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1、五邑大学本科毕业设计摘 要 摩托车连杆滚针轴承的运动及受力状态比较复杂，现针对某型号发动机的连杆滚针轴承失效样品作失效分析。分析表明承受载荷过大，滚针的表面应力分布不均，保持架和连杆的结构强度和耐磨性不足等原因是连杆滚针轴承发生早期失效的主要因素。针对产品的失效原因，提出滚针的凸度技术以消除滚针的边缘效应，提出保持架和连杆的热处理技术以改善保持架和连杆的抗疲劳能力和耐磨性等工艺改进方案，协助生产厂家改进产品性能并提高其使用寿命。关键词 滚针轴承；失效分析；工艺改进；摩托车Abstract Motion of motorcycle connecting rod needle bearing an
2、d force it bears are very complicated. For a model of the engine connecting rod needle bearing failure samples for failure analysis. Analysis showed that the bearing load is too large, uneven distribution of needle surface stress, the cage and the connecting rod of a lack of structural strength and
3、wear resistance due to early failure of the connecting rod needle bearing main factors. Reasons for product failure occurs, raise the crown needle technology, heat treatment of the cage and the connecting rod technology, used to improve the needle of the Edge effect and to raise the cage and the con
4、necting rods resistance to fatigue and wear resistance, etc. process improvement program to help manufacturers improve product performance and increase its service life.Keywords Needle roller bearings Failure Analysis Process Improvement motorcycle目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题的提出11.2 本课题国内状况41.3 滚动
5、轴承国内外状况与研究方法61.4 三轮摩托车的国内市场状况7本章小结8第2章 连杆滚针轴承失效分析92.1 连杆滚针轴承接触疲劳失效102.1.1点蚀102.1.2 疲劳剥落112.1.3 影响疲劳失效的因素122.2 磨损失效132.2.1 磨粒磨损132.2.2 粘着磨损142.3 烧伤损坏152.4 塑性变形失效162.5 微观分析172.6 连杆滚针轴承的润滑182.6 连杆滚针轴承失效总结202.7 轴承的寿命计算21本章小结22第3章 连杆滚针轴承改进方法研究233.1连杆滚针轴承工作时的运动及受力分析233.1.1运动分析233.1.2受力分析233.2滚针轴承263.2.1 滚
6、针的标准263.2.2 滚针凸度对轴承寿命的影响273.2.3 滚针凸度的合理设计273.2.4 目前设计在存在的问题293.2.5 改进意见293.2.6滚针的凸度计算设计303.3 滚针轴承保持器323.3.1保持架的锁针323.3.2 “M”型保持架333.3.3 “K”型保持架333.3.4 保持架径向定位353.3.5 保持架表面处理353.3.6 滚针和保持器的热处理36本章小结37第4章 连杆滚针轴承的工艺改进措施384.1 滚针的工艺改进措施384.1.1滚针的凸度加工384.1.2 对数型凸度滚针超精研导辊的设计与加工394.2 滚针轴承保持架的工艺改进措施434.2.1 锁
7、针部位主参数的确定434.2.2 保持架表面处理454.3 连杆滚针轴承的游隙454.3.1 影响轴承径向工作游隙的因素454.3.2 轴承径向游隙的合理选择474.3.3 M型保持架的渗碳工艺47本章小结48第五章 连杆滚针轴承现阶段改进后的效果495.1 滚针轴承的改进495.2 连杆的改进52本章小结58第六章 连杆滚针轴承的有限元分析596.1 滚针轴承的有限元分析596.2 连杆的有限元分析62本章小结64结论65参考文献66致谢67公司的发展建立在不断推出新产品的基础之上，注重短期目标与中长期发展战略相结合，以车载定位为先导的产品，以定位系列产品拓宽市场领域，以成为定位产品市场的领
8、导者为目标，建立一个以推广健康、环保、节能的定位技术为中心的集团公司。67第1章 绪论1.1 课题的提出三轮摩托车作为一种运输机械，适用于城乡之间的中、短途运输，由于该类车体积小、价格低、操作简便、方便实用，从而深受广大农民和城乡个体劳动者的喜爱。近年来，随着城乡道路建设质量的不断提高，对车辆驾驶舒适性要求也逐渐从路面转向了车辆自身，而发动机作为直接与驾驶者接触的部件，对驾驶的舒适性和安全性的影响是不言而喻的。三轮摩托车与二轮摩托车在使用上的主要区别是行驶速度较低：一般三轮摩托车在道路上行驶时最高时速为30km/h。而二轮摩托车在城市道路上行驶时最高时速为50 km/h，在封闭的机动车专用道路
9、和公路上行驶时最高时速为60 km/h。三轮摩托车常用于运载重物，较二轮摩托车负荷高。考虑用途和使用环境，一些厂家直接选用首选排量较大的发动机，如125 ml、150 ml的发动机，功率大，动力强劲，比较适合载重和长途行驶。但是，我国某些三轮摩托车的质量在出厂前根本没有完善的质量保证体系对其进行保证，在市场上销售，质量问题较多，如发动机故障、车架断裂、断轴、制动失灵、油路起火等大的质量问题。 其主要原因是：企业为满足消费者对三轮摩托车高承载、低油耗的使用需求和追求利润，对整车局部外形和发动机型式进行了变型设计，如风冷改水冷，扩缸等。尤为严重的是，将某125ml发动机扩缸后（有风冷机型，有水冷机
10、型），变成150ml排量发动机，装到原设计为150ml排量的摩托车上，属于典型的小马拉大车。这些小排量发动机只经过简单的扩缸（即加大活塞、活塞环、活塞销和气缸）等进行改变。而没有对其他如曲柄连杆组件、曲轴箱及主轴承等支撑件、运动零件进行认真的分析研究和改进。发动机完全没有储备功率和扭矩，使发动机始终处于高速、高温、高负荷状态下运转，提前消耗了发动机的动能，使机件严重磨损，最终造成发动机使用寿命大大缩短。图1-1 曲柄连杆总成作为三轮摩托车发动机中重要的部件的曲柄连杆总成（图1-1），其质量好坏直接关系到三轮摩托车驾驶舒适性、安全性和工作可靠性。曲柄连杆总成是三轮摩托车发动机中的一个重要部件，其
11、中受力较大、工艺复杂、制造精度要求高的是带圆柱滚子的滚针轴承，如图1-2。滚针轴承是带圆柱滚子的滚子轴承，相对其直径，滚子既细又长(滚子长度为直径的310倍，直径一般不大于5mm )，这种滚子称为滚针。尽管具有较小的截面，滚针轴承仍具有较高的负荷承受能力，因此，特别适用十径向空间受限制的场合。图1-2 滚针轴承近几年，随着中央富农政策和西部大开发战略的实施，三轮摩托车已成为农民朋友致富的“好帮手”。三轮摩托车承载能力适中，道路适应性强，既适用于农户自产自销式的小规模经营，又适用干短途载客，是农民增加收人的重要工具。在乡镇和农村，三轮摩托车成了更多农民替代牛车和自行车的代步工具，快捷、方便、价位
12、低、操作简单的特点，正好迎合了农村的消费需求。三轮摩托车在客、货运输方面发展迅速，也使许多城市下岗职工纷纷加人了这种投资小、见效快、技术要求不高的经营队伍。货运三轮摩托车在农村和城镇得到了广泛使用。在实际使用过程中，三轮摩托车驾驶员经常出现装载货物超载或超员载人等违规现象，从而发动机超负荷运转，造成发动机过热停机或曲柄连杆总成损坏等故障的产生。如曲柄连杆总成中滚针轴承组件的滚针轴承润滑不良、滚针磨损、保持架破坏、连杆大头内壁损坏等失效情况。此外还有：(1)曲轴断裂，行驶途中曲柄轴突然断裂，打坏曲轴箱，造成整台发动机报废；(2)连杆断裂，导致活塞、缸体、曲轴箱损坏；(3）活塞销断裂，导致活塞、连
13、杆、缸体损坏；(4）曲轴明显弯曲变形，造成主轴承报废，需更换等。三轮摩托车发动机在实际使用过程中出现的损坏发生过载失效和疲劳破坏的主要部分是发动机的曲柄连杆滚针轴承装置（见图1-3，图1-4，图1-5，图1-6）。图1-3 连杆滚针轴承失效样品 图1-4 滚针轴承失效样品 图1-5 曲柄连杆损坏样品 图1-6 曲柄销损坏样品目前全国三轮摩托车每年有300多万辆的产销规模，全面、系统的研究“高速重荷摩托车发动机曲柄连杆总成”提高整车的质量，势在必行。1.2 本课题国内状况三轮摩托车是一种应用广、快速、经济、舒适的交通、运动工具，它具有灵活、轻便、机动和高速等特点。随着科学技术的发展，现代摩托车产
14、业已经融合了机电技术、信息与数字化技术、控制与测试技术、新工艺技术和新材料技术等诸多高新技术，成为了一种技术含量很高的产品，是名副其实的技术密集型和资金密集型产业。2008年，全球摩托车产量约4500万辆，中国、日本和意大利三个摩托车生产大国，产量超过世界摩托车总量的80%，出口量占世界摩托车总量的一半以上。提高摩托车整车及发动机质量，零部件是关键。而目前我国摩托车零部件质量水平普遍不高，有影响、上规模的生产企业不多，大部分企业由于资金所限，不能实现技术改造和设备引进，从而陷入了技术落后，质量下降，利润减少的恶性循环。据有关资料介绍，欧、美、日等摩托车强国的各种汽油机，早已实施200小时以上的
15、全负荷强化试验，平均无故障间隔时间超过1000小时。而在我国20世纪80年代才将可靠性工程应用到内燃机行业，且只有100h强化试验（其中包含20h的低负荷磨合运转），实际满负荷试验只有80小时。应尽快采取切实有效的措施，加以改进，并落实到摩托车产品的试验中去，减少与国外先进水平的差距。我国摩托车发动机配件设计方法落后。相对摩托车工业发达国家来说，我国摩托车综合技术水平落后约10-15年。目前仍然停留在盲目仿照国外机型的零配件，极少有配件企业采用CAD/CAM/CAE等软件对零件进行静、动态强度分析以及与整机分析研究。滚针轴承是摩托车发动机中重要的机械零部件，其寿命直接影响到发动机的工作性能。滚针结构设计最重要的一点就是滚针的凸度设计，滚针轴承凸度设计的目的，是消除或减少滚子与滚道间的压力分布，因其有限长线接触副所造成在接触区域两端出现压力奇异分布的边缘效应，或者在中部出现压力集中的现象，从而等强度利用接触线上每一
