发动机连杆滚针轴承失效分析及产品改进研究

1、五邑大学本科毕业设计PAGE 2PAGE 68摘要摩托车连连杆滚针针轴承的的运动及及受力状状态比较较复杂，现针对某某型号发发动机的的连杆滚滚针轴承承失效样样品作失效分分析。分分析表明明承受载载荷过大大，滚针针的表面面应力分分布不均均，保持持架和连连杆的结结构强度度和耐磨磨性不足足等原因因是连杆杆滚针轴轴承发生生早期失失效的主主要因素素。针对对产品的的失效原原因，提提出滚针针的凸度度技术以以消除滚滚针的边边缘效应应，提出出保持架架和连杆杆的热处理理技术以以改善保保持架和和连杆的的抗疲劳劳能力和和耐磨性性等工艺艺改进方方案，协协助生产产厂家改改进产品品性能并并提高其其使用寿寿命。关键词滚滚针轴承承

2、；失效效分析；工艺改改进；摩摩托车AbsttracctMotiion of mottorccycle connnecctinng rrod neeedlee beeariing andd foorcee itt beearss arre vveryy coompllicaatedd.Foor aa moodell off thhe eengiine connnecctinng rrod neeedlee beeariing faiilurre ssamppless foor ffailluree annalyysiss.Annalyysiss shhoweed tthatt thhe bbea

3、rringg looad is tooo laargee, uunevven disstriibuttionn off neeedlle ssurffacee sttresss, thee caage andd thhe cconnnecttingg rood oof aa laack of strructturaal sstreengtth aand weaar rresiistaancee duue tto eearlly ffailluree off thhe cconnnecttingg rood nneeddle beaarinng mmainn faactoors.Reaasonn

4、s ffor prooducct ffailluree occcurrs, raiise thee crrownn neeedlle ttechhnollogyy, hheatt trreattmennt oof tthe cagge aand thee coonneectiing rodd teechnnoloogy, ussed to impprovve tthe neeedlee off thhe Edgee efffecct andd too raaisee thhe ccagee annd tthe connnecctinng rrods rresiistaancee too faa

5、tiggue andd weear ressisttancce, etcc. pproccesss immproovemmentt prrogrram to hellp mmanuufaccturrerss immproove prooducct pperfformmancce aand inccreaase itss seerviice liffe.KeywworddsNeeedlle rrolller beaarinngsFFailluree AnnalyysissProocesss IImprroveemenntmootorrcyccle目录TOC o 1-1 h z t 标题 2,2,

6、标题 3,3 HYPERLINK l _Toc263863296 摘要 PAGEREF _Toc263863296 h I HYPERLINK l _Toc263863297 Absttracct PAGEREF _Toc263863297 h III HYPERLINK l _Toc263863298 第1章绪绪论 PAGEREF _Toc263863298 h 1 HYPERLINK l _Toc263863299 1.1 课题的的提出 PAGEREF _Toc263863299 h 11 HYPERLINK l _Toc263863300 1.2 本课题题国内状状况 PAGEREF _T

7、oc263863300 h 4 HYPERLINK l _Toc263863301 1.3 滚动轴轴承国内内外状况况与研究究方法 PAGEREF _Toc263863301 h 66 HYPERLINK l _Toc263863302 1.4 三轮摩摩托车的的国内市市场状况况 PAGEREF _Toc263863302 h 7 HYPERLINK l _Toc263863303 本章小结结 PAGEREF _Toc263863303 h 8 HYPERLINK l _Toc263863304 第2章连连杆滚针针轴承失失效分析析 PAGEREF _Toc263863304 h 9 HYPERLI

8、NK l _Toc263863305 2.1 连杆滚滚针轴承承接触疲疲劳失效效 PAGEREF _Toc263863305 h 10 HYPERLINK l _Toc263863306 2.1.1点蚀蚀 PAGEREF _Toc263863306 h 10 HYPERLINK l _Toc263863307 2.1.2 疲疲劳剥落落 PAGEREF _Toc263863307 h 11 HYPERLINK l _Toc263863308 2.1.3 影影响疲劳劳失效的的因素 PAGEREF _Toc263863308 h 112 HYPERLINK l _Toc263863309 2.2 磨损

9、失失效 PAGEREF _Toc263863309 h 133 HYPERLINK l _Toc263863310 2.2.1 磨磨粒磨损损 PAGEREF _Toc263863310 h 13 HYPERLINK l _Toc263863311 2.2.2 粘粘着磨损损 PAGEREF _Toc263863311 h 14 HYPERLINK l _Toc263863312 2.3 烧伤损损坏 PAGEREF _Toc263863312 h 155 HYPERLINK l _Toc263863313 2.4 塑性变变形失效效 PAGEREF _Toc263863313 h 16 HYPERL

10、INK l _Toc263863314 2.5 微观分分析 PAGEREF _Toc263863314 h 177 HYPERLINK l _Toc263863315 2.6 连杆滚滚针轴承承的润滑滑 PAGEREF _Toc263863315 h 18 HYPERLINK l _Toc263863316 2.6 连杆滚滚针轴承承失效总总结 PAGEREF _Toc263863316 h 200 HYPERLINK l _Toc263863317 2.7 轴承的的寿命计计算 PAGEREF _Toc263863317 h 211 HYPERLINK l _Toc263863318 本章小结结

11、PAGEREF _Toc263863318 h 22 HYPERLINK l _Toc263863319 第3章连连杆滚针针轴承改改进方法法研究 PAGEREF _Toc263863319 h 223 HYPERLINK l _Toc263863320 3.1连连杆滚针针轴承工工作时的的运动及及受力分分析 PAGEREF _Toc263863320 h 233 HYPERLINK l _Toc263863321 3.1.1运动动分析 PAGEREF _Toc263863321 h 223 HYPERLINK l _Toc263863322 3.1.2受力力分析 PAGEREF _Toc2638

12、63322 h 223 HYPERLINK l _Toc263863323 3.2滚滚针轴承承 PAGEREF _Toc263863323 h 26 HYPERLINK l _Toc263863324 3.2.1 滚滚针的标标准 PAGEREF _Toc263863324 h 266 HYPERLINK l _Toc263863325 3.2.2 滚滚针凸度度对轴承承寿命的的影响 PAGEREF _Toc263863325 h 227 HYPERLINK l _Toc263863326 3.2.3 滚滚针凸度度的合理理设计 PAGEREF _Toc263863326 h 227 HYPERLI

13、NK l _Toc263863327 3.2.4 目目前设计计在存在在的问题题 PAGEREF _Toc263863327 h 29 HYPERLINK l _Toc263863328 3.2.5 改改进意见见 PAGEREF _Toc263863328 h 29 HYPERLINK l _Toc263863329 3.2.6滚针针的凸度度计算设设计 PAGEREF _Toc263863329 h 300 HYPERLINK l _Toc263863330 3.3 滚针轴轴承保持持器 PAGEREF _Toc263863330 h 322 HYPERLINK l _Toc263863331 3

14、.3.1保持持架的锁锁针 PAGEREF _Toc263863331 h 322 HYPERLINK l _Toc263863332 3.3.2 “M”型保持持架 PAGEREF _Toc263863332 h 333 HYPERLINK l _Toc263863333 3.3.3 “K”型保持持架 PAGEREF _Toc263863333 h 333 HYPERLINK l _Toc263863334 3.3.4 保保持架径径向定位位 PAGEREF _Toc263863334 h 35 HYPERLINK l _Toc263863335 3.3.5 保保持架表表面处理理 PAGEREF

15、_Toc263863335 h 35 HYPERLINK l _Toc263863336 3.3.6 滚滚针和保保持器的的热处理理 PAGEREF _Toc263863336 h 36 HYPERLINK l _Toc263863337 本章小结结 PAGEREF _Toc263863337 h 37 HYPERLINK l _Toc263863338 第4章连连杆滚针针轴承的的工艺改改进措施施 PAGEREF _Toc263863338 h 38 HYPERLINK l _Toc263863339 4.1 滚针的的工艺改改进措施施 PAGEREF _Toc263863339 h 38 HYP

16、ERLINK l _Toc263863340 4.1.1滚针针的凸度度加工 PAGEREF _Toc263863340 h 338 HYPERLINK l _Toc263863341 4.1.2 对对数型凸凸度滚针针超精研研导辊的的设计与与加工 PAGEREF _Toc263863341 h 339 HYPERLINK l _Toc263863342 4.2 滚针轴轴承保持持架的工工艺改进进措施 PAGEREF _Toc263863342 h 443 HYPERLINK l _Toc263863343 4.2.1 锁锁针部位位主参数数的确定定 PAGEREF _Toc263863343 h 4

17、3 HYPERLINK l _Toc263863344 4.2.2 保保持架表表面处理理 PAGEREF _Toc263863344 h 45 HYPERLINK l _Toc263863345 4.3 连杆滚滚针轴承承的游隙隙 PAGEREF _Toc263863345 h 45 HYPERLINK l _Toc263863346 4.3.1 影影响轴承承径向工工作游隙隙的因素素PAGEREF _Toc263863346 h 45 HYPERLINK l _Toc263863347 4.3.2 轴轴承径向向游隙的的合理选选择 PAGEREF _Toc263863347 h 477 HYPER

18、LINK l _Toc263863348 4.3.3 MM型保持持架的渗渗碳工艺艺 PAGEREF _Toc263863348 h 47 HYPERLINK l _Toc263863349 本章小结结 PAGEREF _Toc263863349 h 48 HYPERLINK l _Toc263863350 第五章连连杆滚针针轴承现现阶段改改进后的的效果 PAGEREF _Toc263863350 h 449 HYPERLINK l _Toc263863351 5.1 滚针轴轴承的改改进 PAGEREF _Toc263863351 h 499 HYPERLINK l _Toc263863352

19、5.2 连杆的的改进 PAGEREF _Toc263863352 h 552 HYPERLINK l _Toc263863353 本章小结结 PAGEREF _Toc263863353 h 58 HYPERLINK l _Toc263863354 第六章连连杆滚针针轴承的的有限元元分析 PAGEREF _Toc263863354 h 559 HYPERLINK l _Toc263863355 6.1 滚针轴轴承的有有限元分分析 PAGEREF _Toc263863355 h 599 HYPERLINK l _Toc263863356 6.2 连杆的的有限元元分析 PAGEREF _Toc263

20、863356 h 662 HYPERLINK l _Toc263863357 本章小结结 PAGEREF _Toc263863357 h 64 HYPERLINK l _Toc263863358 结论 PAGEREF _Toc263863358 h 655 HYPERLINK l _Toc263863359 参考文献献 PAGEREF _Toc263863359 h 66 HYPERLINK l _Toc263863360 致谢 PAGEREF _Toc263863360 h 677第1章 绪论1.1 课题的的提出三轮摩托托车作为为一种运运输机械械，适用用于城乡乡之间的的中、短短途运输输，由于

21、于该类车车体积小小、价格格低、操操作简便便、方便便实用，从而深深受广大大农民和和城乡个个体劳动动者的喜喜爱。近近年来，随着城城乡道路路建设质质量的不不断提高高，对车车辆驾驶驶舒适性性要求也也逐渐从从路面转转向了车车辆自身身，而发发动机作作为直接接与驾驶驶者接触触的部件件，对驾驾驶的舒舒适性和和安全性性的影响响是不言言而喻的的。三轮摩托托车与二二轮摩托托车在使使用上的的主要区区别是行行驶速度度较低：一般三三轮摩托托车在道道路上行行驶时最最高时速速为300km/h。而而二轮摩摩托车在在城市道道路上行行驶时最最高时速速为500 kmm/h，在封闭闭的机动动车专用用道路和和公路上上行驶时时最高时时速为

22、660 kkm/hh。三轮摩托托车常用用于运载载重物，较二轮轮摩托车车负荷高高。考虑虑用途和和使用环环境，一一些厂家家直接选选用首选选排量较较大的发发动机，如1225 mml、1150 ml的发发动机，功率大大，动力力强劲，比较适适合载重重和长途途行驶。但是，我我国某些些三轮摩摩托车的的质量在在出厂前前根本没没有完善善的质量量保证体体系对其其进行保保证，在在市场上上销售，质量问问题较多多，如发发动机故故障、车车架断裂裂、断轴轴、制动动失灵、油路起起火等大大的质量量问题。 其主要原原因是：企业为为满足消消费者对对三轮摩摩托车高高承载、低油耗耗的使用用需求和和追求利利润，对对整车局局部外形形和发动

23、动机型式式进行了了变型设设计，如如风冷改改水冷，扩缸等等。尤为为严重的的是，将将某1225mll发动机机扩缸后后（有风风冷机型型，有水水冷机型型），变变成1550mll排量发发动机，装到原原设计为为1500ml排排量的摩摩托车上上，属于于典型的的小马拉拉大车。这些小小排量发发动机只只经过简简单的扩扩缸（即即加大活活塞、活活塞环、活塞销销和气缸缸）等进进行改变变。而没没有对其其他如曲曲柄连杆杆组件、曲轴箱箱及主轴轴承等支支撑件、运动零零件进行行认真的的分析研研究和改改进。发发动机完完全没有有储备功功率和扭扭矩，使使发动机机始终处处于高速速、高温温、高负负荷状态态下运转转，提前前消耗了了发动机机的

24、动能能，使机机件严重重磨损，最终造造成发动动机使用用寿命大大大缩短短。图1-11 曲柄柄连杆总总成作为三轮轮摩托车车发动机机中重要要的部件件的曲柄连连杆总成成（图1-1），其质质量好坏坏直接关关系到三三轮摩托托车驾驶驶舒适性性、安全全性和工工作可靠靠性。曲柄连杆杆总成是是三轮摩摩托车发发动机中中的一个个重要部部件，其其中受力力较大、工艺复复杂、制制造精度度要求高高的是带带圆柱滚滚子的滚滚针轴承承，如图图1-22。滚针轴轴承是带带圆柱滚滚子的滚滚子轴承承，相对对其直径径，滚子子既细又又长(滚滚子长度度为直径径的310倍倍，直径径一般不不大于5mmm )，这种滚滚子称为为滚针。尽管具具有较小小的截

25、面面，滚针针轴承仍仍具有较较高的负负荷承受受能力，因此，特别适适用十径径向空间间受限制制的场合合。图1-22 滚针针轴承近几年，随着中中央富农农政策和和西部大大开发战战略的实实施，三三轮摩托托车已成成为农民民朋友致致富的“好帮手手”。三轮轮摩托车车承载能能力适中中，道路路适应性性强，既既适用于于农户自自产自销销式的小小规模经经营，又又适用干干短途载载客，是是农民增增加收人人的重要要工具。在乡镇和和农村，三轮摩摩托车成成了更多多农民替替代牛车车和自行行车的代代步工具具，快捷捷、方便便、价位位低、操操作简单单的特点点，正好好迎合了了农村的的消费需需求。三三轮摩托托车在客客、货运运输方面面发展迅迅速

26、，也也使许多多城市下下岗职工工纷纷加加人了这这种投资资小、见见效快、技术要要求不高高的经营营队伍。货运三三轮摩托托车在农农村和城城镇得到到了广泛泛使用。在实际使使用过程程中，三三轮摩托托车驾驶驶员经常常出现装装载货物物超载或或超员载载人等违违规现象象，从而而发动机机超负荷荷运转，造成发发动机过过热停机机或曲柄柄连杆总总成损坏坏等故障障的产生生。如曲曲柄连杆杆总成中中滚针轴轴承组件件的滚针针轴承润润滑不良良、滚针针磨损、保持架架破坏、连杆大大头内壁壁损坏等等失效情情况。此此外还有有：(11)曲轴轴断裂，行驶途途中曲柄柄轴突然然断裂，打坏曲曲轴箱，造成整整台发动动机报废废；(22)连杆杆断裂，导致

27、活活塞、缸缸体、曲曲轴箱损损坏；(3）活活塞销断断裂，导导致活塞塞、连杆杆、缸体体损坏；(4）曲曲轴明显显弯曲变变形，造造成主轴轴承报废废，需更更换等。三轮摩托托车发动动机在实实际使用用过程中中出现的的损坏发发生过载载失效和和疲劳破破坏的主主要部分分是发动动机的曲柄连连杆滚针针轴承装装置（见见图1-3，图图1-44，图1-5，图图1-66）。图1-33 连杆杆滚针轴轴承失效效样品图1-44 滚针针轴承失失效样品品图1-55 曲柄柄连杆损损坏样品品图1-66 曲柄柄销损坏坏样品目前全国国三轮摩摩托车每每年有3300多多万辆的的产销规规模，全全面、系系统的研研究“高速重重荷摩托托车发动动机曲柄柄连

28、杆总总成”提高整整车的质质量，势势在必行行。1.2 本课题题国内状状况三轮摩托托车是一一种应用用广、快快速、经经济、舒舒适的交交通、运运动工具具，它具具有灵活活、轻便便、机动动和高速速等特点点。随着着科学技技术的发发展，现现代摩托托车产业业已经融融合了机机电技术术、信息息与数字字化技术术、控制制与测试试技术、新工艺艺技术和和新材料料技术等等诸多高高新技术术，成为为了一种种技术含含量很高高的产品品，是名名副其实实的技术术密集型型和资金金密集型型产业。20008年，全球摩摩托车产产量约445000万辆，中国、日本和和意大利利三个摩摩托车生生产大国国，产量量超过世世界摩托托车总量量的800%，出出口

29、量占占世界摩摩托车总总量的一一半以上上。提高摩托托车整车车及发动动机质量量，零部部件是关关键。而而目前我我国摩托托车零部部件质量量水平普普遍不高高，有影影响、上上规模的的生产企企业不多多，大部部分企业业由于资资金所限限，不能能实现技技术改造造和设备备引进，从而陷陷入了技技术落后后，质量量下降，利润减减少的恶恶性循环环。据有关资资料介绍绍，欧、美、日日等摩托托车强国国的各种种汽油机机，早已已实施2200小小时以上上的全负负荷强化化试验，平均无无故障间间隔时间间超过110000小时。而而在我国国20世纪纪80年代代才将可可靠性工工程应用用到内燃燃机行业业，且只只有1000h强强化试验验（其中中包含

30、220h的的低负荷荷磨合运运转），实际满满负荷试试验只有有80小小时。应应尽快采采取切实实有效的的措施，加以改改进，并并落实到到摩托车车产品的的试验中中去，减减少与国国外先进进水平的的差距。我国摩托托车发动动机配件件设计方方法落后后。相对对摩托车车工业发发达国家家来说，我国摩摩托车综综合技术术水平落落后约110-115年。目前仍仍然停留留在盲目目仿照国国外机型型的零配配件，极极少有配配件企业业采用CCAD/CAMM/CAAE等软软件对零零件进行行静、动动态强度度分析以以及与整整机分析析研究。滚针轴承承是摩托托车发动动机中重重要的机机械零部部件，其其寿命直直接影响响到发动动机的工工作性能能。滚针

31、针结构设设计最重重要的一一点就是是滚针的的凸度设设计，滚滚针轴承承凸度设设计的目目的，是是消除或或减少滚滚子与滚滚道间的的压力分分布，因因其有限限长线接接触副所所造成在在接触区区域两端端出现压压力奇异异分布的的边缘效效应，或或者在中中部出现现压力集集中的现现象，从从而等强强度利用用接触线线上每一一点的材材料性能能，提高高滚针轴轴承的承承载能力力，使用用寿命和和抗偏斜斜载荷的的能力。目前，国国内的不不少滚针针生产厂厂家缺乏乏对滚针针凸度的的真正意意义上的的研究。没有对对滚针的的凸型和和凸度量量进行系统统的分析析设计，导致滚滚针质量量较国外外先进行行业的同同类产品品的承载载能力和和使用寿寿命都有有

32、很大的的距离。滚针的的凸度技技术包括括滚针的的凸度设设计、凸凸度滚针针生产和和滚针凸凸度的检检测技术术。在国内，由于历史的的原因，现代轴轴承工业业本身起起步较晚晚。特别别是近几几年，各各大轴承承企业由由于各方面面的原因因，轴承承CAEE的研究究工作没没有取得得太大的的进展。而中小企企业本身身基础较较差、技技术力量量薄弱。技术上上的落后后状态一一直未得得到根本本上的改改变，也也无暇从从事这方方面的研研究工作作。但是是可喜的的是，随随着科学学技术的的进步及及人们思思想观念念的转变变，已经经有部分分企业和和高校在在应用有有限元法解决决轴承问问题方面面做出了了有益的的探索和和研究。如罗继伟伟博士在在8

33、0年年代初，将子结结构分析析技术引引入有限限元法，并将该该思想进进一步引引入到滚滚动轴承承弹性接接触问题题的分析析中，研研究了多多体弹性性接触问问题，对对铁路轴轴承与承承载鞍系系统进行行了有限限元分析析，提出出了改进进与优化化设计方方案，通通过疲劳劳实验测测试，取取得了成成功。马马家驹在在90年年代初期期对圆柱柱滚子凸凸度进行行了三维维的数值值分析，给出了了凸度的的计算方方法，有有效地减减少了滚滚子边缘缘应力。最近几年年，商业业有限元元软件在在求解接接触问题题上取得得了很大大的发展展，如AANSYYS，MARRC等软软件在国国内外得得到广泛泛应用。20001年洛洛阳轴承承研究所所购进了了ANS

34、SYS和和MARRC有限限兀分析析及仿真真大型有有限元(CAEE)软件件。瓦房房店轴承承集团公公司、西西北轴承承集团公公司及万万向集团团公司也也相继购购入了AANSYYS和MMARCC等相关关的有限限元软件件，在国国内轴承承企业中中已率先先开始了了在这方方面的研研究，取取得了一一定的成成绩。洛洛阳轴承承研究所所通过几几年的研研究，已已基本上上解决了了人们对对CAEE软件能能否解决决轴承问问题、求求解结果果是否可可靠的问问题，在在铁路货货车轴承承的研究究方面，应用AANSYYS分析析软件也也取得了了一些成成果。1.3滚滚动轴承承国内外状况与研研究方法法早期，人人们只是是根据简简单的力力学关系系，

35、理想想的运动动状态来来分析确确定轴承承的承载载和运动动情况，这显然然是很粗粗糙的。Strribeeck首首先应用用Herrtz理理论建立立了球轴轴承的静静力分析析模型，并于119011年推导导出钢球球的最大大载荷QQmaxx与径向向载荷FF之间的的关系。Pallmgrren等等人对轴轴承在径径向、轴轴向和力力矩载荷荷作用下下的变形形与滚动动体载荷荷分布进进行了分分析。在传统静静力学分分析方法法的基础础上，JJonees AA B首首先于19559年提提出了拟拟动力学学分析方方法，他他用套圈圈控制理理论建立立的拟动动力学分分析模型型考虑了了钢球的的离心力力和陀螺螺力矩，并把其其与外载载荷一起起计

36、入到到每个轴轴承元件的力力和力矩矩平衡方方程中，然后对对这一组组非线性性方程采采用Neewtoon-RRaphhsonn迭代法法进行求求解，可可得到钢钢球上的的真实载载荷分布布、可接接受的疲疲劳寿命命预测及及轴承刚刚度。滚滚道控制制理论的的不足之之处是未未考虑润润滑剂的的作用，因此不不能正确确地预测测轴承内内部的滑滑动。随随着弹流流理论(EHLL)的发发展，人人们发现现轴承中中钢球与与滚道接接触处存存在有弹弹流油膜膜，可避避免金属属直接接接触，并并能较精精确地推推算出弹弹流油膜膜的形状状、厚度度及压力力分布。Harrriss T A在此此基础上上建立了了球轴承承的新分分析模型型，Pooplaa

37、wskki于19772年对对Harrriss的方法法做了改改进，考考虑的因因素更为为全面。Rummbarrge:又提出出了分析析理论，使拟动动力学分分析理论论更趋完完善。在在高速状状态下，球轴承承各元件的动动力学特特性对轴轴承性能能的影响响不容忽忽视。WWaltterss C T在119711年首先先提出了了动力学学分析模模型，考考虑了钢钢球的四四个自由由度运动动方程和和保持架架六自由由度运动动方程，利用44阶龙格格库塔法法进行积积分，可可计算出出轴承在在任意时时刻钢球球及保持持架的位位移、转转速以及及轴承内内部的滑滑动等。19777年，HarrrissT AA等进一一步发展展了Waaltee

38、rs C TT的分析析模型，考虑了了钢球受受力与力力矩不平平衡时产产生的惯惯性力和和惯性力力矩，从从而构成成了轴承承的动力力学分析析模型。19884年，Guppta PK出出版了Advvancced Dynnamiic oof RRolllingg Ellemeentss一书书，系统统地分析析了轴承承各零件件间的相相互作用用，考虑虑轴承从从开始起起动的整整个动力力学过程程，建立立了轴承承系统的的运动微微分方程程。19991年年，Haarriis TT A编编著的RRolllingg Beeariing Anaalyssis已已出第三三版，内内容包括括滚动轴轴承理论论分析的的各主要要方面和和最新

39、发发展的主主要成果果，被公公认为滚滚动轴承承理论和和技术方方面的权权威著作作。19996年年，Meeekss C R建立立了保持持架六自自由度动动力学分分析模型型，并实实现了各各元件间间的不同同设计和和不同复复杂程度度的计算算机程序序，形成成了一种种经济有有效的轴轴承分析析工具。国外，Tosshioo和Yaamammotoo对以滚滚动轴承承为支承承的转子子系统进进行研究究，发现现转子具具有多种种形式的的临界转转速，分分析认为为原因主主要是由由于滚动轴轴承的非非线性因因素造成成的。EEhriich研研究了高高速轴承承转子系系统的混混沌理论论。指出出倍周期期分叉如如果接近近Feiigennbauu

40、m常数数，响应应会出现现混沌。此外，许多学学者还对对轴承转子系系统的稳稳定性进进行了相相关的理理论研究究。2从国内外外的发展展现状看看，滚动动轴承力力学分析析的研究究经历了了静力学学分析、拟动力力学分析析和动力力学分析析三个阶段段。弹流流理论的的应用标标志着静静力学分分析方法法的成熟熟，然而而静力学学分析并并不能对对轴承的的一些动动态性能能进行描描述，进进而发展展到拟动动力学分分析方法法。拟动动力学分分析模型型能解决决轴承运运动参数数分析，可基本本满足工工程需要要，模型型较完善善，易于于应用。但它尚尚不能完完全描述述滚动轴轴承的动动态性能能，因而而进一步步发展到到完全的的滚动轴轴承动力力学分析

41、析。从理理论的完完整性看看，动力力学模型型分析方方法计及及的影响响因素最最全，但但由与高速下下轴承各各元件间动动态特性性复杂，以及计计及包括括安装配配合等各各种因素素必然带带来数学学上的复复杂与困困难，使使滚动轴轴承动力力学理论论迄今为为止仍很很不完善善。德国的FFAG公公司有专专门的研研究中心心负责计计算轴承承的内部部应力和和负荷分分布，通通常都是是使用有有限元分析的的方法。19885年发发表在Balll aand Rolllerr BeeariingEEngiineeerinng的的论文“轧钢机机轧辊轴轴承的负负荷分布布及轴承承座的受受力状态态” ，较详详细的介介绍了FFAG公公司利用用F

42、EMM(有限限元法)和和FAGGT2440程序序对轧机机预负荷荷轴承座座内负荷荷分布的的影响。FAGG公司的的ThoomassLosschee利用计计算机程程序，对对圆柱滚滚子轴承承滚子和和滚道轮轮廓形状状对接触触应力和和轴承寿寿命的影影响进行行了具体体的研究究，并可可进一步步推广到到圆锥滚滚子轴承承及球面面滚子轴轴承的研研究。目前全球球最大的的轴承公公司SKKF，很很早就开开发了各各种类型型的计算算机程序序。TAABACCY就是是其中一一种能够够迅速分分析轴承承在工作作负荷下下各个零零件的受受力情况况及寿命命的分析析程序。美国TOORRIINGTTON公公司应用用大型通通用有限限元软件AAN

43、SYYS研究究了轧机机工作辊辊轴承座座及轴承承外圈，确定了了轴承滚滚子载荷荷分布及及轴承寿寿命。国外三轮轮摩托车车在使用用特点、设计造造型、品品种结构构、价格格档次等等方面与与我国产产品有较较大差异异。国外外三轮摩摩托车多多以娱乐乐、运动动及特种种用途为为主，追追求豪华华高档、造型新新颖，产产品更新新快，在在新技术术、新结结构、新新材料、计算机机及电控控技术的的应用，以及在在使用的的舒适性性、安全全性及可可靠性等等方面精精益求精精，价格格昂贵。在国外，滚针凸凸度技术术在国外外称之为为CROOWNIING。CROOWNIING是是日本NNNR公公司的特特别讲法法，（美美国TOORRIINGTTO

44、N称称之为CCONTTROLLLEDD COONTOOUR，德国称称之为FFAG代代号为ZZB2）。CRROWNNINGG是指该该滚针在在接近两两端12mmm处，经经过刻意意研磨，呈抛物物线稍微微收缩状状（如图图1-7说明，其用肉肉眼不易易看出）。其功功用在使使滚针和和轨道面面接触时时，有修修正效果果，使滚滚针受力力均匀，最重要要的是可可以避免免两端产产生具有有破坏性性尾部应应力，并并对接触触面加工工公差有有少许的的弥补作作用。经经 CRROWNNINGG 处理理过后的的滚针，可降低低滚针所所受之最最大应力力值，且且负载上上较平均均，故能能提高轴轴承的寿寿命。图1-77 滚针针的应力力分布1.

45、4 三轮摩摩托车的的国内市市场状况况20088年，中中国的摩摩托车产产销量达达27550万辆辆，占据据了全球球总产量量的一半半以上，出口达达9800万辆，从业人人员近4400万万，摩托托车产业业已成为为中国国国民经济济的支柱柱产业之之一。我我国连续续14年年蝉联世世界第一一大摩托托车生产产国和消消费国，连续77年名列列出口量量世界第第一。目前我国国生产的的三轮摩摩托车是是以经济济、实用用、安全全、可靠靠为主要要目标，在设计计、生产产和工艺艺技术水水平上与与国外先先进国家家还有较较大的差差距。从全行业业统计情情况看，全年在在产三轮轮摩托车车企业228家，比上年年减少111家。生产企企业产销销量超

46、过过5万辆辆的企业业仅有55家，这这5家企企业累计计产量665.554万辆辆，占总总量的773%。其中宗宗申集团团产量332.22万辆，占整个个三轮摩摩托车行行业的338.883%，成为三三轮摩托托车行业业的霸主主，产量量集中度度远远高高于二轮轮摩托车车。中国汽车车工业协协会统计计数据显显示，220066年我国国三轮摩摩托车行行业发展展迅猛，产销量量均逼近近90万万辆，同同比增长长69%，高出出行业整整体增幅幅近500个百分分点，达达到历史史最好水水平。这这还仅仅仅是由行行业统计计的数据据，据业业内人士士估计，目前全全国三轮轮摩托车车应有近近3000万辆的的产销规规模，约约2/33的数据据没有

47、上上报。从从行业报报表观察察，排量量500mL的的三轮摩摩托车占占行业总总量的近近96，其中中10001550mll排量的的三轮摩摩托车由由于具有有油耗低低、性能能稳定、价格适适中、用用途广泛泛等优势势受到广广大消费费者的青青睐，成成为市场场的主流流产品。从整个行行业来看看，三轮轮摩托车车尽管销销量不大大，年销销量约占占全行业业总销量量的5左右，但共发发展速度度却相当当快。近近2年，随着中中央富农农政策和和西部大大开发战战略的实实施，三三轮摩托托车已成成为农民民朋友致致富的“好帮手手”。三轮轮摩托车车承载能能力适中中，道路路适应性性强，既既适用于于农户自自产自销销式的小小规模经经营，又又适用干

48、干短途载载客，是是农民增增加收人人的重要要工具。目前全国国三轮摩摩托车总总销量已已接近3300万万辆，但但这个数数字与中中国庞大大的农村村市场相相比，仍仍很大上上升空间间。经过过多次改改良，其其功能还还在不断断的完善善，使三三轮摩托托车某些些用途方方面优于于二轮摩摩托车、电动车车，价格格上优于于微型汽汽车。在在短期内内处于不不可替代代的地位位。随着着农民收收人的提提高，消消费环境境日益改改善，三三轮摩托托车作为为一种过过渡性运运输工具具，它无无疑还会会在较长长的时期期内广泛泛存在，市场潜潜力巨大大。连杆滚针针作为三三轮摩托托车发动动机中重重要的部部件曲柄柄连杆总总成的关关键构件件，其质质量好坏

49、坏直接关关系到三三轮摩托托车驾驶驶舒适性性、安全全性和工工作可靠靠性。本章小结结本章阐述述了所研研究三轮轮摩托车车发动机机连杆滚滚针轴承承的实际际生产、设计和和使用情情况，说说明了本本课题在在国内外外的发展展与研究究状况。国内摩摩托车连连杆滚针针轴承与与国外先先进行业业的生产产和设计计环节均均存在较较大的技技术差距距，导致致国内的的连杆滚滚针轴承承承载能能力和使使用寿命命较国外外先进产产品要低低。第2章 连杆滚滚针轴承承失效分分析失效分析析是一门门新兴交交叉学科科，涉及及的学科科领域和和技术门门类较多多，如金金属物理理、力学学和断裂裂、材料料学、表表面科学学、冶金金和加工工技术、摩擦学学、腐蚀

50、蚀学，还还有环境境和可靠靠性技术术工程等等，具有有很强的的生产应应用背景景，与国国民经济济建设有有极其密密切的联联系，需需要广泛泛收集原原始资料料，并运运用多种种技术手手段进行行测试分分析。从从失效分分析着手手客观准准确的寻寻找零部部件失效效起因，往往是是解决设设备可靠靠性和延延长使用用寿命的的必要前前提。轴承在工工作中丧丧失其规规定的功功能，导导致故障障或不能能正常工工作的现现象称为为失效。轴承的的失效可可分为正正常失效效和早期期失效两两种。按按其损伤伤机理大大致可分分为接触触疲失效效、磨损损失效、断裂失失效、塑塑性变形形失效、腐蚀失失效和游游隙变化化失效等等几种基基本形式式。接触触疲劳失失

51、效时滚滚动轴承承最常见见的失效效形式。由于工工作状况况的复杂杂性，有有时会表表现出多多种失效效形式。一般情况况下轴承承失效分分析大体体可分为为三个步步骤：1）失效效实物和和背景材材料的收收集应该尽尽可能地地收集到到失效实实物的各各个零件件和残片片。尽量量多地了了解到失失效轴承承的实际际工作条条件、使使用过程程和制造造质量情情况。这这对于正正确地失失效分析析是必不不可少的的。2）宏观观检查对失失效轴承承进行宏宏观检查查(包括括尺寸精精度测量量和表面面状态检检查分析析)，是是失效分分析最重重要的环环节。通通过总体体的外观观检查，可了解解轴承失失效的概概貌和损损坏部位位的特征征，估计计造成失失效的起

52、起因，察察看缺陷陷的大小小、形状状、部位位、数量量和特征征并确定定截取的的部位做做进一步步的微观观检查和和分析。3）微观观分析失效效轴承的的微观分分析包括括光学金金相分析析、电子子显微分分析、探探针和电电子能谱谱分析等等。主要要是根据据失效特特征区的的微观组组织结构构变化和和对疲劳劳源、裂裂纹源的的分析为为失效分分析提供供更充分分的判据据或反证证，因而而是重要要的。微微观分析析中最常常用、最最普及的的方法是是断口分分析、光光学金相相分析和和硬度检检测。滚动轴承承由内圈圈、外圈圈、滚动动体和保保持架四四种元件件构成。在连杆杆滚针轴轴承机构构中，滚滚针轴承承本身只有有滚动体体和保持持架，而而连杆则

53、则相当于于滚动轴轴承的外外圈，曲曲柄销则则相当于于滚动轴轴承的内内圈。因因此，连连杆、滚滚针、保保持架和和曲柄销销就构成成了一个个完整的的滚动轴轴承。经过理论论分析（见本文文3-11节）和和实践表表明，连连杆滚针针轴承主主要失效效形式一一般不同同于普通通定轴线线转动轴轴承。 连杆滚滚针轴承承工作时时，承受受大小、方向和和作用位位置周期期性变化化的脉冲冲载荷，同时，由于大大、小头头轴承与与曲柄销销、活塞塞销配合合处存在在配合间间隙，在在上、下下止点处处，活塞塞突然改改变运动动方向而而引起冲冲击振动动载荷，而压缩缩上止点点处气体体爆发压压力的作作用，使使得对轴轴承的冲冲击载荷荷更严重重。轴承承间隙

54、越越大冲击击振动载载荷越大大。 对连杆杆大头轴轴承来说说，除上上述径向向脉冲载载荷和冲冲击振动动载荷外外，当轴轴承随连连杆大头头一起绕绕曲轴中中心转动动时，在在离心惯惯性力作作用下，轴承保保持架外外圆面与与连杆孔孔间将产产生接触触和滑动动摩擦，造成保保持架外外圆磨损损。据维修点点反映和和试验拆拆检表明明，保持持架磨损损是连杆杆大头滚滚针轴承承常见的的主要失失效形式式。当磨磨损到一一定程度度时，还还会发生生保持架架碎裂。2.1连连杆滚针针轴承接接触疲劳劳失效接触疲劳劳失效是是各类轴轴承表面面最常见见的失效效模式之之一，疲疲劳失效效是金属属在交变变载荷的的长期作作用下而而产生的的失效，主要表表现为

55、疲疲劳裂纹纹的萌生生、扩展展和断裂裂的过程程。裂纹纹的产生生有两种种方式：从表面面产生，即在滚滚动轴承承的接触触过程中中，因外外载荷的的作用在在工作表表面引起起周期性性变化的的接触应应力，在在表层产产生塑性性变形和和形变硬硬化，最最后在工工作表面面出现微微小裂纹纹，由表表面向里里发展，在该裂裂纹形成成的两个个表面之之间，由由于润滑滑剂的楔楔入，使使裂纹壁壁受力张张开，迫迫使裂纹纹向前发发展；裂纹从从表层产产生，即即在表面面接触应应力的反反复作用用下，裂裂纹最初初产生于于离接触触表面有有一定深深度之处处，并顺顺着与表表面成一一定角度度的方向向发展，达到距距表面某某一深度度之后，又越出出到表面面上

56、来，最后扩扩展到表表面形成成不同的的剥落形形状，如如麻点状状的称为为点蚀或或麻点剥剥落；剥剥落成小小片状的的称浅层层剥落。由于剥剥落面的的逐渐扩扩大，而而往往向向深层扩扩展，形形成深层层剥落。深层剥剥落是接接触疲劳劳失效的的疲劳源源。裂纹从表表面产生生或从表表层产生生，这两两种情况况都是客客观存在在的。零零件经过过渗碳、表面淬淬火等热热处理后后，若存存在硬度度不均匀匀、组织织不均匀匀以及不不利的内内应力等等，则在在接触应应力的作作用下，裂纹一一般从表表层下产产生。反反之，若若零件表表面加工工质量差差，存在在着缺陷陷(氧化化、脱碳碳)，摩摩擦力大大或润滑滑不佳，则裂纹纹从表面面产生。2.1.1点

57、蚀蚀套圈和滚滚动体表表面的疲疲劳点蚀蚀是滚动动轴承最最基本和和常见的的失效形形式，这这是在安安装、润润滑、维维护良好好的条件件下，由由于大量量重复地地承受变变化应力力所致。轴承发发生点蚀蚀破坏后后，在运运转时通通常会出出现较强强的振动动、噪声声和发热热现象。当金属属表面存存在缺陷陷、疏松松以及夹夹渣等时时，这些些部位的的电化学学性能和和其他部部位不同同。这些些部位成成为溶解解趋势较较强的阳阳极，其其他部位位成为阴阴极，金金属本身身是良好好的导电电体，再再则润滑滑油中含含水，金金属表面面吸附的的水液则则是离子子导体，这样就就好似有有许多短短路的原原电池进进行着放放电的化化学反应应，阳极极溶解和和

58、阴极放放电的速速度快，金属腐腐蚀的速速度也就就快。点点蚀呈圆圆形，周周围没有有裂纹，能够向向深处扩扩展，甚甚至穿透透金属，引起应应力集中中并日在在高接触触应力下下导致表表面剥落落，造成成轴承失失效。样品4滚滚针（见见图2-1-bb）出现现的疲劳劳失效痕痕迹明显显不对称称（滚针针其中一一边有连连续相似似的金属属剥落和和凹痕），可推推断轴承承曾承受受偏载。轴承因颗颗粒污染染也可引引起麻点点和点蚀蚀痕。润润滑剂被被污染后后，一些固固体杂质质混在润润滑剂中中，也会成成为一种种磨蚀剂剂。如果果污染严严重，轴承也也会因此此而过早早地发生生磨损失失效，而这种种失效形形式较难难发现。a.样品品1滚针点点蚀失效

59、效 b. 样品44滚针疲劳劳失效图2-11滚针点点蚀失效效轴承出出现压痕痕的原因因：（11）金属属粉末颗颗粒等异异物的咬咬入，在在滚动面面或转动动面上产产生的凹凹痕；（2）安安装或运运输过程程中受到到冲击或或载荷过过大，在在滚动体体的表面面形成凹凹痕等。对此，可通过过过滤润润滑油，提高零零件的清清洁度，改进组组装方法法和使用用方法等等措施改改善凹痕痕的出现现。图2-22样品3保持架架点蚀失失效对于样样品3保持架架出现点蚀蚀失效（图2-2），可能是是曲柄连连杆总成成运转时时承受冲冲击载荷荷，保持持架与连连杆大头头内壁间间正常磨磨损产生生的金属属颗粒没没有及时时排出，润滑油油受污染染金属颗颗粒混合

60、合其中造造成润滑滑不良，样品刚刚度不够够等原因因综合造造成滚针针轴承保保持架出出现早期期疲劳点点蚀失效效。2.1.2疲劳劳剥落曲柄连杆杆总成的的连杆大大头内壁壁疲劳剥剥落，是是受气缸缸内燃气气爆发力力和曲柄柄连杆机机构惯性性力的作作用产生生的冲击击载荷，或是冲冲击载荷荷过大，或是连连杆大头头内侧的的硬度强强度不符符合质量量要求等等，属于于接触疲疲劳失效效。在样样品3和样品品4中（见图图2-33），疲劳剥落落的问题题比较严严重，发发生剥落落现象的的位置集集中，同同样属于于早期失失效。对对此类产产品我们们应当了了解其同同批次产产品的剥剥落状况况，观察察不同工工作时间间润滑油油中的颗颗粒颜色色变化，