[发明专利]一种等寿命轮毂轴承的设计方法

摘要

本发明公开了一种等寿命轮毂轴承的设计方法。现有设计中双列角接触的对称结构存在较大设计冗余。本发明先通过建立普通轿车刚性模型，再推导得轮毂轴承内外侧受力情况；针对受力不同，分别对两列角接触球轴承进行设计，经实例计算和仿真研究，最后得出新设计轮毂轴承可优化应对轮毂轴承受力不同的情况。本发明能根据车辆行驶中侧向力的大小，设计出等寿命的双列角接触球轴承，减小轮毂轴承质量，实现精准设计。

主权项

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Fa和轴承标准列径向载荷Fr；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di、外滚道直径d0、球直径D、内滚道曲率半径ri、外滚道曲率半径ro和球数Z，计算下列参数：轴承节圆直径dm＝0.5×(di+do)轴承径向游隙Pd＝do‑di‑2×D内沟道沟曲率系数fi＝ri/D外沟道沟曲率系数fo＝ro/D轴承总曲率B＝fi+fo‑1②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：αj+1=αj+FaZD2K-sinαj(cosα0cosαj-1)1.5cosαj(cosα0cosαj-1)1.5+1.5tan2αj(cosα0cosαj-1)0.5cosα0,j=1,2,3,...]]>将迭代至αj+1‑αj趋近于零时的αj+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Ja(ε)和载荷分布系数ε；表2若的值可从表2查到，则Ja(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：Ja(ϵ)=Ja2(ϵ)-Ja1(ϵ)[FrtanαFa]2-[FrtanαFa]1·([FrtanαFa]-[FrtanαFa]1)+Ja1(ϵ)]]>ϵ=ϵ2-ϵ1[FrtanαFa]2-[FrtanαFa]1·([FrtanαFa]-[FrtanαFa]1)+ϵ1]]>式中，ε1、ε2、Ja1(ε)、Ja2(ε)、和均为表2中查得的值，根据求得的Ja(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t＝1,2,3,…,Z；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Qe；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Qe作用下，滚动体与滚道点接触的疲劳寿命由下式确定：L=(QcQe)3]]>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)/dm；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：Li=(QciQei)3]]>对于外滚道疲劳寿命按下式计算：Lo=(QcoQeo)3]]>对于标准列承疲劳寿命按下式计算：L=bm3(Li(-e)+Lo(-e))-1e]]>式中，对于角接触球轴承，取参数e＝10/9，则上式变为L=bm3(Li(-109)+Lo(-109))-0.9]]>对于各种球轴承，ISO给出了基本额定动载荷计算公式中的bm系数，对于角接触球轴承bm＝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do'、内滚道直径di'、球直径D'、球数Z'、内滚道曲率半径ri'、外滚道曲率半径ro'，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do'、di'临近域做参数优化，建立do'、di'和最终寿命L'三维直角坐标系，绘制以do'、di'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do'、di'、D'、Z'、ri'、ro'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do'、di'临近域做参数优化。