一种圆锥滚子轴承预紧量计算方法.pdf

10.16638/ ki.1671-7988.2017.15.039 10.16638/ ki.1671-7988.2017.15.039 一种圆锥滚子轴承预紧量计算方法 祁稳，汤清，卢西山 （安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601） 摘 要：圆锥滚子轴承作为分离式轴承在变速箱中成对使用时，需对其进行轴向预紧。在乘用车变速箱中圆锥滚子 轴承主流的预紧方式为定位预紧， 轴承供应商一般根据经验提供预紧量。 文章基于采用定位预紧的一对圆锥滚子轴 承，提出了一种预紧量计算方法。 关键词：圆锥滚子轴承；定位预紧；预紧量 中图分类号：U467.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)15-107-03 A method for calculating the amount of TRB preload Qi Wen, Tang Qing, Lu XiShan （Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601） Abstract: When segregate tapered roller bearings used in pairs in gearboxes, axial preload is necessary. In the area of gearboxes of passenger cars, positioning preload is mostly used when preloading tapered roller bearings. In general, bearing suppliers will offer reference values on preloading amount according to their experience. This paper presents a kind of calculational methods based on a pair of positioning preloaded tapered roller bearings. Keywords: TRB; Positioning preload; Preloading amount CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671- 7988 (2017)15- 107- 03 1 概述 滚动轴承的预紧是指将轴承装入轴承座和轴上后，采取 一定措施使轴承中的滚动体和内、外圈之间产生一定量的预 变形，以保持内、外圈处于压紧状态。在使用工况下，合理 的预紧能提高轴支承刚性，减小振动和噪声；同时会避免轴 承在使用时温升过高，加剧滚动面磨损，降低轴承寿命和变 速器效率。 在现有论文中，对圆锥滚子轴承预紧力验证方法已有大 量的描述，一般均通过测量摩擦力矩来间接确认实际预紧力 是否满足设计要求。 但对于如何计算设计预紧力的论文较少， 且一般均为估算，未详细介绍预紧力计算方法。 现代乘用车变速箱批量生产中，常采用测量轴系高度、 壳体深度来选择具有一定过盈量（预紧量）的调整垫片对圆 锥滚子轴承进行预紧。预紧量与预紧力之间存在计算关系， 亦可通过摩擦力矩进行间接测量。现代变速箱为了减重降成 本，均采用精细化设计，合理选择预紧量更为重要。本文针 对正装的一对圆锥滚子轴承，并采用定位预紧的方式，提出 一种预紧量计算方法。 2 预紧量计算 2.1 工作状态的预紧量计算 在圆锥滚子轴承选型设计时， 采用 Romax 等仿真软件进 行零部件建模，图 1 为某款变速箱的输出轴模型，前后端正 装了一对圆锥滚子轴承。 根据建立的模型，使用轴承载荷谱计算圆锥滚子轴承在 测试试验 作者简介：祁稳作者简介：祁稳（1982-） ，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心，从事 DCT 变速器产品设计开发工作。 祁稳祁稳 等：一种圆锥滚子轴承预紧量计算方法等：一种圆锥滚子轴承预紧量计算方法 108 2017 年第 15 期2017 年第 15 期 不同轴向工作间隙下的轴承寿命，计算结果如图 2 所示，横 坐标为一对圆锥滚子轴承工作状态下的轴向间隙，纵坐标为 轴承寿命。根据计算结果，可得到圆锥滚子轴承在较高寿命 时的工作间隙区间，如图 2 中标识区域所示。该对圆锥滚子 轴承工作状态下，最佳轴向间隙（轴向预紧）为-15m+ 5m。 图 1 某变速器输出轴 Romax 模型 图 2 轴向工作间隙与寿命关系 2.2 常温下的预紧量计算 通过仿真计算获得了工作状态的最佳工作间隙，但是由 于乘用车变速器壳体主要采用铸铝材料，而轴为合金钢，两 种不同材料的线膨胀系数差异较大，所以不能直接作为常温 装配时的设计预紧量。 在进行转化计算时主要考虑两个方面， 一是由于线膨胀系数差异导致的轴向变形，二是由于圆锥滚 子轴承外圈与壳体之间的径向过盈转化的轴向变形。 在变速箱温度由装配温度升高至工作温度时，两种材料 线膨胀系数差异导致的轴向变形量Ja1计算公式为式（1） 。 Ja1=LC2(t2- t1)- LC1(t2- t1) （1） 式中： L 轴系长度/壳体轴承座之间距离，mm C1轴系线膨胀系数，1/ C2壳体线膨胀系数，1/ t2工作温度， t1装配温度， 圆锥滚子轴承外圈与壳体配合在设计时（装配温度，20 ） 一般为过盈状态， 径向过盈量会转变为一部分轴向变形。 两个圆锥滚子轴承由于径向过盈产生的轴向变形量Ja2计 算公式为式（2） 。 Ja2=K1te1S1 + K2te2S2 （2） K1/2=Y1/2/0.8 （3） 其中 te1/2取 0.5，Y 值为圆锥滚子轴承计算系数，根据轴 承手册选取。S1/2为壳体轴承座与轴承外圈过盈量的变化 量，当变速箱温度 t2升高至某值 t0 后，轴承外圈无过盈， 轴向变化量不增加。计算公式如下： t01/2=S1/2/(C2- C1)D1/2) （4） 当 t2t0 时，S1/2计算公式如下： S1/2= D1/2(C2-C1)(t2-t1) （5） 当 t2t0 时，S1/2计算公式如下： S1/2=S1/2 （6） 式中： S1/2轴承座与轴承外圈过盈量的中值，mm D圆锥滚子轴承外圈名义直径，mm 在计算Ja2时，需要考虑变速箱选垫过程中轴系高度的 测量状态。如前端圆锥滚子轴承外圈已压入壳体，后端圆锥 滚子轴承外圈未压入壳体，Ja2仅为前端圆锥滚子轴承外圈 由径向过盈减小而转化的轴向间隙。 综上所述，由于变速器温度变化导致的壳体轴承座与轴 系之间的轴向变形量Ja计算如式（7）所示。 Ja=Ja1+Ja2 （7） 常温状态下圆锥滚子轴承的预紧量 根据圆锥滚子轴承 工作状态下的轴向工作间隙 1分为两种情况。 当工作温度下最佳轴向工作间隙 10m 时，=1+ Ja； 当工作温度下最佳轴向工作间隙 10m 时，=1+ 2+Ja； 式中 2为壳体轴承座轴向变形量， 计算该值时需要首先 计算出此时的轴向力 Fa。参考轴承手册上轴承内外圈位移计 算公式（8） ，已知两个配对圆锥滚子轴承承受相同的轴向力 Fa，与式（9）联立求解，获得轴向力 Fa。由于式（8）计算 结果与各个轴承厂家的实际状态存在差异，故推荐采用轴承 厂家提供的轴向力与位移关系式。 （8） a1+a2=1 （9） 在求解得到 Fa后，通过有限元仿真获得前后壳体轴承座 的综合轴向刚度 K，在 Fa轴向力下，壳体轴承座的变形量 2 计算如公式（10）所示。如要避免有限元仿真误差，亦可通 过壳体变形试验，测得轴承座轴向刚度。 2=Fa/K （10） 综上所述，通过计算获得该对圆锥滚子轴承的在常温下 的预紧量 。在变速箱装配时，圆锥滚子轴承调整垫片的实 际厚度=测量间隙+预紧量。 此时预紧量 由壳体轴承座变形 及轴承变形构成。 =1 + 2 （11） 式中： 1 两个圆锥滚子轴承共同产生的轴向变形量，mm 2 两个壳体轴承座共同产生的轴向变形量，mm 式（8） 、 （9） 、 （10） 、 （11）共同求解，可获得在常温装 配温度下， 该对圆锥滚子轴承的轴向预紧力。（下转第 116 页） 夏杰夏杰 等：等：22 米桁架式桥梁检测车米桁架式桥梁检测车 116 2017 年第 15 期2017 年第 15 期 又能提高跨越桥边障碍物的能力，及跨越人行道的能力。根 据人行道和障碍物高度的不同可以进行调节。 3.3 整车采用集中润滑系统，省去的漏打黄油的现象，便于 设备的润滑点长期处于有黄油的状态，利于设备的寿命的延 长。 3.4 采用轻量化设计方案，一伸臂采用铝合金机构，同等参 数状态下，陕汽的桥梁检测车轻与行业标杆 3.5 吨，不影响 上高速。 4 设备状态 4.1 SX5230JQJ 桥梁检测车已获得三项发明专利及三项实用 新型专利，目前已有 5 辆车投向市场。 4.2 获陕西省科技统筹创新工程计划项目政府专项投资 50 万元。 4.3 获西安经开区2016年度支持产业发展专项资金40万元。 4.4 获公司 2015 年度公司级优秀成果三等奖。 5 结论 SQ5320JQJ 桥梁检测车某些技术参数及性能特点已达到 国际先进水平。此车成功投放市场，有利于桥梁安全检测和 维修，提高在桥梁养护领域的贡献度。 参考文献 1 崔文毅,潘夏表.桥梁检测车在桥梁检测中的应用J. 2 周隽勇,邹孝军,李新芙.第一代桥粱检测车存在的问题及对策J. 重型汽车,2000(5). 3 石文燕,任立峰,李新美.桥梁检测车液压系统的改进设计 J.农业 装备与车辆工程,2013(2):64- 66. 4 李壮云.液压元件与系统M.机械工业出版社,2011. （上接第 108 页） 3 实际应用 上述计算方法在某乘用车变速箱的设计开发过程中进行 了运用， 实施中使用摩擦力矩试验进行实物校核， 避免测量、 仿真等误差， 通过了可靠性试验、 高速试验等试验项目验证， 确认了上述方法的可行性。 4 结束语 本文提出了一种圆锥滚子轴承预紧量的计算方法，保证 轴承寿命满足设计要求， 同时亦