的載荷—時(shí)間歷程時(shí)，其危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力是一個(gè)隨機(jī)變量。通過對(duì)這個(gè)應(yīng)力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到一個(gè)應(yīng)力分布。稱這種應(yīng)力分布為疲勞應(yīng)力的橫向分布，使疲勞應(yīng)力產(chǎn)生縱向分布的因素稱為縱向影響因素。
影響變速器疲勞應(yīng)力的橫向因素和縱向因素是同時(shí)存在的，由于橫向影響因素的分布的確定比較困難，而且同時(shí)考慮橫向和縱向因素時(shí)計(jì)算困難，在變速器疲勞壽命預(yù)測時(shí)很多研究者只考慮了縱向影響因素，忽略了橫向因素的影響。目前對(duì)變速器的概率疲勞壽命研究較少，但有很多針對(duì)齒輪系統(tǒng)的概率疲勞壽命的研究，可以給變速器的研究提供參考。
為提高汽車變速器系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)過程中考慮了動(dòng)力傳動(dòng)鏈的zui薄弱的軸和齒輪的環(huán)節(jié)，其主要受到彎曲疲勞和表面磨損的影響，此外還考慮了一些變量，包括傳輸功率、齒面寬度、花鍵長度以及材料特性等并且研究其參數(shù)變化對(duì)整體變速器系統(tǒng)可靠性的影響。提出以修正的材料P-S-N曲線為基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)的名義應(yīng)力法和Miner法則估算雙圓弧齒輪的疲勞壽命。對(duì)某火炮傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪副壽命預(yù)測時(shí)，建立了P-Sa-Sm-N曲面方程，求得隨機(jī)載荷作用下的齒輪副的概率疲勞壽命。從齒輪接觸疲勞強(qiáng)度出發(fā)，提出了一種改進(jìn)的齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法。將常規(guī)的設(shè)計(jì)方法與可靠性設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，計(jì)算齒輪在使用壽命期間的可靠度。這種方法對(duì)于變速器齒輪研究具有十分重要的意義。趙富強(qiáng)首先利用Abaqus計(jì)算各檔齒輪的應(yīng)力，根據(jù)存活率為99%時(shí)，考慮幾何尺寸、溫度環(huán)境以及非對(duì)稱循環(huán)因素的影響設(shè)定并修正材料S-N曲線，利用FE-safe軟件運(yùn)用修正的疲勞壽命損傷__理論對(duì)變速器各檔齒輪進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測，并與變速器疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，為等壽命周期設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。
由于變速器是汽車的關(guān)鍵部件，而且變速器所受載荷比較復(fù)雜，基于概率統(tǒng)計(jì)的疲勞壽命計(jì)算方法可以用于預(yù)測變速器破壞的概率和可靠壽命，為變速器的研發(fā)和維修提供更全面的數(shù)據(jù)，因此，基于概率統(tǒng)計(jì)的變速器整體疲勞壽命計(jì)算是未來研究的方向。