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摘 要：為實現仿真模擬測量汽車斜齒輪接觸處的軸向和徑向載荷，并將其投影到軸承上，計算軸承損失中的載荷貢獻，以降低真實物理實驗成本，提高設計質量，論文進行了基于AMESim的汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真研究。

工程師在Romax Spin中進行軸承分析，并檢查相關軸承的橢圓截斷值以及接觸點和邊緣的接觸應力值。

關鍵詞：氮化鋁;磨損機理;仿真;0 引言近年來，隨著變頻驅動技術的發展，變頻調速感應電機在機械工業領域的應用更加廣泛，軸承作為電機的關鍵零部件，其可靠性直接影響電機的服役壽命，而電蝕失效是此類電機軸承的主要失效方式[1]，嚴重制約了電機的發展。目前，采用絕緣軸承是解決該類問題的最佳方法，絕緣軸承可有效阻斷軸電流，提高電機的可靠性并延長其服役壽命[2]。

使用示例 Romax Spin用戶已經知道某軸承中存在一定的橢圓截斷，希望了解當前截斷量是否會出現問題。工程師在Romax Spin中進行軸承分析，并檢查相關軸承的橢圓截斷值以及接觸點和邊緣的接觸應力值。他們注意到，接觸橢圓中心的接觸應力低于許用應力，但由截斷引起的邊緣應力高于其許用值。

如圖1所示，滾動體與保持架在區域A和B發生接觸，載荷分布面積較小，沖擊幅值較大，應力容易在區域A、B、C和D區域集中分布，導致該區域內裂紋萌生，在滾動體的反復沖擊作用下，裂紋擴展直至保持架橫梁斷裂。

輸入參數包括接觸角、內外徑、寬度、滾子直徑、滾子長度、滾子數量等軸承內部幾何參數，輸出結果則有ISO281額定動載荷、接觸應力、軸承重量等。基于Romax仿真結果構建機器學習數據集，其中訓練集樣本數量為655個DOE樣本點，驗證集樣本數量為50個DOE樣本點。軸承設計幾何參數ODYSSEE機器學習預測模型精度對比如下圖所示。

通過仿真，可以模擬齒輪箱內部的溫度分布和熱應力情況，預測可能的過熱問題和熱變形，從而采取相應的散熱措施和優化設計。3. NVH（噪聲、振動、粗糙度）分析：齒輪箱的噪聲和振動對于提升車輛的乘坐舒適性至關重要。通過仿真，可以模擬齒輪箱的噪聲和振動情況，找到噪聲和振動的源頭，并采取相應的降噪和減振措施。4. 油路分析：齒輪箱的潤滑系統對于確保齒輪和軸承的正常運行至關重要。

存在不對中時，由于軸承中的周期性不對中力，軸中的扭轉振動會繼續存在。我們可以通過繪制齒輪嚙合的接觸力里了解齒輪中的響動，如下圖所示。當從動軸未加載時，接觸力是斷斷續續的，清楚地顯示了嘎嘎作響的行為。一旦軸被加載，接觸力變得連續，表明沒有了嘎嘎的響聲。當加載后，由于角速度的變化和軸的扭轉振動，接觸力不斷波動。 齒輪嚙合接觸力。

軸承采用剛性環法進行建模，同時應用程序與SKF云服務器通信，以獲得真實軸承剛度的準確表示。為確保真實性，這種表示方法考慮了滾動元件和軸承滾道之間的詳細接觸以及軸承的完整微觀幾何結構。

11、應力分析 對于點、線接觸，包括齒輪接觸、凸輪接觸等，Tribo-X可以進行應力分析計算。Tribo-X可以定義摩擦副表面的多層涂層，計算x、y、z方向的應力分量及等效應力分布。

如圖1所示，滾動體與保持架在區域A和B發生接觸，載荷分布面積較小，沖擊幅值較大，應力容易在區域A、B、C和D區域集中分布，導致該區域內裂紋萌生，在滾動體的反復沖擊作用下，裂紋擴展直至保持架橫梁斷裂。

如圖1所示，滾動體與保持架在區域A和B發生接觸，載荷分布面積較小，沖擊幅值較大，應力容易在區域A、B、C和D區域集中分布，導致該區域內裂紋萌生，在滾動體的反復沖擊作用下，裂紋擴展直至保持架橫梁斷裂。具體參考《滾針軸承滾針—保持架沖擊碰撞特征仿真分析》一文[1]。圖1 保持架應力集中區域A、B、C和D3.

使用Romax Spin及其DOE模塊，工程師可以通過自動化功能研究軸承微觀幾何參數對于應力及接觸行為的影響，從而方便確定“甜區”。如下圖所示，多變量分析以及3D可視化工具幫助工程師在最終確定軸承參數時進行更完善的工程決策。 接觸高度是關鍵參數之一。不恰當的接觸高度會導致接觸橢圓截斷，從而引起較高的接觸應力，這會極大地降低軸承的承載能力。

在設計階段，可以利用有限元仿真的手段，來模擬殼體受壓時的變形狀況。在進行有限元仿真分析時，采用均布壓力的方法，在殼體內壁施加相關試驗所要求的壓力。獲得計算結果后，根據應力的分布狀況，可直觀的指導結構改進的方向，如圖1所示。同時，也可將計算得到的最大應力與殼體材料的許用應力對比，以此來進行強度校核，保證殼體結構的可靠性。

不恰當的接觸高度會導致接觸橢圓截斷，從而引起較高的接觸應力，這會極大地降低軸承的承載能力。這種現象如下圖所示： 在接觸及其它關鍵的微觀幾何參數優化完成后，一種高效節能的軸承設計方案就產生了。 當設計方案定型并具有可視化數據后，工程師就需要對實際軸承的性能進行驗證分析。

軸承靜態強度校核： 靜態額定載荷：是指可以在軸承滾道上引起看得見的輕微壓痕標記的載荷，對于球軸承一般為產生4200Mpa接觸應力的載荷。 靜態徑向當量載荷：在一個純徑向力作用下，滾動體中產生的最大接觸應力與實際復合外力造成的應力相同。

上圖所示的動畫和圖形仿真結果是齒輪接觸力、軸承反應力和在外殼固定點測量的反作用力的時域結果，X 軸為Time（時間） Y軸為Force（力）。藍色曲線顯示的是齒輪接觸力的計算結果，綠色曲線是軸承反作用力的結果，紅色曲線是在外殼固定點測量的反作用力的結果。 在此仿真模型中，嚙合頻率為 567.6 [Hz]，上圖顯示的是齒輪接觸力、軸承反作用力、在外殼固定點測量的反作用力。