新能源汽車(chē)高速深溝球軸承保持架設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

來(lái)源：于慶峰-舍弗勒貿(mào)易（上海）有限公司

1 高速深溝球軸承保持架設(shè)計(jì)關(guān)鍵

本文以新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用的6208 軸承為例，對(duì)高速深溝球軸承保持架設(shè)計(jì)關(guān)鍵進(jìn)行分析。新能源汽車(chē)高速深溝球軸承的應(yīng)用工況要求保持架具有質(zhì)量輕、自潤(rùn)滑性能好和強(qiáng)度高等性能。含玻璃纖維增強(qiáng)的工程塑料成為了首選材料，相比傳統(tǒng)的鋼保持架，其具有更輕的質(zhì)量和更低的摩擦性能，能滿足更高的轉(zhuǎn)速要求。而滾動(dòng)體引導(dǎo)的輕質(zhì)量保持架，在高速下，比其他引導(dǎo)方式具有更小的摩擦。因此，在現(xiàn)有常見(jiàn)的保持架材料中，推薦保持架材料選用含玻璃纖維增強(qiáng)的聚己二酰丁二胺（PA46-GF）。保持架引導(dǎo)滾動(dòng)體，由于深溝球軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在使用該材料做保持架時(shí)，不可能設(shè)計(jì)成窗式結(jié)構(gòu)，通常采用非對(duì)稱的冠狀設(shè)計(jì)。

高速球軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，保持架承受的主要載荷是離心力以及滾動(dòng)體對(duì)保持架的作用力。下文從分析保持架本身的離心開(kāi)始，逐步疊加恒定轉(zhuǎn)速和急加減時(shí)滾動(dòng)體對(duì)保持架的影響，逐條對(duì)比分析，清楚得出各個(gè)條件分別對(duì)保持架的影響，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的高速保持架設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1.1 保持架承受的主要載荷

1.1.1 離心力

離心力是由于保持架自身旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，使保持架產(chǎn)生沿圓周方向的拉伸應(yīng)力，并導(dǎo)致保持架變形。

如圖1所示，對(duì)保持架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將保持架分成N塊，則保持架第j塊的離心力計(jì)算式為

圖1 保持架受力網(wǎng)格
Fig.1 Force grid of the cage

式中，F(xiàn)j為保持架第j塊的離心力；Δmj為保持架第j塊的質(zhì)量；ω為保持架角速度；rj為保持架第j塊的半徑。

圓周運(yùn)動(dòng)中，角速度ω和旋轉(zhuǎn)速度n的關(guān)系為

式中，Dw為深溝球軸承滾動(dòng)體直徑；Dpw為深溝球軸承的節(jié)圓直徑。

結(jié)合式（1）～式（3），得到深溝球軸承保持架上第j塊的離心力Fj和內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)速度ni的關(guān)系為

由式（4）可以看出，當(dāng)軸承基本設(shè)計(jì)（滾動(dòng)體直徑、節(jié)圓）確定時(shí)，保持架上任意位置的離心力大小和軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)速呈指數(shù)關(guān)系。對(duì)比普通的四極電動(dòng)機(jī)（內(nèi)圈轉(zhuǎn)速1 500 r/min），新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（內(nèi)圈轉(zhuǎn)速約16 000 r/min）的軸承保持架所受的離心力超過(guò)了100倍。

保持架受到離心力后，影響主要有3 點(diǎn)：① 離心力使保持架發(fā)生變形；② 離心力加劇保持架蠕變，進(jìn)一步增大保持架變形；③ 離心力使保持架產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。

（1）離心力使保持架發(fā)生變形。軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，保持架受離心力的影響，會(huì)沿徑向產(chǎn)生擴(kuò)張變形。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，擴(kuò)張變形越大。圖2所示為受離心力影響發(fā)生變形的保持架。由于冠狀保持架幾何形狀在軸向是不對(duì)稱的，在保持架的梁位置，由于其材料是圓周閉環(huán)連續(xù)的，因此，向外擴(kuò)張變形會(huì)小一些；而保持架的加強(qiáng)筋和卡爪位置，由于其材料沿圓周方向是不連續(xù)的，類似懸臂梁結(jié)構(gòu)，因此，向外擴(kuò)張變形的程度相對(duì)于梁位置會(huì)更大，并且離梁的軸向位置越遠(yuǎn)，擴(kuò)張變形越大，最終會(huì)使保持架產(chǎn)生向外翻轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)變形，情況嚴(yán)重的甚至?xí)贡３旨芡鈭A面和外圈擋肩發(fā)生干涉。

圖2 受離心力影響發(fā)生變形的保持架
Fig.2 A cage deformed by centrifugal force

（2）離心力加劇蠕變，進(jìn)一步增大保持架變形。高分子材料蠕變，即在一定溫度和較小的恒定外力（拉力、壓力或扭力等）作用下，高分子材料的形變隨時(shí)間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，保持架會(huì)持續(xù)受到離心力及滾動(dòng)體撞擊力。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加，保持架會(huì)產(chǎn)生一定程度不可逆的蠕變。蠕變會(huì)加劇保持架變形，增加保持架和外圈擋肩干涉的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)要考慮蠕變對(duì)保持架的影響。

圖3～圖5 所示分別為DSM 公司官網(wǎng)上給出的TW200F6（PA46）材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系圖?？梢钥闯觯瑧?yīng)力越大，蠕變?cè)酱螅粶囟仍礁?，蠕變?cè)酱?；時(shí)間越長(zhǎng)，蠕變?cè)酱蟆?/p>

圖3 不同溫度下材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
Fig.3 Stress-strain at different temperature

圖4 100 ℃時(shí)材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
Fig.4 Stress-strain at 100 ℃

圖5 140 ℃時(shí)材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
Fig.5 Stress-strain at 140 ℃

（3）離心力使保持架產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心力使保持架發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，加強(qiáng)筋和卡爪位置向外翻轉(zhuǎn)，引起保持架兜孔底部?jī)?nèi)部應(yīng)力增大；轉(zhuǎn)速越高，保持架變形越大，內(nèi)部應(yīng)力也越大。由于保持架兜孔底部材料最少，是最薄弱的位置，容易發(fā)生斷裂，因此，需要重點(diǎn)關(guān)注該位置的應(yīng)力狀態(tài)。

1.1.2 滾動(dòng)體對(duì)保持架的作用力

徑向載荷為主的工況下，由于工作游隙，深溝球軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有承載區(qū)和非承載區(qū)之分，如圖6 所示。當(dāng)滾動(dòng)體進(jìn)入承載區(qū)時(shí)，由于摩擦力作用，滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)速度大于保持架轉(zhuǎn)速，此時(shí)滾動(dòng)體推動(dòng)保持架運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)滾動(dòng)體進(jìn)入非承載區(qū)時(shí)，由于游隙的存在，滾動(dòng)體不承受載荷，公轉(zhuǎn)速度減慢，此時(shí)保持架推動(dòng)滾動(dòng)體運(yùn)轉(zhuǎn)。滾動(dòng)體對(duì)保持架的影響，主要是不同位置滾動(dòng)體對(duì)各個(gè)兜孔作用力不同引起保持架內(nèi)應(yīng)力造成的。

圖6 軸承運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖
Fig.6 Schematic diagram of bearing operation

當(dāng)軸向載荷和徑向載荷的比值增大時(shí)，承載區(qū)變大，非承載區(qū)變小，達(dá)到一定程度時(shí)，甚至?xí)斐扇繚L動(dòng)體都承載的情況。但即使所有滾動(dòng)體均在承載區(qū)，由于高速球軸承的球和滾道存在打滑現(xiàn)象[9]，不同位置的滾動(dòng)體依然會(huì)對(duì)各個(gè)兜孔有不同的作用力，從而引起保持架內(nèi)應(yīng)力。

1.2 Abaqus和Caba3D有限元分析

Abaqus 是通用的商業(yè)軟件，主要用于工程有限元模擬計(jì)算，其優(yōu)點(diǎn)是能處理較復(fù)雜的非線性問(wèn)題。Caba3D 是軸承專用的多體動(dòng)力學(xué)軟件，其優(yōu)點(diǎn)是能精確分析軸承內(nèi)部各部件6自由度運(yùn)動(dòng)、受力及摩擦特性。Caba3D 中的基礎(chǔ)理論計(jì)算模型可參考文獻(xiàn)[10]和文獻(xiàn)[11]。

本文主要研究對(duì)象為塑料保持架，由于受滾動(dòng)體引導(dǎo)，主要承受滾動(dòng)體的作用力和離心力帶來(lái)的體內(nèi)應(yīng)力，為了對(duì)保持架應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確分析，動(dòng)力學(xué)模型中建立了柔性保持架。

1.2.1 球和保持架的相互作用

軸承轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)球和保持架兜孔沒(méi)有接觸時(shí)，如圖7所示，在球和保持架兜孔接觸區(qū)域處于接觸面入口區(qū)的流體，會(huì)因泵吸作用而進(jìn)入接觸面，對(duì)運(yùn)動(dòng)鋼球的表面產(chǎn)生一定的滾動(dòng)摩擦阻力PRj和滑動(dòng)摩擦阻力PSj。當(dāng)球和保持架兜孔接觸時(shí)，如圖8所示，可能會(huì)發(fā)生兩種情況：① 保持架后端推動(dòng)球，保持架將受到鋼球的碰撞力Qc1；② 球推動(dòng)保持架，保持架將受到鋼球的碰撞力Qc2。根據(jù)保持架的受力可得保持架的運(yùn)動(dòng)微分方程為

圖7 球和兜孔之間的流體動(dòng)壓摩擦力
Fig.7 Hydrodynamic friction force between the balls and the cage pockets

圖8 球和保持架兜孔的法向作用
Fig.8 Normal effect of the cage pockets and the balls

式中，Cc為保持架質(zhì)心坐標(biāo)系與固定坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；mc為保持架的質(zhì)量；xc、yc、zc分別為保持架在x、y、z3 個(gè)方向的加速度；Jcx、Jcy、Jcz分別為保持架在x、y、z3 個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；wcx、wcy、wcz分別為保持架在x、y、z3個(gè)方向的角加速度。

1.2.2 柔性保持架的建模和計(jì)算

Abaqus 和Caba3D 中高度集成了柔性體的建模和計(jì)算。柔性保持架的建模和計(jì)算流程如圖9所示。

圖9 柔性保持架的仿真流程[12]
Fig.9 Simulation flow of flexible cages

（1）通過(guò)Abaqus將簡(jiǎn)化柔性保持架的模態(tài)矩陣、質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、固有頻率和固有模態(tài)導(dǎo)入到Caba3D 的驗(yàn)證模塊，在該模塊中對(duì)保持架的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行頻率響應(yīng)驗(yàn)證。

（2）簡(jiǎn)化模型驗(yàn)證完成后，將簡(jiǎn)化模型導(dǎo)入到Caba3D 的預(yù)處理模塊。在這個(gè)模塊中生成縮減質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣和時(shí)變的慣性參數(shù)。

（3）對(duì)剛?cè)?a href="http://www.ttokpm.com/tags/耦合/" target="_blank">耦合模型進(jìn)行計(jì)算。

（4）在Caba3D中提取相關(guān)結(jié)果。

（5）將Caba3D 中計(jì)算的彈性保持架導(dǎo)入到Abaqus中計(jì)算應(yīng)力。

1.2.3 分析模型創(chuàng)建

Abaqus建模信息：由于保持架是圓周對(duì)稱模型，所受離心力也是圓周對(duì)稱的，因此，Abaqus 靜態(tài)計(jì)算時(shí)可截取保持架任一兜孔模型來(lái)代替整個(gè)模型進(jìn)行分析，保持架兩側(cè)施加圓周對(duì)稱邊界，然后對(duì)保持架施加旋轉(zhuǎn)體力（離心力）。如圖1所示，采用四面體單元C3D10M 對(duì)保持架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格參考尺寸為0.2 mm。

Caba3D 建模信息：根據(jù)圖10 所示Caba3D 軸承動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，對(duì)軸承裝配體進(jìn)行建模，模型可以考慮軸承內(nèi)外圈、球、保持架各個(gè)部件之間的運(yùn)動(dòng)、接觸、受力等。Caba3D 的彈性保持架功能可以幫助計(jì)算分析保持架每個(gè)時(shí)間步的應(yīng)力及變形。

圖10 Caba3D軸承動(dòng)力學(xué)分析圖
Fig.10 Bearing dynamics analysis diagram of Caba3D

以6208 軸承為例，結(jié)合新能源汽車(chē)減速箱輸入軸（轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)軸一致）軸承的工況，先用Abaqus對(duì)保持架本身離心力進(jìn)行靜態(tài)分析，再用Caba3D 對(duì)保持架整體應(yīng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，逐步疊加恒定轉(zhuǎn)速和急加減速時(shí)滾動(dòng)體的影響，逐條對(duì)比分析保持架的應(yīng)力狀態(tài)。

（1）用Abaqus 靜態(tài)分析保持架本身離心力的影響，工況參數(shù)如表1所示。

表1 Abaqus分析的工況參數(shù)
Tab.1 Parameters of Abaqus analysis

由圖11 所示分析結(jié)果可知，最大應(yīng)力位置在保持架兜孔底部，最大Von Mises應(yīng)力為41.8 MPa。

圖11 Abaqus靜態(tài)分析結(jié)果
Fig.11 Static analysis results by Abaqus

（2）用Caba3D 對(duì)保持架整體應(yīng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，疊加恒定轉(zhuǎn)速時(shí)滾動(dòng)體對(duì)保持架的影響，工況參數(shù)如表2所示。

表2 恒定轉(zhuǎn)速下Caba3D分析的工況參數(shù)
Tab.2 Parameters of Caba3D analysis at constant speed

由圖12分析結(jié)果顯示，兜孔底部的Von Mises平均應(yīng)力約為44 MPa，最大值約為55 MPa，最小值約為33 MPa；其中各色曲線的振幅主要體現(xiàn)滾動(dòng)體對(duì)各個(gè)保持架兜孔底部的影響。

圖12 恒定轉(zhuǎn)速下兜孔底部的Caba3D應(yīng)力-時(shí)間關(guān)系
Fig.12 Stress-time analysis results of pocket by Caba3D at constant speed

（3）用Caba3D 對(duì)保持架整體應(yīng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，疊加急加減速時(shí)滾動(dòng)體對(duì)保持架的影響，工況參數(shù)如表3所示。

表3 急加減速時(shí)Caba3D分析的工況參數(shù)
Tab.3 Parameters of Caba3D analysis at rapid acceleration and deceleration

注：0～0.25 s，轉(zhuǎn)速?gòu)?6 667 r/min 降到15 292 r/min；0.25～0.5 s，轉(zhuǎn)速?gòu)?5 292 r/min 升到16 667 r/min。

由圖13分析結(jié)果顯示，兜孔底部Von Mises應(yīng)力最大值約為52 MPa，最小值約為31 MPa；其中各色曲線的振幅主要體現(xiàn)滾動(dòng)體對(duì)各個(gè)保持架兜孔底部的影響。尤其明顯的是，0～0.25 s 時(shí)，平均應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速下降而減?。?.25～0.5 s 時(shí)，平均應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速上升而增大。

圖13 急加減速時(shí)兜孔底部的Caba3D應(yīng)力-時(shí)間關(guān)系
Fig.13 Stress-time analysis results of pocket by Caba3D at rapid acceleration and deceleration

基于本次保持架質(zhì)量較小，軸向載荷和徑向載荷的比值較大的應(yīng)用工況，從上述分析中可以得到以下結(jié)論：

1）保持架的最大應(yīng)力位置在兜孔底部。其原因是兩個(gè)兜孔間質(zhì)量體受離心力影響外拋，使得兜孔底部承受拉伸應(yīng)力，離心力是影響保持架應(yīng)力的重要因素。

2）對(duì)比恒定轉(zhuǎn)速和急加減速工況，保持架兜孔底部平均應(yīng)力主要跟轉(zhuǎn)速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)速變小時(shí)，平均應(yīng)力隨之降低；當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，平均應(yīng)力隨之增大。因此，轉(zhuǎn)速是影響保持架應(yīng)力的決定性因素。

3）對(duì)比恒定轉(zhuǎn)速和急加減速工況，應(yīng)力幅值差別相對(duì)較小，應(yīng)力幅值主要受到滾動(dòng)體的碰撞以及保持架自身變形的影響，急加減速帶來(lái)的影響相對(duì)較小。

需要注意的是，滾動(dòng)體對(duì)保持架的影響。受保持架質(zhì)量、載荷工況、內(nèi)部游隙、保持架兜孔間隙等影響，文中依據(jù)目前新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流應(yīng)用工況，得到以上結(jié)論，但其他應(yīng)用工況下是否依然如此，還有待進(jìn)一步研究探討。

2.3 保持架設(shè)計(jì)關(guān)鍵

從前述分析可以看出，高速工況下，離心力是影響保持架的關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計(jì)保持架時(shí)，尤為需要注意減小離心力對(duì)保持架的影響。本文介紹如下兩個(gè)高速保持架設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)。

2.3.1 減小加強(qiáng)筋和卡爪位置的質(zhì)量

式（4）中，當(dāng)軸承基本設(shè)計(jì)（滾動(dòng)體直徑、節(jié)圓）確定時(shí)，保持架某位置離心力的大小主要取決于該位置保持架質(zhì)量和軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)速來(lái)自客戶要求，結(jié)合前文中提到離心力對(duì)保持架不同位置的影響，可以通過(guò)減小質(zhì)量來(lái)減小該位置的離心力。但需注意，減少該位置質(zhì)量不能影響保持滾動(dòng)體的能力，通常有如圖14所示的方法。

圖14 減少加強(qiáng)筋和卡爪位置材料
Fig.14 Reduce material at reinforcement and clamp position

2.3.2 增加保持架兜孔底部的強(qiáng)度

前述分析中，兜孔底部是整個(gè)保持架的薄弱位置，在高速工況下，該位置的斷裂風(fēng)險(xiǎn)最大。因此，需要增強(qiáng)該位置的強(qiáng)度，減小其斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。但需注意，增加該位置材料后，軸承內(nèi)部需有足夠的保持架活動(dòng)空間，以免干涉，通常有如圖15 所示的方法。

圖15 兜孔底部加強(qiáng)
Fig.15 Enhance the strength at the bottom of cages

目前市面上各個(gè)廠家的高速保持架，主要采用PA46 材料，由滾動(dòng)體引導(dǎo)。雖然看起來(lái)形狀各不相同，但主要目的都是為了減小離心力造成的影響，一般也都圍繞著上述兩個(gè)方向進(jìn)行。

3 分析驗(yàn)證 3.1 有限元分析驗(yàn)證

采用圖16 和圖17 所示的A 型和B 型兩款6208 保持架為例作FEA 分析，對(duì)前述兩個(gè)設(shè)計(jì)方向進(jìn)行驗(yàn)證。兩款保持架的主要區(qū)別為：A 型保持架的加強(qiáng)筋和卡爪位置質(zhì)量大，兜孔底部強(qiáng)度?。籅型保持架的加強(qiáng)筋和卡爪位置質(zhì)量小，兜孔底部強(qiáng)度大。在轉(zhuǎn)速10 000～25 000 r/min，溫度120 ℃的工況下，用Abaqus 分析離心力對(duì)保持架變形和應(yīng)力的影響，結(jié)果分別如圖18、圖19所示。

圖16 A型保持架
Fig.16 Type A

圖17 B型保持架
Fig.17 Type B

由圖18 可以看出，B 型保持架可能發(fā)生干涉位置的變形明顯小于A 型保持架，且轉(zhuǎn)速越高，區(qū)別越明顯。由圖19 可以看出，B 型保持架兜孔底部的應(yīng)力明顯小于A 型保持架兜孔底部的應(yīng)力，且轉(zhuǎn)速越高，區(qū)別越明顯。由此可見(jiàn)，按前述第2.3節(jié)方向設(shè)計(jì)的B型保持架更適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖18 保持架可能發(fā)生干涉位置的變形
Fig.18 Deformation at potential interference position

高分子材料的應(yīng)力越大，蠕變?cè)絿?yán)重。圖19 中Abaqus 驗(yàn)證結(jié)果所示，當(dāng)16 667 r/min 時(shí)，A 型保持架兜孔底部的應(yīng)力為41.8 MPa，參考圖3～圖5，100 h 發(fā)生的蠕變約為0.2%；而B(niǎo) 型保持架兜孔底部的應(yīng)力為13.2 MPa，同樣時(shí)間發(fā)生的蠕變約為0.05%，是A 型保持架蠕變的25%左右，如圖20 所示。B 型保持架更小的蠕變給保持架帶來(lái)了更高的安全系數(shù)。

圖19 保持架兜孔底部應(yīng)力
Fig.19 Stress at the bottom of cage pockets

圖20 A型和B型保持架的蠕變對(duì)比
Fig.20 Creep comparison of cages type A and type B

3.2 臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)上述A型、B型保持架，結(jié)合客戶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸承工況進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證?；拘吞?hào)6208，其他零部件保持相同設(shè)計(jì)。試驗(yàn)工況如表4所示。

表4 臺(tái)架試驗(yàn)參數(shù)
Tab.4 Parameters of testing

使用A 型保持架的軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最短在21 h 即出現(xiàn)異常發(fā)熱，溫度超過(guò)140 ℃后設(shè)備自動(dòng)停機(jī)，分解調(diào)查、分析后發(fā)現(xiàn)，部分保持架外圓面和軸承外圈擋肩發(fā)生明顯干涉，干涉痕跡沿圓周方向360°連續(xù)存在，更有部分保持架兜孔底部發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，如圖21所示。

圖21 A型保持架外圓面的干涉痕跡和兜孔底部斷裂
Fig.21 Interference marks and fracture on the cage type A

使用B 型保持架的軸承均完成了目標(biāo)壽命測(cè)試，未見(jiàn)任何異常，試驗(yàn)完成后保持架如圖22 所示。臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了B型保持架更適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖22 B型保持架無(wú)異常
Fig.22 No abnormal found on the cage type B

綜上，仿真模擬與臺(tái)架試驗(yàn)一致驗(yàn)證，B型保持架在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的性能優(yōu)于A 型保持架，更適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況。進(jìn)一步驗(yàn)證了關(guān)于高速保持架設(shè)計(jì)關(guān)鍵思路的正確性。

4 結(jié)論

針對(duì)目前新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流應(yīng)用工況，對(duì)其使用的高速深溝球軸承保持架的設(shè)計(jì)關(guān)鍵進(jìn)行了研究，從保持架的受力、仿真分析，到臺(tái)架試驗(yàn)，用兩款不同設(shè)計(jì)的保持架進(jìn)行了驗(yàn)證。加強(qiáng)筋和卡爪位置質(zhì)量大、兜孔底部強(qiáng)度小的保持架發(fā)生干涉及斷裂現(xiàn)象；而加強(qiáng)筋和卡爪位置質(zhì)量小，兜孔底部強(qiáng)度大的保持架在仿真分析及臺(tái)架測(cè)試中都表現(xiàn)優(yōu)異。得到以下結(jié)論：

（1）高速狀態(tài)下，離心力是影響保持架應(yīng)力的重要因素。

（2）對(duì)于輕質(zhì)量的塑料保持架，在徑向力和軸向力綜合作用下，高轉(zhuǎn)速是影響保持架應(yīng)力的關(guān)鍵因素，急加減速對(duì)保持架應(yīng)力的影響相對(duì)較小。

（3）高速深溝球保持架的設(shè)計(jì)關(guān)鍵：加強(qiáng)筋和卡爪減重以及兜孔底部增強(qiáng)。

此高速保持架設(shè)計(jì)方向，在保持架本身很輕的前提下，并不局限于新能源汽車(chē)的應(yīng)用，在其他高速應(yīng)用場(chǎng)合同樣適用，具有廣泛的指導(dǎo)意義。

編輯：黃飛