陈甦欣，李世乐，李旭

(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009)

汽车变速箱是汽车的重要组成部分，它的装配直接关系到整车的性能，因此，作为检测汽车变速箱装配性能及整体功能的变速箱试验台就显得尤为重要。在传动系试验台中，变速箱试验台驱动端主轴转速最高，其范围一般为0～6 000 r/min，且变速箱输入端与驱动主轴之间要求自动连接。而常用主轴系统的工作范围一般为0～3 000 r/min，即使在高精度加工、高精度装配的条件下，也达不到实验要求。基于实际情况与要求，设计出一种新型主轴结构［1］。其主要结构如图1所示。

在高速长时间工作条件下，试验台主轴部分的温升及热变形会严重影响试验台的寿命及实验的精度。为了得到可靠的数据，以优化主轴结构及试验台性能，应用ANSYS有限元分析软件仿真分析了主轴系统的温度场分布及产生的热变形。为使仿真得到的数据更加详实可靠，应用ANSYS热－应力耦合场，采用物理环境法进行分析。

图1 变速箱试验台主轴系统结构图

1 主轴系统温度场参数计算

1.1 主轴系统发热量计算

主轴系统的主要热源是轴承在高速运动时产生的热量。轴承高速运转时产热的原因很多，也很复杂，主要有滚子与滚道的摩擦、高速下受陀螺力矩产生的滑动摩擦，以及润滑油的黏性摩擦等。根据Palmgren经验公式［2－3］，轴承摩擦发热量为:

式中:Qf为轴承生热量，r/min;

n为轴承内圈的旋转速度，r/min;

M为轴承总摩擦力矩，N·mm;

轴承的总摩擦力矩由与轴承类型、转速和润滑油性质有关的摩擦力矩分量M0与和轴承所受负荷有关的摩擦力矩分量M1两部分构成。……