[发明专利]一种等寿命轮毂轴承的设计方法

权利要求书

1.一种等寿命轮毂轴承的设计方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

步骤1、建立轿车刚性模型，将轮毂轴承分为标准列和设计列，推导轮毂轴承受力情况，受力较大侧为标准列，受力较小列为设计列，得出轴承标准列轴向载荷F_a和轴承标准列径向载荷F_r；

步骤2、将下述涉及的符号及符号意义列于表1；

表1 符号及符号意义

计算轮毂轴承标准列的最终接触角α，轮毂轴承为角接触球轴承；

①根据内滚道直径d_i、外滚道直径d₀、球直径D、内滚道曲率半径r_i、外滚道曲率半径r_o和球数Z，计算下列参数：

轴承节圆直径d_m＝0.5×(d_i+d_o)

轴承径向游隙P_d＝d_o-d_i-2×D

内沟道沟曲率系数f_i＝r_i/D

外沟道沟曲率系数f_o＝r_o/D

轴承总曲率B＝f_i+f_o-1

②根据接触角初值α₁，通过迭代方程求解轮毂轴承标准列的最终接触角α，迭代方程如下：

将迭代至α_j+1-α_j趋近于零时的α_j+1取值作为最终接触角α；式中，K＝25850×B；对于角接触球轴承，无载荷作用下的接触角

步骤3、求轮毂轴承的标准列载荷分布；

根据的值，对应表2求得轮毂轴承的标准列载荷分布积分J_a(ε)和载荷分布系数ε；

表2

若的值可从表2查到，则J_a(ε)和ε值用查表法求得；

若的值不能从表2查到，则用插值法求得：

式中，ε₁、ε₂、J_a1(ε)、J_a2(ε)、和均为表2中查得的值，根据求得的J_a(ε)和ε，求解承载区域θ＝cos^-1(1-2ε)、滚动体之间的夹角ψ＝360/Z；

所有滚动体与轴承竖直法线之间的角度由-180°～180°依次等角度顺序变化，记为

对于球轴承载荷，在承载区域范围内，每个滚动体都有一个对应的实际载荷

对所有取平均值，则为当量载荷Q_e；

内沟道当量载荷：

外沟道当量载荷：

步骤4、计算轮毂轴承的标准列内外滚道额定动载荷；

在当量载荷Q_e作用下，滚动体与滚道点接触的疲劳寿命由下式确定：

式中，L的单位为10⁶转；

考虑到由非零接触角引起的自旋的影响，内、外沟道额定动载荷计算式如下：

内沟道额定动载荷

外沟道额定动载荷

其中，γ＝(Dcosα)/d_m；

步骤5、计算轮毂轴承的标准列寿命；

对于内滚道疲劳寿命按下式计算：

对于外滚道疲劳寿命按下式计算：

对于标准列承疲劳寿命按下式计算：

式中，对于角接触球轴承，取参数e＝10/9，则上式变为

对于各种球轴承，ISO给出了基本额定动载荷计算公式中的b_m系数，对于角接触球轴承b_m＝1.3；所以标准列最终轴承寿命

步骤6、对轮毂轴承的设计列进行结构设计；

根据轮毂轴承的设计列承载大小，选取现有标准轴承，设定设计列轴承的参数初值：外滚道直径d_o'、内滚道直径d_i'、球直径D'、球数Z'、内滚道曲率半径r_i'、外滚道曲率半径r_o'，重复步骤2～5计算设计列轴承的轴承寿命；在初选球数与内、外滚道曲率半径的条件下，对d_o'、d_i'临近域做参数优化，建立d_o'、d_i'和最终寿命L'三维直角坐标系，绘制以d_o'、d_i'为自变量，设计列最终寿命L'为目标函数的轴承寿命曲面，使其与标准列轴承寿命L平面相交；理论上，标准列轴承寿命L平面与设计列轴承寿命曲面最高点相切达到理论最大值；考虑到实际加工误差和材料非各向同性，当标准列轴承寿命L值与设计列轴承寿命曲面最高点值的差值在5％以内时，将该设计列轴承寿命对应的d_o'、d_i'、D'、Z'、r_i'、r_o'定为设计值；若在初选球数与内、外滚道曲率半径的条件下，得不到设计列最终寿命与标准列轴承寿命的差值在5％以内，则重新设定设计列轴承的参数初值计算设计列轴承的轴承寿命，以及对d_o'、d_i'临近域做参数优化。