發(fā)動機連桿滾針軸承失效分析及產品改進研究

1、五邑大學本科畢業(yè)設計PAGE 2PAGE 116摘 要 摩托車連桿滾針軸承的運動及受力狀態(tài)比較復雜，現(xiàn)針對某型號發(fā)動機的連桿滾針軸承失效樣品作失效分析。分析表明承受載荷過大，滾針的表面應力分布不均，保持架和連桿的結構強度和耐磨性不足等原因是連桿滾針軸承發(fā)生早期失效的主要因素。針對產品的失效原因，提出滾針的凸度技術以消除滾針的邊緣效應，提出保持架和連桿的熱處理技術以改善保持架和連桿的抗疲勞能力和耐磨性等工藝改進方案，協(xié)助生產廠家改進產品性能并提高其使用壽命。關鍵詞 滾針軸軸承；失失效分析析；工藝藝改進；摩托車車Abstrractt MMotiion of mottorccycle connnec

2、ctinng rrod neeedlee beeariing andd foorcee itt beearss arre vveryy coompllicaatedd. Forr a moddel of thee ennginne cconnnecttingg rood nneeddle beaarinng ffailluree saamplles forr faailuure anaalyssis. Anaalyssis shoowedd thhat thee beeariing loaad iis ttoo larrge, unneveen ddisttribbutiion of neee

3、dlee suurfaace strresss, tthe cagge aand thee coonneectiing rodd off a lacck oof sstruuctuurall sttrenngthh annd wwearr reesisstannce duee too eaarlyy faailuure of thee coonneectiing rodd neeedlle bbearringg maain facctorrs. Reaasonns ffor prooducct ffailluree occcurrs, raiise thee crrownn neeedlle

4、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 faatiggue andd weear ressisttancce, etcc. pproccesss immproovemmentt p

5、rrogrram to hellp mmanuufaccturrerss immproove prooducct pperfformmancce aand inccreaase itss seerviice liffe.Keywoordss Neeedlle rrolller beaarinngs Faailuure Anaalyssis Prroceess Impprovvemeent mootorrcyccle目 錄TOC o 1-1 h z t 標題 2,2,標題 3,3 HYPERLINK l _Toc263863296 摘 要 PAGEREF _Toc263863296 h I HY

6、PERLINK l _Toc263863297 Abstrractt PAGEREF _Toc263863297 h II HYPERLINK l _Toc263863298 第1章 緒緒論 PAGEREF _Toc263863298 h 1 HYPERLINK l _Toc263863299 1.1 課課題的提提出 PAGEREF _Toc263863299 h 1 HYPERLINK l _Toc263863300 1.2 本本課題國國內狀況況 PAGEREF _Toc263863300 h 4 HYPERLINK l _Toc263863301 1.3 滾滾動軸承承國內外外狀況與與研究方

7、方法 PAGEREF _Toc263863301 h 6 HYPERLINK l _Toc263863302 1.4 三三輪摩托托車的國國內市場場狀況 PAGEREF _Toc263863302 h 7 HYPERLINK l _Toc263863303 本章小結 PAGEREF _Toc263863303 h 8 HYPERLINK l _Toc263863304 第2章 連連桿滾針針軸承失失效分析析 PAGEREF _Toc263863304 h 9 HYPERLINK l _Toc2638633055 2.11 連桿桿滾針軸軸承接觸觸疲勞失失效 PAGEREF _Toc263863305

8、 h 10 HYPERLINK l _Toc263863306 2.1.11點蝕 PAGEREF _Toc263863306 h 10 HYPERLINK l _Toc263863307 2.1.22 疲勞勞剝落 PAGEREF _Toc263863307 h 11 HYPERLINK l _Toc263863308 2.1.33 影響響疲勞失失效的因因素 PAGEREF _Toc263863308 h 12 HYPERLINK l _Toc263863309 2.2 磨磨損失效效 PAGEREF _Toc263863309 h 13 HYPERLINK l _Toc263863310 2.2

9、.11 磨粒粒磨損 PAGEREF _Toc263863310 h 13 HYPERLINK l _Toc263863311 2.2.22 粘著著磨損 PAGEREF _Toc263863311 h 14 HYPERLINK l _Toc263863312 2.3 燒燒傷損壞壞 PAGEREF _Toc263863312 h 15 HYPERLINK l _Toc263863313 2.4 塑塑性變形形失效 PAGEREF _Toc263863313 h 16 HYPERLINK l _Toc263863314 2.5 微微觀分析析 PAGEREF _Toc263863314 h 17 HYP

10、ERLINK l _Toc263863315 2.6 連連桿滾針針軸承的的潤滑 PAGEREF _Toc263863315 h 18 HYPERLINK l _Toc263863316 2.6 連連桿滾針針軸承失失效總結結 PAGEREF _Toc263863316 h 20 HYPERLINK l _Toc263863317 2.7 軸軸承的壽壽命計算算 PAGEREF _Toc263863317 h 21 HYPERLINK l _Toc2638633188 本章小小結 PAGEREF _Toc263863318 h 22 HYPERLINK l _Toc263863319 第3章 連連桿

11、滾針針軸承改改進方法法研究 PAGEREF _Toc263863319 h 23 HYPERLINK l _Toc263863320 3.1連桿桿滾針軸軸承工作作時的運運動及受受力分析析 PAGEREF _Toc263863320 h 23 HYPERLINK l _Toc263863321 3.1.11運動分分析 PAGEREF _Toc263863321 h 23 HYPERLINK l _Toc263863322 3.1.22受力分分析 PAGEREF _Toc263863322 h 23 HYPERLINK l _Toc263863323 3.2滾針針軸承 PAGEREF _Toc26

12、3863323 h 26 HYPERLINK l _Toc263863324 3.2.11 滾針針的標準準 PAGEREF _Toc263863324 h 26 HYPERLINK l _Toc263863325 3.2.22 滾針針凸度對對軸承壽壽命的影影響 PAGEREF _Toc263863325 h 27 HYPERLINK l _Toc263863326 3.2.33 滾針針凸度的的合理設設計 PAGEREF _Toc263863326 h 27 HYPERLINK l _Toc263863327 3.2.44 目前前設計在在存在的的問題 PAGEREF _Toc263863327

13、h 29 HYPERLINK l _Toc263863328 3.2.55 改進進意見 PAGEREF _Toc263863328 h 29 HYPERLINK l _Toc263863329 3.2.66滾針的的凸度計計算設計計 PAGEREF _Toc263863329 h 30 HYPERLINK l _Toc263863330 3.3 滾滾針軸承承保持器器 PAGEREF _Toc263863330 h 32 HYPERLINK l _Toc263863331 3.3.11保持架架的鎖針針 PAGEREF _Toc263863331 h 32 HYPERLINK l _Toc26386

14、3332 3.3.22 “MM”型保持持架 PAGEREF _Toc263863332 h 33 HYPERLINK l _Toc263863333 3.3.33 “KK”型保持持架 PAGEREF _Toc263863333 h 33 HYPERLINK l _Toc26388633334 3.33.4 保持架架徑向定定位 PAGEREF _Toc263863334 h 35 HYPERLINK l _Toc263863335 3.3.55 保持持架表面面處理 PAGEREF _Toc263863335 h 35 HYPERLINK l _Toc263863336 3.3.66 滾針針和保持

15、持器的熱熱處理 PAGEREF _Toc263863336 h 36 HYPERLINK l _Toc263863337 本章小小結 PAGEREF _Toc263863337 h 37 HYPERLINK l _Toc263863338 第4章 連連桿滾針針軸承的的工藝改改進措施施 PAGEREF _Toc263863338 h 38 HYPERLINK l _Toc263863339 4.1 滾滾針的工工藝改進進措施 PAGEREF _Toc263863339 h 38 HYPERLINK l _Toc263863340 4.1.11滾針的的凸度加加工 PAGEREF _Toc263863

16、340 h 38 HYPERLINK l _Toc263863341 4.1.22 對數(shù)數(shù)型凸度度滾針超超精研導導輥的設設計與加加工 PAGEREF _Toc263863341 h 39 HYPERLINK l _Toc263863342 4.2 滾滾針軸承承保持架架的工藝藝改進措措施 PAGEREF _Toc263863342 h 43 HYPERLINK l _Toc263863343 4.2.11 鎖針針部位主主參數(shù)的的確定 PAGEREF _Toc263863343 h 43 HYPERLINK l _Toc263863344 4.2.22 保持持架表面面處理 PAGEREF _Toc

17、263863344 h 45 HYPERLINK l _Toc263863345 4.3 連連桿滾針針軸承的的游隙 PAGEREF _Toc263863345 h 45 HYPERLINK l _Toc263863346 4.3.11 影響響軸承徑徑向工作作游隙的的因素 PAGEREF _Toc263863346 h 45 HYPERLINK l _Toc263863347 4.3.22 軸承承徑向游游隙的合合理選擇擇 PAGEREF _Toc263863347 h 47 HYPERLINK l _Toc263863348 4.3.33 M型型保持架架的滲碳碳工藝 PAGEREF _Toc26

18、3863348 h 47 HYPERLINK l _Toc263863349 本章小結 PAGEREF _Toc263863349 h 48 HYPERLINK l _Toc263863350 第五章 連連桿滾針針軸承現(xiàn)現(xiàn)階段改改進后的的效果 PAGEREF _Toc263863350 h 49 HYPERLINK l _Toc263863351 5.1 滾滾針軸承承的改進進 PAGEREF _Toc263863351 h 49 HYPERLINK l _Toc263863352 5.2 連連桿的改改進 PAGEREF _Toc263863352 h 52 HYPERLINK l _Toc26

19、3863353 本章小結 PAGEREF _Toc263863353 h 58 HYPERLINK l _Toc263863354 第六章 連連桿滾針針軸承的的有限元元分析 PAGEREF _Toc263863354 h 59 HYPERLINK l _Toc263863355 6.1 滾滾針軸承承的有限限元分析析 PAGEREF _Toc263863355 h 59 HYPERLINK l _Tooc266386633556 6.22 連桿桿的有限限元分析析 PAGEREF _Toc263863356 h 62 HYPERLINK l _Toc263863357 本章小結 PAGEREF _

20、Toc263863357 h 64 HYPERLINK l _Toc263863358 結論 PAGEREF _Toc263863358 h 655 HYPERLINK l _Toc263863359 參考文獻 PAGEREF _Toc263863359 h 66 HYPERLINK l _Toc263863360 致謝 PAGEREF _Toc263863360 h 677第1章 緒緒論1.1 課課題的提提出三輪摩托車車作為一一種運輸輸機械，適適用于城城鄉(xiāng)之間間的中、短短途運輸輸，由于于該類車車體積小小、價格格低、操操作簡便便、方便便實用，從從而深受受廣大農農民和城城鄉(xiāng)個體體勞動者者的喜愛愛

21、。近年年來，隨隨著城鄉(xiāng)鄉(xiāng)道路建建設質量量的不斷斷提高，對對車輛駕駕駛舒適適性要求求也逐漸漸從路面面轉向了了車輛自自身，而而發(fā)動機機作為直直接與駕駕駛者接接觸的部部件，對對駕駛的的舒適性性和安全全性的影影響是不不言而喻喻的。三輪摩托車車與二輪輪摩托車車在使用用上的主主要區(qū)別別是行駛駛速度較較低：一一般三輪輪摩托車車在道路路上行駛駛時最高高時速為為30kmm/h。而而二輪摩摩托車在在城市道道路上行行駛時最最高時速速為500 kmm/h，在在封閉的的機動車車專用道道路和公公路上行行駛時最最高時速速為600 kmm/h。三輪摩托車車常用于于運載重重物，較較二輪摩摩托車負負荷高。考考慮用途途和使用用環(huán)境

22、，一一些廠家家直接選選用首選選排量較較大的發(fā)發(fā)動機，如如1255 mll、1550 mml的發(fā)發(fā)動機，功功率大，動動力強勁勁，比較較適合載載重和長長途行駛駛。但是，我國國某些三三輪摩托托車的質質量在出出廠前根根本沒有有完善的的質量保保證體系系對其進進行保證證，在市市場上銷銷售，質質量問題題較多，如如發(fā)動機機故障、車車架斷裂裂、斷軸軸、制動動失靈、油油路起火火等大的的質量問問題。 其主要原因因是：企企業(yè)為滿滿足消費費者對三三輪摩托托車高承承載、低低油耗的的使用需需求和追追求利潤潤，對整整車局部部外形和和發(fā)動機機型式進進行了變變型設計計，如風風冷改水水冷，擴擴缸等。尤尤為嚴重重的是，將將某1225

23、mll發(fā)動機機擴缸后后（有風風冷機型型，有水水冷機型型），變變成1550mll排量發(fā)發(fā)動機，裝裝到原設設計為1150mml排量量的摩托托車上，屬屬于典型型的小馬馬拉大車車。這些些小排量量發(fā)動機機只經過過簡單的的擴缸（即即加大活活塞、活活塞環(huán)、活活塞銷和和氣缸）等等進行改改變。而而沒有對對其他如如曲柄連連桿組件件、曲軸軸箱及主主軸承等等支撐件件、運動動零件進進行認真真的分析析研究和和改進。發(fā)發(fā)動機完完全沒有有儲備功功率和扭扭矩，使使發(fā)動機機始終處處于高速速、高溫溫、高負負荷狀態(tài)態(tài)下運轉轉，提前前消耗了了發(fā)動機機的動能能，使機機件嚴重重磨損，最最終造成成發(fā)動機機使用壽壽命大大大縮短。圖1-1 曲柄

24、連連桿總成成作為三輪摩摩托車發(fā)發(fā)動機中中重要的的部件的的曲柄連連桿總成成（圖1-1），其質質量好壞壞直接關關系到三三輪摩托托車駕駛駛舒適性性、安全全性和工工作可靠靠性。曲柄連桿總總成是三三輪摩托托車發(fā)動動機中的的一個重重要部件件，其中中受力較較大、工工藝復雜雜、制造造精度要要求高的的是帶圓圓柱滾子子的滾針針軸承，如如圖1-2。滾針軸軸承是帶帶圓柱滾滾子的滾滾子軸承承，相對對其直徑徑，滾子子既細又又長(滾滾子長度度為直徑徑的310倍倍，直徑徑一般不不大于5mmm )，這這種滾子子稱為滾滾針。盡盡管具有有較小的的截面，滾滾針軸承承仍具有有較高的的負荷承承受能力力，因此此，特別別適用十十徑向空空間受

25、限限制的場場合。圖1-2 滾針軸軸承近幾年，隨隨著中央央富農政政策和西西部大開開發(fā)戰(zhàn)略略的實施施，三輪輪摩托車車已成為為農民朋朋友致富富的“好幫手手”。三輪輪摩托車車承載能能力適中中，道路路適應性性強，既既適用于于農戶自自產自銷銷式的小小規(guī)模經經營，又又適用干干短途載載客，是是農民增增加收人人的重要要工具。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農農村，三三輪摩托托車成了了更多農農民替代代牛車和和自行車車的代步步工具，快快捷、方方便、價價位低、操操作簡單單的特點點，正好好迎合了了農村的的消費需需求。三三輪摩托托車在客客、貨運運輸方面面發(fā)展迅迅速，也也使許多多城市下下崗職工工紛紛加加人了這這種投資資小、見見效快、技技術要求求不

26、高的的經營隊隊伍。貨貨運三輪輪摩托車車在農村村和城鎮(zhèn)鎮(zhèn)得到了了廣泛使使用。在實際使用用過程中中，三輪輪摩托車車駕駛員員經常出出現(xiàn)裝載載貨物超超載或超超員載人人等違規(guī)規(guī)現(xiàn)象，從從而發(fā)動動機超負負荷運轉轉，造成成發(fā)動機機過熱停停機或曲曲柄連桿桿總成損損壞等故故障的產產生。如如曲柄連連桿總成成中滾針針軸承組組件的滾滾針軸承承潤滑不不良、滾滾針磨損損、保持持架破壞壞、連桿桿大頭內內壁損壞壞等失效效情況。此此外還有有：(11)曲軸軸斷裂，行行駛途中中曲柄軸軸突然斷斷裂，打打壞曲軸軸箱，造造成整臺臺發(fā)動機機報廢；(2)連桿斷斷裂，導導致活塞塞、缸體體、曲軸軸箱損壞壞；(3）活活塞銷斷斷裂，導導致活塞塞、連

27、桿桿、缸體體損壞；(4）曲曲軸明顯顯彎曲變變形，造造成主軸軸承報廢廢，需更更換等。三輪摩托車車發(fā)動機機在實際際使用過過程中出出現(xiàn)的損損壞發(fā)生生過載失失效和疲勞破破壞的主主要部分分是發(fā)動動機的曲柄連連桿滾針針軸承裝裝置（見見圖1-3，圖圖1-44，圖1-5，圖圖1-66）。圖1-3 連桿滾滾針軸承承失效樣樣品 圖1-4 滾針軸軸承失效效樣品 圖1-5 曲柄連連桿損壞壞樣品 圖1-6 曲柄銷銷損壞樣樣品目前全國三三輪摩托托車每年年有3000多萬萬輛的產產銷規(guī)模模，全面面、系統(tǒng)統(tǒng)的研究究“高速重重荷摩托托車發(fā)動動機曲柄柄連桿總總成”提高整整車的質質量，勢勢在必行行。1.2 本本課題國國內狀況況三輪摩

28、托車車是一種種應用廣廣、快速速、經濟濟、舒適適的交通通、運動動工具，它它具有靈靈活、輕輕便、機機動和高高速等特特點。隨隨著科學學技術的的發(fā)展，現(xiàn)現(xiàn)代摩托托車產業(yè)業(yè)已經融融合了機機電技術術、信息息與數(shù)字字化技術術、控制制與測試試技術、新新工藝技技術和新新材料技技術等諸諸多高新新技術，成成為了一一種技術術含量很很高的產產品，是是名副其其實的技技術密集集型和資資金密集集型產業(yè)業(yè)。20008年年，全球球摩托車車產量約約45000萬輛輛，中國國、日本本和意大大利三個個摩托車車生產大大國，產產量超過過世界摩摩托車總總量的880%，出出口量占占世界摩摩托車總總量的一一半以上上。提高摩托車車整車及及發(fā)動機機質

29、量，零零部件是是關鍵。而而目前我我國摩托托車零部部件質量量水平普普遍不高高，有影影響、上上規(guī)模的的生產企企業(yè)不多多，大部部分企業(yè)業(yè)由于資資金所限限，不能能實現(xiàn)技技術改造造和設備備引進，從從而陷入入了技術術落后，質質量下降降，利潤潤減少的的惡性循循環(huán)。據有關資料料介紹，歐歐、美、日日等摩托托車強國國的各種種汽油機機，早已已實施2200小小時以上上的全負負荷強化化試驗，平平均無故故障間隔隔時間超超過10000小小時。而而在我國國20世紀紀80年代代才將可可靠性工工程應用用到內燃燃機行業(yè)業(yè)，且只只有1000h強強化試驗驗（其中中包含220h的的低負荷荷磨合運運轉），實實際滿負負荷試驗驗只有880小時

30、時。應盡盡快采取取切實有有效的措措施，加加以改進進，并落落實到摩摩托車產產品的試試驗中去去，減少少與國外外先進水水平的差差距。我國摩托車車發(fā)動機機配件設設計方法法落后。相相對摩托托車工業(yè)業(yè)發(fā)達國國家來說說，我國國摩托車車綜合技技術水平平落后約約10-15年年。目前前仍然停停留在盲盲目仿照照國外機機型的零零配件，極少有配件企業(yè)采用CAD/CAM/CAE等軟件對零件進行靜、動態(tài)強度分析以及與整機分析研究。滾針軸承是是摩托車車發(fā)動機機中重要要的機械械零部件件，其壽壽命直接接影響到到發(fā)動機機的工作作性能。滾針結構設計最重要的一點就是滾針的凸度設計，滾針軸承凸度設計的目的，是消除或減少滾子與滾道間的壓力

31、分布，因其有限長線接觸副所造成在接觸區(qū)域兩端出現(xiàn)壓力奇異分布的邊緣效應，或者在中部出現(xiàn)壓力集中的現(xiàn)象，從而等強度利用接觸線上每一點的材料性能，提高滾針軸承的承載能力，使用壽命和抗偏斜載荷的能力。目前，國內內的不少少滾針生生產廠家家缺乏對對滾針凸凸度的真真正意義義上的研研究。沒沒有對滾滾針的凸凸型和凸凸度量進進行系統(tǒng)統(tǒng)的分析析設計，導導致滾針針質量較較國外先先進行業(yè)業(yè)的同類類產品的的承載能能力和使使用壽命命都有很很大的距距離。滾滾針的凸凸度技術術包括滾滾針的凸凸度設計計、凸度度滾針生生產和滾滾針凸度度的檢測測技術。在國內，由由于歷史的的原因，現(xiàn)現(xiàn)代軸承承工業(yè)本本身起步步較晚。特特別是近近幾年，各

32、各大軸承承企業(yè)由由于各方面面的原因因，軸承承CAEE的研究究工作沒沒有取得得太大的的進展。而中小企業(yè)本身基礎較差、技術力量薄弱。技術上的落后狀態(tài)一直未得到根本上的改變，也無暇從事這方面的研究工作。但是可喜的是，隨著科學技術的進步及人們思想觀念的轉變，已經有部分企業(yè)和高校在應用有限元法解決軸承問題方面做出了有益的探索和研究。如羅繼偉博博士在880年代代初，將將子結構構分析技技術引入入有限元元法，并并將該思思想進一一步引入入到滾動動軸承彈彈性接觸觸問題的的分析中中，研究究了多體體彈性接接觸問題題，對鐵鐵路軸承承與承載載鞍系統(tǒng)統(tǒng)進行了了有限元元分析，提提出了改改進與優(yōu)優(yōu)化設計計方案，通通過疲勞勞實驗

33、測測試，取取得了成成功。馬馬家駒在在90年年代初期期對圓柱柱滾子凸凸度進行行了三維維的數(shù)值值分析，給給出了凸凸度的計計算方法法，有效效地減少少了滾子子邊緣應應力。最近幾年，商商業(yè)有限限元軟件件在求解解接觸問問題上取取得了很很大的發(fā)發(fā)展，如如ANSSYS，MARRC等軟軟件在國國內外得得到廣泛泛應用。20001年洛洛陽軸承承研究所所購進了了ANSSYS和和MARRC有限限兀分析析及仿真真大型有有限元(CAEE)軟件件。瓦房房店軸承承集團公公司、西西北軸承承集團公公司及萬萬向集團團公司也也相繼購購入了AANSYYS和MMARCC等相關關的有限限元軟件件，在國國內軸承承企業(yè)中中已率先先開始了了在這方

34、方面的研研究，取取得了一一定的成成績。洛洛陽軸承承研究所所通過幾幾年的研研究，已已基本上上解決了了人們對對CAEE軟件能能否解決決軸承問問題、求求解結果果是否可可靠的問問題，在在鐵路貨貨車軸承承的研究究方面，應應用ANNSYSS分析軟軟件也取取得了一一些成果果。1.3 滾滾動軸承承國內外狀況與研研究方法法早期，人們們只是根根據簡單單的力學學關系，理理想的運運動狀態(tài)態(tài)來分析析確定軸軸承的承承載和運運動情況況，這顯顯然是很很粗糙的的。Sttribbeckk首先應應用Heertzz理論建建立了球球軸承的的靜力分分析模型型，并于于19001年推推導出鋼鋼球的最最大載荷荷Qmaxx與徑向向載荷FF之間的

35、的關系。PPalmmgreen等人人對軸承承在徑向向、軸向向和力矩矩載荷作作用下的的變形與與滾動體體載荷分分布進行行了分析析。在傳統(tǒng)靜力力學分析析方法的的基礎上上，Jooness A B首先先于19559年提提出了擬擬動力學學分析方方法，他他用套圈圈控制理理論建立立的擬動動力學分分析模型型考慮了了鋼球的的離心力力和陀螺螺力矩，并并把其與與外載荷荷一起計計入到每每個軸承承元件的力力和力矩矩平衡方方程中，然然后對這這一組非非線性方方程采用用Newwtonn-Raaphsson迭迭代法進進行求解解，可得得到鋼球球上的真真實載荷荷分布、可可接受的的疲勞壽壽命預測測及軸承承剛度。滾滾道控制制理論的的不足

36、之之處是未未考慮潤潤滑劑的的作用，因因此不能能正確地地預測軸軸承內部部的滑動動。隨著著彈流理理論(EEHL)的發(fā)展展，人們們發(fā)現(xiàn)軸軸承中鋼鋼球與滾滾道接觸觸處存在在有彈流流油膜，可可避免金金屬直接接接觸，并并能較精精確地推推算出彈彈流油膜膜的形狀狀、厚度度及壓力力分布。HHarrris T AA在此基基礎上建建立了球球軸承的的新分析析模型，PPopllawsski于于19772年對對Harrriss的方法法做了改改進，考考慮的因因素更為為全面。RRumbbargge:又又提出了了分析理理論，使使擬動力力學分析析理論更更趨完善善。在高高速狀態(tài)態(tài)下，球球軸承各各元件的動動力學特特性對軸軸承性能能的

37、影響響不容忽忽視。WWaltterss C T在119711年首先先提出了了動力學學分析模模型，考考慮了鋼鋼球的四四個自由由度運動動方程和和保持架架六自由由度運動動方程，利利用4階階龍格庫塔法法進行積積分，可可計算出出軸承在在任意時時刻鋼球球及保持持架的位位移、轉轉速以及及軸承內內部的滑滑動等。119777年，HHarrris T AA等進一一步發(fā)展展了Waalteers C TT的分析析模型，考考慮了鋼鋼球受力力與力矩矩不平衡衡時產生生的慣性性力和慣慣性力矩矩，從而而構成了了軸承的的動力學學分析模模型。119844年，GGuptta PPK出版版了AAdvaanceed DDynaamicc

38、 off Roolliing Eleemennts一一書，系系統(tǒng)地分分析了軸軸承各零零件間的的相互作作用，考考慮軸承承從開始始起動的的整個動動力學過過程，建建立了軸軸承系統(tǒng)統(tǒng)的運動動微分方方程。119911年，HHarrris T AA編著的的Rolllinng BBearringg Annalyysiss已出第第三版，內內容包括括滾動軸軸承理論論分析的的各主要要方面和和最新發(fā)發(fā)展的主主要成果果，被公公認為滾滾動軸承承理論和和技術方方面的權權威著作作。19996年年，Meeekss C R建立立了保持持架六自自由度動動力學分分析模型型，并實實現(xiàn)了各各元件間間的不同同設計和和不同復復雜程度度的計

39、算算機程序序，形成成了一種種經濟有有效的軸軸承分析析工具。國國外，TToshhio和和Yammamooto對對以滾動動軸承為為支承的的轉子系系統(tǒng)進行行研究，發(fā)發(fā)現(xiàn)轉子子具有多多種形式式的臨界界轉速，分分析認為為原因主主要是由由于滾動軸軸承的非非線性因因素造成成的。EEhriich研研究了高高速軸承承轉子系系統(tǒng)的混混沌理論論。指出出倍周期期分叉如如果接近近Feiigennbauum常數(shù)數(shù)，響應應會出現(xiàn)現(xiàn)混沌。此此外，許許多學者者還對軸軸承轉子系系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性進進行了相相關的理理論研究究。2從國內外的的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀看，滾滾動軸承承力學分分析的研研究經歷歷了靜力力學分析析、擬動動力學分分析和動動力學分

40、分析三個階段段。彈流流理論的的應用標標志著靜靜力學分分析方法法的成熟熟，然而而靜力學學分析并并不能對對軸承的的一些動動態(tài)性能能進行描描述，進進而發(fā)展展到擬動動力學分分析方法法。擬動動力學分分析模型型能解決決軸承運運動參數(shù)數(shù)分析，可可基本滿滿足工程程需要，模模型較完完善，易易于應用。但但它尚不不能完全全描述滾滾動軸承承的動態(tài)態(tài)性能，因而進一步發(fā)展到完全的滾動軸承動力學分析。從理論的完整性看，動力學模型分析方法計及的影響因素最全，但由與高速下軸承各元件間動態(tài)特性復雜，以及計及包括安裝配合等各種因素必然帶來數(shù)學上的復雜與困難，使?jié)L動軸承動力學理論迄今為止仍很不完善。德國的FAAG公司司有專門門的研究

41、究中心負負責計算算軸承的的內部應應力和負負荷分布布，通常常都是使使用有限限元分析的的方法。119855年發(fā)表表在BBalll annd RRolller Beaarinng Enggineeeriing的的論文“軋鋼機機軋輥軸軸承的負負荷分布布及軸承承座的受受力狀態(tài)態(tài)” ，較詳詳細的介介紹了FFAG公公司利用用FEMM(有限限元法)和和FAGGT2440程序序對軋機機預負荷荷軸承座座內負荷荷分布的的影響。FFAG公公司的TThommasLLoscche利利用計算算機程序序，對圓圓柱滾子子軸承滾滾子和滾滾道輪廓廓形狀對對接觸應應力和軸軸承壽命命的影響響進行了了具體的的研究，并并可進一一步推廣廣到

42、圓錐錐滾子軸軸承及球球面滾子子軸承的的研究。目前全球最最大的軸軸承公司司SKFF，很早早就開發(fā)發(fā)了各種種類型的的計算機機程序。TTABAACY就就是其中中一種能能夠迅速速分析軸軸承在工工作負荷荷下各個個零件的的受力情情況及壽壽命的分分析程序序。美國TORRRINGTTON公公司應用用大型通通用有限限元軟件AANSYYS研究究了軋機機工作輥輥軸承座座及軸承承外圈，確確定了軸軸承滾子子載荷分分布及軸軸承壽命命。國外三輪摩摩托車在在使用特特點、設設計造型型、品種種結構、價價格檔次次等方面面與我國國產品有有較大差差異。國國外三輪輪摩托車車多以娛娛樂、運運動及特特種用途途為主，追追求豪華華高檔、造造型新

43、穎穎，產品品更新快快，在新新技術、新新結構、新新材料、計計算機及及電控技技術的應應用，以以及在使使用的舒舒適性、安安全性及及可靠性性等方面面精益求求精，價價格昂貴貴。在國外，滾滾針凸度度技術在在國外稱稱之為CCROWWNINNG。CCROWWNINNG是日日本NNNR公司司的特別別講法，（美美國TOORRIINGTTON稱稱之為CCONTTROLLLEDD COONTOOUR，德德國稱之之為FAAG代號號為ZBB2）。CCROWWNINNG是指指該滾針針在接近近兩端112mmm處，經經過刻意意研磨，呈呈拋物線線稍微收收縮狀（如如圖1-7說明，其其用肉眼眼不易看看出）。其其功用在在使?jié)L針針和軌道

44、道面接觸觸時，有有修正效效果，使使?jié)L針受受力均勻勻，最重重要的是是可以避避免兩端端產生具具有破壞壞性尾部部應力，并并對接觸觸面加工工公差有有少許的的彌補作作用。經經 CRROWNNINGG 處理理過后的的滾針，可可降低滾滾針所受受之最大大應力值值，且負負載上較較平均，故故能提高高軸承的的壽命。圖1-7 滾針的的應力分分布1.4 三三輪摩托托車的國國內市場場狀況2008年年，中國國的摩托托車產銷銷量達227500萬輛，占占據了全全球總產產量的一一半以上上，出口口達9880萬輛輛，從業(yè)業(yè)人員近近4000萬，摩摩托車產產業(yè)已成成為中國國國民經經濟的支支柱產業(yè)業(yè)之一。我我國連續(xù)續(xù)14年年蟬聯(lián)世世界第一

45、一大摩托托車生產產國和消消費國，連連續(xù)7年年名列出出口量世世界第一一。目前我國生生產的三三輪摩托托車是以以經濟、實實用、安安全、可可靠為主主要目標標，在設設計、生生產和工工藝技術術水平上上與國外外先進國國家還有有較大的的差距。從全行業(yè)統(tǒng)統(tǒng)計情況況看，全全年在產產三輪摩摩托車企企業(yè)288家，比比上年減減少111家。生生產企業(yè)業(yè)產銷量量超過55萬輛的的企業(yè)僅僅有5家家，這55家企業(yè)業(yè)累計產產量655.544萬輛，占占總量的的73%。其中中宗申集集團產量量32.2萬輛輛，占整整個三輪輪摩托車車行業(yè)的的38.83%，成為為三輪摩摩托車行行業(yè)的霸霸主，產產量集中中度遠遠遠高于二二輪摩托托車。中國汽車工工

46、業(yè)協(xié)會會統(tǒng)計數(shù)數(shù)據顯示示，20006年年我國三三輪摩托托車行業(yè)業(yè)發(fā)展迅迅猛，產產銷量均均逼近990萬輛輛，同比比增長669%，高高出行業(yè)業(yè)整體增增幅近550個百百分點，達達到歷史史最好水水平。這這還僅僅僅是由行行業(yè)統(tǒng)計計的數(shù)據據，據業(yè)業(yè)內人士士估計，目目前全國國三輪摩摩托車應應有近3300萬萬輛的產產銷規(guī)模模，約22/3的的數(shù)據沒沒有上報報。從行行業(yè)報表表觀察，排排量550mLL的三輪輪摩托車車占行業(yè)業(yè)總量的的近966，其其中10001150mml排量量的三輪輪摩托車車由于具具有油耗耗低、性性能穩(wěn)定定、價格格適中、用用途廣泛泛等優(yōu)勢勢受到廣廣大消費費者的青青睞，成成為市場場的主流流產品。從整個

47、行業(yè)業(yè)來看，三三輪摩托托車盡管管銷量不不大，年年銷量約約占全行行業(yè)總銷銷量的55左右右，但共共發(fā)展速速度卻相相當快。近近2年，隨隨著中央央富農政政策和西西部大開開發(fā)戰(zhàn)略略的實施施，三輪輪摩托車車已成為為農民朋朋友致富富的“好幫手手”。三輪輪摩托車車承載能能力適中中，道路路適應性性強，既既適用于于農戶自自產自銷銷式的小小規(guī)模經經營，又又適用干干短途載載客，是是農民增增加收人人的重要要工具。目前全國三三輪摩托托車總銷銷量已接接近3000萬輛輛，但這這個數(shù)字字與中國國龐大的的農村市市場相比比，仍很很大上升升空間。經經過多次次改良，其其功能還還在不斷斷的完善善，使三三輪摩托托車某些些用途方方面優(yōu)于于二

48、輪摩摩托車、電電動車，價價格上優(yōu)優(yōu)于微型型汽車。在在短期內內處于不不可替代代的地位位。隨著著農民收收人的提提高，消消費環(huán)境境日益改改善，三三輪摩托托車作為為一種過過渡性運運輸工具具，它無無疑還會會在較長長的時期期內廣泛泛存在，市市場潛力力巨大。連桿滾針作作為三輪輪摩托車車發(fā)動機機中重要要的部件件曲柄連連桿總成成的關鍵鍵構件，其其質量好好壞直接接關系到到三輪摩摩托車駕駕駛舒適適性、安安全性和和工作可可靠性。本章小結本章闡述了了所研究究三輪摩摩托車發(fā)發(fā)動機連連桿滾針針軸承的的實際生生產、設設計和使使用情況況，說明明了本課課題在國國內外的的發(fā)展與與研究狀狀況。國國內摩托托車連桿桿滾針軸軸承與國國外先

49、進進行業(yè)的的生產和和設計環(huán)環(huán)節(jié)均存存在較大大的技術術差距，導導致國內內的連桿桿滾針軸軸承承載載能力和和使用壽壽命較國國外先進進產品要要低。第2章 連連桿滾針針軸承失失效分析析失效分析是是一門新新興交叉叉學科，涉涉及的學學科領域域和技術術門類較較多，如如金屬物物理、力力學和斷斷裂、材材料學、表表面科學學、冶金金和加工工技術、摩摩擦學、腐腐蝕學，還還有環(huán)境境和可靠靠性技術術工程等等，具有有很強的的生產應應用背景景，與國國民經濟濟建設有有極其密密切的聯(lián)聯(lián)系，需需要廣泛泛收集原原始資料料，并運運用多種種技術手手段進行行測試分分析。從從失效分分析著手手客觀準準確的尋尋找零部部件失效效起因，往往往是解解決

50、設備備可靠性性和延長長使用壽壽命的必必要前提提。軸承在工作作中喪失失其規(guī)定定的功能能，導致致故障或或不能正正常工作作的現(xiàn)象象稱為失失效。軸軸承的失失效可分分為正常常失效和和早期失失效兩種種。按其其損傷機機理大致致可分為為接觸疲疲失效、磨磨損失效效、斷裂裂失效、塑塑性變形形失效、腐腐蝕失效效和游隙隙變化失失效等幾幾種基本本形式。接接觸疲勞勞失效時時滾動軸軸承最常常見的失失效形式式。由于于工作狀狀況的復復雜性，有有時會表表現(xiàn)出多多種失效效形式。一般情況下下軸承失失效分析析大體可可分為三三個步驟驟：1）失效實實物和背背景材料料的收集集應該該盡可能能地收集集到失效效實物的的各個零零件和殘殘片。盡盡量多

51、地地了解到到失效軸軸承的實實際工作作條件、使使用過程程和制造造質量情情況。這這對于正正確地失失效分析析是必不不可少的的。2）宏觀檢檢查對失效效軸承進進行宏觀觀檢查(包括尺尺寸精度度測量和和表面狀狀態(tài)檢查查分析)，是失失效分析析最重要要的環(huán)節(jié)節(jié)。通過過總體的的外觀檢檢查，可可了解軸軸承失效效的概貌貌和損壞壞部位的的特征，估估計造成成失效的的起因，察察看缺陷陷的大小小、形狀狀、部位位、數(shù)量量和特征征并確定定截取的的部位做做進一步步的微觀觀檢查和和分析。3）微觀分分析失效軸軸承的微微觀分析析包括光光學金相相分析、電電子顯微微分析、探探針和電電子能譜譜分析等等。主要要是根據據失效特特征區(qū)的的微觀組組織

52、結構構變化和和對疲勞勞源、裂裂紋源的的分析為為失效分分析提供供更充分分的判據據或反證證，因而而是重要要的。微微觀分析析中最常常用、最最普及的的方法是是斷口分分析、光光學金相相分析和和硬度檢檢測。滾動軸承由由內圈、外外圈、滾滾動體和和保持架架四種元元件構成成。在連連桿滾針針軸承機機構中，滾滾針軸承承本身只有有滾動體體和保持持架，而而連桿則則相當于于滾動軸軸承的外外圈，曲曲柄銷則則相當于于滾動軸軸承的內內圈。因因此，連連桿、滾滾針、保保持架和和曲柄銷銷就構成成了一個個完整的的滾動軸軸承。經過理論分分析（見見本文33-1節(jié)節(jié)）和實實踐表明明，連桿桿滾針軸軸承主要要失效形形式一般般不同于于普通定定軸線

53、轉轉動軸承承。 連連桿滾針針軸承工工作時，承承受大小小、方向向和作用用位置周周期性變變化的脈脈沖載荷荷，同時時，由于于大、小小頭軸承承與曲柄柄銷、活活塞銷配配合處存存在配合合間隙，在在上、下下止點處處，活塞塞突然改改變運動動方向而而引起沖沖擊振動動載荷，而而壓縮上上止點處處氣體爆爆發(fā)壓力力的作用用，使得得對軸承承的沖擊擊載荷更更嚴重。軸軸承間隙隙越大沖沖擊振動動載荷越越大。 對對連桿大大頭軸承承來說，除除上述徑徑向脈沖沖載荷和和沖擊振振動載荷荷外，當當軸承隨隨連桿大大頭一起起繞曲軸軸中心轉轉動時，在在離心慣慣性力作作用下，軸軸承保持持架外圓圓面與連連桿孔間間將產生生接觸和和滑動摩摩擦，造造成保

54、持持架外圓圓磨損。據維修點反映和試驗拆檢表明，保持架磨損是連桿大頭滾針軸承常見的主要失效形式。當磨損到一定程度時，還會發(fā)生保持架碎裂。2.1 連連桿滾針針軸承接接觸疲勞勞失效接觸疲勞失失效是各各類軸承承表面最最常見的的失效模模式之一一，疲勞勞失效是是金屬在在交變載載荷的長長期作用用下而產產生的失失效，主主要表現(xiàn)現(xiàn)為疲勞勞裂紋的的萌生、擴擴展和斷斷裂的過過程。裂裂紋的產產生有兩兩種方式式：從表面面產生，即即在滾動動軸承的的接觸過過程中，因因外載荷荷的作用用在工作作表面引引起周期期性變化化的接觸觸應力，在在表層產產生塑性性變形和和形變硬硬化，最最后在工工作表面面出現(xiàn)微微小裂紋紋，由表表面向里里發(fā)展

55、，在在該裂紋紋形成的的兩個表表面之間間，由于于潤滑劑劑的楔入入，使裂裂紋壁受受力張開開，迫使使裂紋向向前發(fā)展展；裂紋從從表層產產生，即即在表面面接觸應應力的反反復作用用下，裂裂紋最初初產生于于離接觸觸表面有有一定深深度之處處，并順順著與表表面成一一定角度度的方向向發(fā)展，達達到距表表面某一一深度之之后，又又越出到到表面上上來，最最后擴展展到表面面形成不不同的剝剝落形狀狀，如麻麻點狀的的稱為點點蝕或麻麻點剝落落；剝落落成小片片狀的稱稱淺層剝剝落。由由于剝落落面的逐逐漸擴大大，而往往往向深深層擴展展，形成成深層剝剝落。深深層剝落落是接觸觸疲勞失失效的疲疲勞源。裂紋從表面面產生或或從表層層產生，這這兩

56、種情情況都是是客觀存存在的。零零件經過過滲碳、表表面淬火火等熱處處理后，若若存在硬硬度不均均勻、組組織不均均勻以及及不利的的內應力力等，則則在接觸觸應力的的作用下下，裂紋紋一般從從表層下下產生。反反之，若若零件表表面加工工質量差差，存在在著缺陷陷(氧化化、脫碳碳)，摩摩擦力大大或潤滑滑不佳，則則裂紋從從表面產產生。2.1.11點蝕套圈和滾滾動體表表面的疲疲勞點蝕蝕是滾動動軸承最最基本和和常見的的失效形形式，這這是在安安裝、潤潤滑、維維護良好好的條件件下，由由于大量量重復地地承受變變化應力力所致。軸軸承發(fā)生生點蝕破破壞后，在在運轉時時通常會會出現(xiàn)較較強的振振動、噪噪聲和發(fā)發(fā)熱現(xiàn)象象。當金屬表表面

57、存在在缺陷、疏疏松以及及夾渣等等時，這這些部位位的電化化學性能能和其他他部位不不同。這這些部位位成為溶溶解趨勢勢較強的的陽極，其其他部位位成為陰陰極，金金屬本身身是良好好的導電電體，再再則潤滑滑油中含含水，金金屬表面面吸附的的水液則則是離子子導體，這這樣就好好似有許許多短路路的原電電池進行行著放電電的化學學反應，陽陽極溶解解和陰極極放電的的速度快快，金屬屬腐蝕的的速度也也就快。點點蝕呈圓圓形，周周圍沒有有裂紋，能能夠向深深處擴展展，甚至至穿透金金屬，引引起應力力集中并并日在高高接觸應應力下導導致表面面剝落，造造成軸承承失效。樣品4滾針針（見圖圖2-11-b）出出現(xiàn)的疲疲勞失效效痕跡明明顯不對對

58、稱（滾滾針其中中一邊有有連續(xù)相相似的金金屬剝落落和凹痕痕），可可推斷軸軸承曾承承受偏載載。軸承因顆粒粒污染也也可引起起麻點和和點蝕痕痕。潤滑滑劑被污污染后，一些固固體雜質質混在潤潤滑劑中中，也會成成為一種種磨蝕劑劑。如果果污染嚴嚴重，軸承也也會因此此而過早早地發(fā)生生磨損失失效，而這種種失效形形式較難難發(fā)現(xiàn)。 a.樣品11滾針點點蝕失效效 b. 樣品44滾針疲勞勞失效圖2- 11 滾針點點蝕失效效軸承出現(xiàn)現(xiàn)壓痕的的原因：（1）金金屬粉末末顆粒等等異物的的咬入，在在滾動面面或轉動動面上產產生的凹凹痕；（22）安裝裝或運輸輸過程中中受到沖沖擊或載載荷過大大，在滾滾動體的的表面形形成凹痕痕等。對對此，

59、可可通過過過濾潤滑滑油，提提高零件件的清潔潔度，改改進組裝裝方法和和使用方方法等措措施改善善凹痕的的出現(xiàn)。圖2-2 樣品品3保持架架點蝕失失效對于樣品品3保持架架出現(xiàn)點蝕蝕失效（圖圖2-22），可可能是曲曲柄連桿桿總成運運轉時承承受沖擊擊載荷，保保持架與與連桿大大頭內壁壁間正常常磨損產產生的金金屬顆粒粒沒有及及時排出出，潤滑滑油受污污染金屬屬顆?；旎旌掀渲兄性斐蓾櫇櫥涣剂?，樣品品剛度不不夠等原原因綜合合造成滾滾針軸承承保持架架出現(xiàn)早早期疲勞勞點蝕失失效。2.1.22 疲勞剝剝落曲柄連桿桿總成的的連桿大大頭內壁壁疲勞剝剝落，是是受氣缸缸內燃氣氣爆發(fā)力力和曲柄柄連桿機機構慣性性力的作作用產生生的

60、沖擊擊載荷，或或是沖擊擊載荷過過大，或或是連桿桿大頭內內側的硬硬度強度度不符合合質量要要求等，屬屬于接觸觸疲勞失失效。在在樣品33和樣品品4中（見圖圖2-33），疲勞剝落落的問題題比較嚴嚴重，發(fā)發(fā)生剝落落現(xiàn)象的的位置集集中，同同樣屬于于早期失失效。對對此類產產品我們們應當了了解其同同批次產產品的剝剝落狀況況，觀察察不同工工作時間間潤滑油油中的顆顆粒顏色色變化，顆顆粒大小小變化判判斷出發(fā)發(fā)生剝落落現(xiàn)象的的時間，分分析其失失效原因因。樣品連桿桿滾針軸軸承是普普通1225 mml排量量二輪摩摩托車發(fā)發(fā)動機適適用產品品應用在在三輪摩摩托車發(fā)發(fā)動機上上，三輪輪摩托車車實際使使用者多多行駛于于路況不不好的