軸承座的案例
TA15軸承座熱等靜壓工藝成形技術(shù)研究
圖9 TA15合金軸承座低倍組織
圖10 TA15合金軸承座高倍組織
無(wú)損檢測(cè)
根據(jù)試制協(xié)議要求軸承座需要進(jìn)行X射線和熒光檢查，確定是否存在內(nèi)部缺陷。按GJB1187A-2001的B級(jí)分別對(duì)2件軸承座進(jìn)行X射線檢查，不存在氣孔、夾雜和裂紋等缺陷。按GJB 2367A-2005分別對(duì)2件軸承座進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。
表1 TA15軸承座性能檢測(cè)結(jié)果
結(jié)論
⑴采用熱等靜壓工藝能夠成形出粉末合金軸承座復(fù)雜制件；
⑵熱等靜壓工藝成形的軸承座組織和性能滿(mǎn)足試制技術(shù)協(xié)議的要求，軸承座粉末制件內(nèi)部不存在氣孔、夾雜和裂紋等缺陷。
——本文節(jié)選自《鍛造與沖壓》2019年第1期
展開(kāi) 新能源空調(diào)壓縮機(jī)軸承座成形工藝研究
新能源汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的方向，作為汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)的重要零部件——軸承座的合理設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)制造，對(duì)確保壓縮機(jī)性能和降低成本具有十分重要的意義。在汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)里，軸承座與高速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸和渦旋盤(pán)相互配合，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)和高應(yīng)力值之下，高速而長(zhǎng)時(shí)間地工作，對(duì)其有很高的性能要求。傳統(tǒng)的重力鑄造生產(chǎn)效率較低，易產(chǎn)生氣孔、縮松等內(nèi)部缺陷，隨著新能源汽車(chē)銷(xiāo)量日益增加，顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。本文采取以鍛代鑄的方法，用DEFORM-3D對(duì)新能源汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)軸承座成形進(jìn)行數(shù)值模擬，分析成形過(guò)程中金屬流動(dòng)規(guī)律，提出了預(yù)鍛制坯，然后背壓力閉塞式模鍛終成形的鍛造工藝，不僅可以改善軸承座的機(jī)械性能，提高材料利用率，還能大大提高生產(chǎn)效率。
零件分析
結(jié)構(gòu)分析
新能源汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)軸承座的三維圖如圖1所示。可以看出軸承座具有表面形狀復(fù)雜、壁厚小（最薄處達(dá)到4mm）、內(nèi)部階梯較多的特點(diǎn)。其成形過(guò)程中金屬流動(dòng)性差，鍛造載荷陡增，坯料容易出現(xiàn)拉裂、折疊和充填困難等問(wèn)題。
圖1 軸承座三維圖
一步成形
采用閉式模鍛的方法對(duì)原始坯料進(jìn)行一次鍛壓成形。根據(jù)定位關(guān)系及體積不變?cè)瓌t，設(shè)置了兩種方案的坯料尺寸：方案一為φ80mm×18mm（高徑比為0.225）、方案二為φ94mm×13mm（高徑比0.138）。
在DEFORM-3D軟件中設(shè)置有限元前處理文件，其中坯料為自行建立的4032鋁合金模型，模具為剛性體，采用庫(kù)倫摩擦模型，根據(jù)生產(chǎn)條件設(shè)置摩擦因數(shù)為0.25，坯料和模具溫度分別為450℃和200℃，上模下行速度為5mm/s。
圖2所示為方案一和方案二的損傷值分布。可以看出，兩種方案下工件的損傷值均超過(guò)1，且集中分布在階梯處的外表面，這是由于此處壁薄、內(nèi)腔深，且4032鋁合金塑性較差，在一次成形中易出現(xiàn)拉裂、折疊、載荷過(guò)高等問(wèn)題。
展開(kāi) 軸承座鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)
用基于模擬驗(yàn)證的工藝和設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行生產(chǎn)試制，軸承座鍛件產(chǎn)品的尺寸及性能完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
伴隨著我國(guó)城市化的快速發(fā)展，許多城市開(kāi)始建立城市輕軌線路，以緩解出現(xiàn)的交通擁堵現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)某公司與加拿大龐巴迪正在合作研究開(kāi)發(fā)速度更快、效率更高的輕軌機(jī)車(chē)。軸承座（圖1）屬于其中有代表性的鍛件，投影面積大而鍛件大部分厚度非常薄。軸承座在鍛造生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)存在各種技術(shù)問(wèn)題，如頭尾兩端成形困難及切邊變形等。通過(guò)常規(guī)的鍛造工藝和模具設(shè)計(jì)很難實(shí)現(xiàn)低成本和高合格率的技術(shù)要求。本文介紹了一種鍛造成形工藝和模具設(shè)計(jì)，成功解決了薄形鍛件難成形的鍛造工藝難題。
軸承座的鍛造工藝性分析
我公司承制的某型號(hào)軸承座（圖1），鍛件重11.6kg，材質(zhì)為16MnDR。軸承座為精密模鍛件，尺寸精度要求較高、機(jī)械加工余量少，僅在鍛件背弧和內(nèi)孔安裝軸承部位有2.5mm 機(jī)加余量，其他部位均為非加工面。
圖1 鍛件簡(jiǎn)圖及三維造型
⑴產(chǎn)品特點(diǎn)。
鍛件投影面大、腹板薄、截面變化大。鍛件的包容體尺寸為437.2mm×248.9mm×60mm，投影面積達(dá)到751.20cm2。整個(gè)鍛件外形結(jié)構(gòu)酷似“腕龍”，從頭到脊椎再到尾部長(zhǎng)達(dá)510mm，厚度僅為18mm。“腕龍”的腳和肚子部位厚度從18mm 急劇變化到60mm。頭部和尾巴兩端截面面積從450mm2 變化到化到542mm2，中間最大截面面積11206mm2。
⑵鍛造難點(diǎn)。
在鍛造成形過(guò)程中，由于腹部薄，投影面過(guò)大，金屬流動(dòng)過(guò)程中冷卻速度過(guò)快，導(dǎo)致金屬流動(dòng)困難，型腔不易充滿(mǎn)，尤其是頭尾兩端距離遠(yuǎn)容易出現(xiàn)缺肉現(xiàn)象。
軸承座主軸方向上截面形狀變化劇烈，容易出現(xiàn)充不滿(mǎn)，折疊以及利用率低等問(wèn)題。需合理選擇坯料規(guī)格和設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，合理分配坯料，降低鍛件成形力，提高鍛件合格率和材料利用率。
⑶鍛造工藝流程。
展開(kāi) 內(nèi)燃機(jī)主軸承座的強(qiáng)度分析
作者利用ABAQUS軟件對(duì)內(nèi)燃機(jī)主軸承座進(jìn)行強(qiáng)度分析，用大量的圖例說(shuō)明其計(jì)算結(jié)果，并得出了相應(yīng)的結(jié)論。其中涉及的零件有缸體、框架、主軸承座螺栓、框架螺栓、軸瓦和曲軸軸頸，涉及的工況包括螺栓裝配載荷工況、軸瓦裝配載荷工況和動(dòng)軸瓦載荷工況，有一定的實(shí)際意義。
一、序言
為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座設(shè)計(jì)的可靠性，需要對(duì)主軸承座進(jìn)行強(qiáng)度分析。主軸承座的計(jì)算模型由兩缸中間截面之間的部分組成，具體的零件有缸體、框架、主軸承座螺栓、框架螺栓、軸瓦和曲軸軸頸，如圖1所示。
圖1 整體坐標(biāo)系
二、有限元模型的建立
1.整體坐標(biāo)系的定義
整體坐標(biāo)系，即采用右手法則的直角坐標(biāo)系，如上文中圖1所示。坐標(biāo)系的中心在曲軸的中心，X軸的方向與曲軸同向，Y軸在發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)向，Z軸與氣缸同向。
2.主軸承座有限元模型
主軸承座有限元模型的建立采用前處理軟件HyperMesh和Patran完成，再用ABAQUS軟件進(jìn)行求解。所用單元均為二階的10節(jié)點(diǎn)四面體單元，如表1所示。
表 1 各零件單元數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)
表1為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座所需的零件、單元數(shù)（二階四面體）和節(jié)點(diǎn)數(shù)。
3.材料數(shù)據(jù)
各零件的材料數(shù)據(jù)，如表2所示。
表2 各零件的材料數(shù)據(jù)
三、邊界條件和載荷
本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的3個(gè)載荷工況進(jìn)行了計(jì)算和分析，即螺栓裝配載荷工況、軸瓦裝配載荷工況和動(dòng)軸瓦載荷工況。
1.通用邊界條件的處理
如圖2所示，在兩對(duì)稱(chēng)面A、B上施加對(duì)稱(chēng)邊界條件，即所有節(jié)點(diǎn)X＝0。
圖2 對(duì)稱(chēng)邊界條件
2.螺栓裝配載荷工況
零件：框架、缸體、主軸承座螺栓和框架螺栓。
具體的邊界條件，如圖3所示。
展開(kāi) 
設(shè)計(jì)仿真 | 軸承座創(chuàng)成式設(shè)計(jì)到增材制造工藝仿真應(yīng)用
02
軸承座應(yīng)用案例
海克斯康與GreenTeam及RENISHAW合作大學(xué)生方程式賽車(chē)的軸承座項(xiàng)目。鑒于比賽中賽車(chē)要使用的軸承座需符合輕質(zhì)、高強(qiáng)度的要求，海克斯康采用MSC Apex Generative Design軟件，根據(jù)軸承座的受力特點(diǎn)等信息，只需在軟件中簡(jiǎn)單輸入復(fù)雜度、安全系數(shù)、邊界條件等內(nèi)容，軟件可以自動(dòng)完成迭代，快速設(shè)計(jì)出多款結(jié)構(gòu)方案。
多組方案對(duì)比
優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)方案可以直接導(dǎo)入到增材制造仿真軟件，在Simufact Additive中，對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行定位設(shè)計(jì)、支撐優(yōu)化、打印可行性、成本預(yù)估等的分析后，最終選擇出理想的目標(biāo)模型。
定位設(shè)計(jì)與支撐方案對(duì)比
通過(guò)對(duì)比不同的擺放位置，可以確定除了結(jié)構(gòu)本身在這個(gè)角度成形的可行性外，支撐方案也會(huì)決定著打印結(jié)果的質(zhì)量。不同的擺放位置也會(huì)對(duì)應(yīng)不同的支撐方案，而支撐的體積也與材料成本及時(shí)間成本息息相關(guān)。
打印階段結(jié)果實(shí)時(shí)查看
在Simufact Additive中，可以發(fā)現(xiàn)伴隨著粉末材料的逐層累積，其結(jié)果也會(huì)實(shí)時(shí)的進(jìn)行展示，包括變形、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等。如此我們便可以查看到應(yīng)力累積、變形過(guò)大等問(wèn)題出現(xiàn)在哪些位置、哪個(gè)時(shí)間，從而更好地進(jìn)行對(duì)打印質(zhì)量進(jìn)行把控。同時(shí)，也支持不同方案的同角度、同時(shí)間等的同步對(duì)比，更清晰的得到對(duì)比結(jié)果，從而做出選擇。
預(yù)測(cè)打印風(fēng)險(xiǎn)
在打印結(jié)束后，我們可以對(duì)整體結(jié)果進(jìn)行查看，比如風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)（卡刮刀、開(kāi)裂、失效、支撐分離…）、變形情況、應(yīng)力情況等問(wèn)題。
在增材制造工藝加工后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變形過(guò)大的問(wèn)題，而對(duì)這一問(wèn)題的矯正，一直是困擾客戶(hù)的難題。因?yàn)樽冃味际欠蔷€性的，所以補(bǔ)償量很難精確估計(jì)。
展開(kāi) 案例分享 | 大學(xué)生方程式賽車(chē)隊(duì)進(jìn)行賽車(chē)軸承座部件優(yōu)化、減重
德國(guó)帕德博恩（Paderborn）大學(xué)生方程式賽車(chē)隊(duì)進(jìn)行賽車(chē)軸承座部件優(yōu)化、減重
我們已經(jīng)展示了MSC Apex Generative Design的潛力，以下為帕德博恩大學(xué)生方程式賽車(chē)隊(duì)為他們的賽車(chē)設(shè)計(jì)的軸承座部件——該部件用于支撐車(chē)輪軸承，屬于懸架的一部分。
這是一個(gè)很典型的案例，因?yàn)?em>軸承座一方面要需要承受非常復(fù)雜的負(fù)載工況，同時(shí)對(duì)輕量化設(shè)計(jì)具有迫切需求。由于大賽要求參賽者每年開(kāi)發(fā)一款新的賽車(chē)，仔細(xì)檢查每一個(gè)零件，以提升競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中需要進(jìn)行大量的零件設(shè)計(jì)優(yōu)化。MSC仿真工具，例如：Adams 和 MSC Nastran 被用于進(jìn)行后續(xù)的部件優(yōu)化。
▲ 采用MSC Apex Generative Design進(jìn)行增材制造設(shè)計(jì)
開(kāi)發(fā)過(guò)程首先從基于Adams的多體動(dòng)力學(xué)仿真中獲取載荷開(kāi)始，Adams模型模擬了整個(gè)懸架的多種工況，包括所有連接點(diǎn)的坐標(biāo)和作用力。
這些信息被用于建立優(yōu)化模型并定義其目標(biāo)。
在 MSC Apex Generative Design中定義了一個(gè)盡可能大的設(shè)計(jì)空間（如上圖所示）。
在這個(gè)方程式賽車(chē)項(xiàng)目中，對(duì)應(yīng)輪輞內(nèi)的空間減去叉形臂的安裝空間以及所選的制動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)行MSC Apex Generative Design優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)空間內(nèi)的材料在確保滿(mǎn)足各種邊界條件、約束以及優(yōu)化目標(biāo)的前提下會(huì)被盡可能的削減。
展開(kāi) 基于ANSYS-Workbench的軸和軸承座模態(tài)分析
基于ANSYS-Workbench的軸和軸承座模態(tài)分析.pdf
工業(yè)汽輪機(jī)加工經(jīng)驗(yàn)
針對(duì)某工業(yè)汽缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)“口小肚子大”、加工空間小且軸承檔內(nèi)各尺寸精度要求高的問(wèn)題，在組焊工件時(shí)，以搭焊的定位基準(zhǔn)來(lái)保證焊接后的同軸度偏差，在車(chē)削時(shí)采取合適的加工方法及刀具，避免車(chē)刀干涉，保證內(nèi)孔和溝槽的加工精度，為同類(lèi)型汽缸的加工積累了經(jīng)驗(yàn)。
1. 工件結(jié)構(gòu)
G008工業(yè)汽輪機(jī)為我公司設(shè)計(jì)的第二款工業(yè)汽輪機(jī)，此臺(tái)工業(yè)汽輪機(jī)前汽缸（見(jiàn)圖1）為鑄件，前汽缸與前軸承座是通過(guò)下半的半圓坡口焊接連接，并且該工件總長(zhǎng)有2m，內(nèi)徑最小處僅有φ 235mm，加工空間很小，而且軸承座各檔內(nèi)圓的尺寸精度要求很高，對(duì)于加工及檢驗(yàn)測(cè)量是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
2. 加工難點(diǎn)分析
在圖樣的消化過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了在加工時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題與難點(diǎn)如下：
（1）前汽缸與前軸承座通過(guò)下半的半圓坡口焊接連接，如何保證焊接精度？如何控制焊接變形量？
（2）前汽缸與前軸承座焊接完后整體工件長(zhǎng)度有2m，其中前汽封最小內(nèi)圓只有φ235mm， 而軸承檔部分要將車(chē)刀穿過(guò)最小內(nèi)圓來(lái)加工，軸承檔最大內(nèi)圓為φ359mm，造成了“口小肚子大”的情況，而且軸承檔內(nèi)各尺寸精度要求很高，公差最小處僅為0.03mm。如何裝夾、如何對(duì)刀、如何測(cè)量以及如何避免加工干涉是加工難點(diǎn)。
3. 控制焊接變形量
該汽缸毛坯為5個(gè)部分：前汽缸體上半、前汽缸體下半、前軸承座下半、前軸承蓋和前軸承座蓋。我們將前汽缸體上、下半分為一組，前軸承座下半、前軸承蓋和前軸承座蓋分為一組，分別進(jìn)行粗加工。
展開(kāi) 軸承底座的靜力學(xué)強(qiáng)度分析案例 | SupreStat公測(cè)招募中
本文是系列第一期，將以軸承座強(qiáng)度分析為例，展示完整的分析流程和方法。后續(xù)我們會(huì)分享更多不同類(lèi)型的工程案例，敬請(qǐng)關(guān)注！
前言
軸承座作為機(jī)械行業(yè)的關(guān)鍵支撐部件，需承受徑向力和軸向沖擊，在交變應(yīng)力下易產(chǎn)生磨損和偏心振動(dòng)等問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響使用壽命。一個(gè)可靠的軸承座對(duì)于減輕軸的偏心振動(dòng)，保證機(jī)械設(shè)備的作業(yè)具有重要作用。
傳統(tǒng)解析法在計(jì)算其承載性能時(shí)誤差較大，而有限元法可有效模擬復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)格劃分實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算。目前，基于自適應(yīng)網(wǎng)格的軸承座分析研究較少，本文將基于SupreStat靜力學(xué)功能模塊，進(jìn)行軸承座的強(qiáng)度分析研究。
模型建立
軸承座的零部件由底板、支承板、圓筒、軸瓦等組成，根據(jù)軸承座的尺寸在SolidWork中將其建模。軸承座的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖1所示。
圖 1 幾何尺寸
由于軸承座結(jié)構(gòu)與載荷均為上下、左右對(duì)稱(chēng)，僅需建立軸承座座體半側(cè)模型即可。這種簡(jiǎn)化不僅減少計(jì)算時(shí)間和硬件需求，還便于設(shè)置符合結(jié)構(gòu)實(shí)際變形情況的邊界條件。基于結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后的半側(cè)模型如圖2-3所示。
圖 2 半側(cè)模型
圖 3 半側(cè)模型
網(wǎng)格劃分
采用SupreStat自適應(yīng)網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行劃分，在保證網(wǎng)格精度前提下，可大幅降低總體網(wǎng)格規(guī)模，提高計(jì)算效率。
設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸為3.0mm，網(wǎng)格光順5次，設(shè)置局部面加密，尺寸控制為0.3mm范圍，如圖4所示；尺寸控制為1.5mm范圍，如圖5所示。
圖 4 網(wǎng)格尺寸設(shè)置
圖 5 網(wǎng)格尺寸設(shè)置
網(wǎng)格模型如圖6-7所示，節(jié)點(diǎn)數(shù)量為10511個(gè)，單元數(shù)為58490個(gè)，網(wǎng)格質(zhì)量絕大部分在0.7以上，最低為0.3，網(wǎng)格質(zhì)量較好。
展開(kāi) 汽輪機(jī)滑銷(xiāo)系統(tǒng)詳解
貓抓橫銷(xiāo)：貓爪一般裝在前軸承座及雙缸汽輪機(jī)中間軸承座的水平接合面上，是由下汽缸或上汽缸端部突出的貓爪、特制的銷(xiāo)子和螺栓等組成。貓爪起著橫銷(xiāo)的作用，又對(duì)汽缸起支承作用。貓爪橫銷(xiāo)的作用是保證汽缸在橫向的定向自由膨脹。同時(shí)隨著汽缸在軸向的膨脹和收縮，推動(dòng)軸承座向前或向后移動(dòng)，以保持轉(zhuǎn)子與汽缸的軸向相對(duì)位置。
角銷(xiāo)（壓板）：裝在前軸承座及雙缸汽輪機(jī)中間軸承座底部的左右兩側(cè)，以代替連接軸承座與基礎(chǔ)臺(tái)板的螺栓。其作用是保證軸承座與臺(tái)板的緊密接觸，防止產(chǎn)生間隔和軸承座的翹頭現(xiàn)象。
斜銷(xiāo)：裝在排汽缸前部左右兩側(cè)支撐與基礎(chǔ)臺(tái)板部。斜銷(xiāo)是一種輔助滑銷(xiāo)，不經(jīng)常采用。它能起到縱向及橫向的雙重導(dǎo)向作用。
3 幾個(gè)問(wèn)題的解釋
死點(diǎn)：位于橫銷(xiāo)與縱銷(xiāo)中心線的交叉點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)在機(jī)組運(yùn)行中是始終不動(dòng)的，所以稱(chēng)為死點(diǎn)。
機(jī)組膨脹的絕對(duì)死點(diǎn)在低壓缸的中心，由預(yù)埋在基礎(chǔ)中的定位鍵和軸向定位鍵限制低壓缸的中心移動(dòng)，形成機(jī)組絕對(duì)死點(diǎn)；
轉(zhuǎn)子之間都是采用法蘭式剛性聯(lián)軸器聯(lián)接，形成了軸系。軸系軸向位置是靠機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子前端的推力盤(pán)來(lái)定位的。推力盤(pán)包圍在推力軸承中，由此構(gòu)成了機(jī)組動(dòng)靜之間的死點(diǎn)。
展開(kāi) 基于模態(tài)提升發(fā)動(dòng)機(jī)NVH優(yōu)化研究
圖5 缸體彎曲模態(tài)圖
表4 缸體模態(tài)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（單位：Hz)
表3 軸承座模態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（單位：Hz)
圖6 軸承座頻率函數(shù)曲線
3.缸體軸承座頻響函數(shù)測(cè)試
本次采用頻響函數(shù)測(cè)試的方式進(jìn)行。測(cè)試結(jié)果如圖6所示，發(fā)動(dòng)機(jī)從前到后軸承座模態(tài)頻率依次為1089 Hz、1105 Hz、1103 Hz、1114 Hz和1016 Hz，見(jiàn)表5。通過(guò)和仿真結(jié)果對(duì)比可知，仿真和試驗(yàn)結(jié)果一致性較好。
綜上分析，此發(fā)動(dòng)機(jī)缸體前三階模態(tài)及軸承座模態(tài)較低，均不滿(mǎn)足要求，被激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的風(fēng)險(xiǎn)較大。
發(fā)動(dòng)機(jī)缸體優(yōu)化及分析
通過(guò)前面分析可知發(fā)動(dòng)機(jī)缸體模態(tài)頻率較低，此發(fā)動(dòng)機(jī)缸體開(kāi)模已經(jīng)完成，如果重新進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，時(shí)間和價(jià)格成本均較高，所以本次優(yōu)化采用局部?jī)?yōu)化的方式進(jìn)行，主要在缸體下方增加加強(qiáng)板，同時(shí)對(duì)主軸承座進(jìn)行了局部加強(qiáng)。優(yōu)化后的缸體再次進(jìn)行仿真和模態(tài)測(cè)試，仿真結(jié)果如圖7所示，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)提升至683Hz，試驗(yàn)結(jié)果，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)提升至690.8 Hz，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致。優(yōu)化前后缸體模態(tài)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。
表5 軸承座模態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果
表6 優(yōu)化前后缸體模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果（單位：Hz)
圖7 優(yōu)化缸體一階扭振模態(tài)陣型
圖8 優(yōu)化前后噪聲Colormap圖
優(yōu)化驗(yàn)證
采用上述優(yōu)化方案后在臺(tái)架對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了噪聲及振動(dòng)對(duì)比測(cè)試，在部分轉(zhuǎn)速區(qū)間噪聲降低明顯，尤其在2000～3200 r/m i n轉(zhuǎn)速區(qū)間噪聲降低0～1.5 d B (A)。Colormap圖分析如圖8所示，可知700 Hz以下發(fā)動(dòng)機(jī)階次及共振明顯改善。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體振動(dòng)值從原始的11 g減弱至現(xiàn)在的9.53 g,降低了13.6%，改善效果明顯。
展開(kāi) 
電機(jī)振動(dòng)最大，而問(wèn)題卻出在風(fēng)機(jī) | 值得一看！
轉(zhuǎn)子的支撐系統(tǒng)各部件之間如存在連接的緊密程度不夠，或存在支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)量較差、強(qiáng)度不足（支撐腳高度不同及軸承座裂紋故障等）時(shí)，將引起支撐系統(tǒng)的支撐動(dòng)剛度不穩(wěn)定或在軸向支撐系統(tǒng)的支撐動(dòng)剛度存在較大差異，在轉(zhuǎn)子激振力的作用力下，軸承座前后振幅值存在差異，即使軸頸承受力中心在軸向不發(fā)生變化的情況下，軸承座軸向也會(huì)產(chǎn)生分量。
其振動(dòng)頻譜特征包含基頻分量外，還存在相當(dāng)多的2倍頻分量，有時(shí)也能激發(fā)3倍頻振動(dòng)分量，或伴隨著4、5甚至6倍轉(zhuǎn)速頻率的高階次諧波頻率的振動(dòng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可知，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及臺(tái)板振動(dòng)小于1mm/s基礎(chǔ)與軸承座、軸承座墊鐵與基礎(chǔ)臺(tái)扳接觸面的連接部件的差別振動(dòng)僅為2—3um。可確認(rèn)動(dòng)態(tài)下軸承座各連接部件之閘的連接緊密程度良好。發(fā)生故障的排粉風(fēng)機(jī)過(guò)去一直運(yùn)行正常，對(duì)軸承座檢查也未發(fā)現(xiàn)裂紋。因此，可排除風(fēng)機(jī)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)最較燕及軸承座存在裂紋而存在支撐剛度問(wèn)題。
4. 支承系統(tǒng)存在軸向共振故障
當(dāng)軸承座軸向自振頻率與轉(zhuǎn)子工作頻率率接近或成整數(shù)倍時(shí)，軸承產(chǎn)生軸向共振絕大部分軸承座軸向共振是以2倍頻頻率形式出現(xiàn)。一些軸向剛度特別差的軸承座會(huì)發(fā)生基頻軸向共振。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，該風(fēng)機(jī)振動(dòng)明顯的特征是在5x、7X諧波頻率振幅I最高。此外有資料指出，當(dāng)軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比小于1.5—2.0時(shí)，襲明支承系統(tǒng)存在共振，而現(xiàn)場(chǎng)排粉風(fēng)機(jī)軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比遠(yuǎn)大于5，因此也可排除支承系統(tǒng)存在軸向共振。
5. 軸承松動(dòng)及軸承部件配合不良故障
該風(fēng)機(jī)采用雙列球而滾予軸承，滾動(dòng)軸承松動(dòng)故障包括軸承內(nèi)圈與軸領(lǐng)之同產(chǎn)生的松動(dòng)、軸承外圈與箱體孔之間產(chǎn)生的松動(dòng)或同時(shí)存在軸承內(nèi)外圈松動(dòng)和過(guò)大的軸承內(nèi)部游隙。
展開(kāi) 案例 | Simufact公司為GreenTeam和Renishaw提供了完整的增材制造工藝仿真解決方案
在賽車(chē)軸承座的制造中，Renishaw的工程師觀察到零件與基板以及零件與支撐結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)了裂紋（圖1A）。除此之外，零件上部的掃描結(jié)果也表明其存在非預(yù)期變形（圖1B）。Renishaw的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要一個(gè)仿真解決方案，不僅能優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)Green Team的部件減重設(shè)計(jì)的目的，也是為了實(shí)現(xiàn)“第一次打印就成功”，這既能提高企業(yè)的生產(chǎn)效率又有利于降低生產(chǎn)和研發(fā)成本。
得益于仿真計(jì)算日益提高的準(zhǔn)確性、可靠性、更短且更加符合工程實(shí)際要求的計(jì)算時(shí)間，以及仿真軟件易用性的提升。工藝仿真已經(jīng)成為一種成熟而有效的方法。因此，Renishaw與以制造技術(shù)仿真專(zhuān)業(yè)性著稱(chēng)的Simufact公司取得了聯(lián)系，請(qǐng)Simufact幫助他們進(jìn)行堆積成型過(guò)程的預(yù)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)減少變形，消除部件與支撐結(jié)構(gòu)之間的分離問(wèn)題的目標(biāo)。
圖1A-打印的軸承座：可以看到部件和支撐結(jié)構(gòu)間存在分離
圖1B-打印的軸承座：零件頂部變形形狀的測(cè)量
解決方案
Simufact公司的增材制造工藝仿真分析工具Simufact Additive，可提供一種宏觀尺度方法，這種方法不僅可以用于優(yōu)化零件的堆積成型過(guò)程，還可以用于后續(xù)工藝鏈的優(yōu)化。宏觀分析考慮了制造過(guò)程中的固有應(yīng)變。這個(gè)固有應(yīng)變包括塑性應(yīng)變、熱應(yīng)變、蠕變應(yīng)變和相變應(yīng)變。在Simufact Additive軟件中，固有應(yīng)變可通過(guò)軟件提供的校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行簡(jiǎn)便快速的校準(zhǔn)。
為校準(zhǔn)零件的固有應(yīng)變，Renishaw在同一臺(tái)打印軸承座的3D打印設(shè)備及工藝參數(shù)設(shè)置相同的條件下分別在0°和90°方向上打印了兩個(gè)懸臂梁試樣。
展開(kāi) 公差分析配合等級(jí)與公差分析帶如何選擇
1 公差分析等級(jí)的選擇
與軸承配合的軸或軸承座孔的公差分析等級(jí)與軸承精度有關(guān)。與P0級(jí)精度軸承配合的軸，其公差分析等級(jí)一般為IT6，軸承座孔一般為IT7。對(duì)旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性有較高要求的場(chǎng)合(如電動(dòng)機(jī)等)，應(yīng)選擇軸為IT5，軸承座孔為IT6。
2 公差分析帶的選擇
當(dāng)量徑向載荷P分成“輕”、“正常”和“重”載荷等幾種情況，其與軸承的額定動(dòng)載荷C之關(guān)系為：
輕載荷P≤0.06C 正常載荷 0.06C ＜P≤ 0.12C 重載荷 0.12C＜P
1) 軸公差分析帶
安裝向心軸承和角接觸軸承的軸的公差分析帶參照相應(yīng)公差分析帶表。就大多數(shù)場(chǎng)合而言，軸旋轉(zhuǎn)且徑向載荷方向不變，即軸承內(nèi)圈相對(duì)于載荷方向旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，一般應(yīng)選擇過(guò)渡或過(guò)盈配合。靜止軸且徑向載荷方向不變，即軸承內(nèi)圈相對(duì)于載荷方向是靜止的場(chǎng)合，可選擇過(guò)渡或小間隙配合(太大的間隙是不允許的)。
2)外殼孔公差分析帶
安裝向心軸承和角接觸軸承的外殼孔公差分析帶參照相應(yīng)公差分析帶表。選擇時(shí)注意對(duì)于載荷方向擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的外圈，應(yīng)避免間隙配合。當(dāng)量徑向載荷的大小也影響外圈的配合選擇。
3) 軸承座結(jié)構(gòu)形式的選擇
滾動(dòng)軸承的軸承座除非有特別需要，一般多采用整體式結(jié)構(gòu)，剖分式軸承座只是在裝配上有困難，或在裝配上方便的優(yōu)點(diǎn)成為主要考慮點(diǎn)時(shí)才采用，但它不能應(yīng)用于緊配合或較精密的配合，例如K7和比K7更緊的配合，又如公差分析等級(jí)為IT6或更精密的座孔，都不得采用剖分式軸承座。
棣拓軟件秉承先進(jìn)的服務(wù)理念和深厚的技術(shù)背景，DTAS不斷發(fā)展壯大，公司具備國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)豐富的公差分析技術(shù)支持和咨詢(xún)服務(wù)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，以及專(zhuān)業(yè)化水準(zhǔn)的技術(shù)力量獲得了眾多客戶(hù)的一致認(rèn)可。公司客戶(hù)目前遍布汽車(chē)、新能源電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、軍工、家電、電機(jī)、航空航天等眾多行業(yè)和知名高校、研究所。
展開(kāi) 【經(jīng)驗(yàn)分享】嘮一嘮軸承與軸、軸承與孔的公差配合
3) 軸承座結(jié)構(gòu)形式的選擇
滾動(dòng)軸承的軸承座除非有特別需要，一般多采用整體式結(jié)構(gòu)，剖分式軸承座只是在裝配上有困難，或在裝配上方便的優(yōu)點(diǎn)成為主要考慮點(diǎn)時(shí)才采用，但它不能應(yīng)用于緊配合或較精密的配合，例如K7和比K7更緊的配合，又如公差等級(jí)為IT6或更精密的座孔，都不得采用剖分式軸承座。
軸承與軸的配合公差標(biāo)準(zhǔn)
①當(dāng)軸承內(nèi)徑公差帶與軸公差帶構(gòu)成配合時(shí)，在一般基孔制中原屬過(guò)渡配合的公差代號(hào)將變?yōu)檫^(guò)贏配合，如k5、k6、m5、m6、n6等，但過(guò)贏量不大；當(dāng)軸承內(nèi)徑公差代與h5、h6、g5、g6等構(gòu)成配合時(shí)，不在是間隙而成為過(guò)贏配合。（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號(hào)，第一時(shí)間掌握干貨知識(shí)、行業(yè)信息）
②軸承外徑公差帶由于公差值不同于一般基準(zhǔn)軸，也是一種特殊公差帶，大多情況下，外圈安裝在外殼孔中是固定的，有些軸承部件結(jié)構(gòu)要求又需要調(diào)整，其配合不宜太緊，常與H6、H7、J6、J7、Js6、Js7等配合。
附：一般情況下，軸一般標(biāo)0～＋0。005 如果是不常拆的話(huà)，就是＋0。005～＋0。01的過(guò)盈配合就可以了，如果要常常的拆裝就是過(guò)渡配合就可以了。我們還要考慮到軸材料本身在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候的熱脹，所以軸承越大的話(huà)，最好是－0。005～0的間隙配合，最大也不要超過(guò)0。01的間隙配合。還有一條就是動(dòng)圈過(guò)盈，靜圈間隙。
軸承配合一般都是過(guò)渡配合，但在有特殊情況下可選過(guò)盈配合，但很少。因?yàn)?em>軸承與軸配合是軸承的內(nèi)圈與軸配合，使用的是基孔制，本來(lái)軸承是應(yīng)該完全對(duì)零的，我們?cè)趯?shí)際使用中也完全可以這樣認(rèn)為，但為了防止軸承內(nèi)圈與軸的最小極限尺寸配合時(shí)產(chǎn)生內(nèi)圈滾動(dòng)，傷害軸的表面，所以我們的軸承內(nèi)圈都有0到幾個(gè)μ的下偏公差來(lái)保證內(nèi)圈不轉(zhuǎn)動(dòng)，所以軸承一般選擇過(guò)渡配合就可以了，即使是選擇過(guò)渡配合也不能超過(guò)3絲的過(guò)盈量。
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