[0003] 本发明目的是提出一种等寿命轮毂轴承的设计方法,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。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。
[0004] 本发明的具体步骤如下:
[0005] 步骤1、建立普通轿车刚性模型,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。
[0006] 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
[0007]
[0008]
[0009] 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。
[0010] 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:
[0011] 轴承节圆直径dm=0.5×(di+do)
[0012] 轴承径向游隙Pd=do-di-2×D
[0013] 内沟道沟曲率系数fi=ri/D
[0014] 外沟道沟曲率系数fo=ro/D
[0015] 轴承总曲率B=fi+fo-1
[0016] 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:
[0017]
[0018] 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
[0019] 步骤3、求轮毂轴承的标准列载荷分布。
[0020] 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。
[0021] 表2
[0022]
[0023] 若 的值可从表2查到,则Ja(ε)和ε值用查表法求得;
[0024] 若 的值不能从表2查到,则用插值法求得:
[0025]
[0026]
[0027] 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。
[0028] 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
[0029] 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[0030] 对所有 取平均值,则为当量载荷Qe。
[0031] 内沟道当量载荷:
[0032] 外沟道当量载荷:
[0033] 步骤4、计算轮毂轴承的标准列内外滚道额定动载荷。
[0034] 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:
[0035]
[0036] 式中,L的单位为106转;
[0037] 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:
[0038] 内沟道额定动载荷
[0039] 外沟道额定动载荷
[0040] 其中,γ=(Dcosα)/dm。
[0041] 步骤5、计算轮毂轴承的标准列寿命。
[0042] 对于内滚道疲劳寿命可按下式计算:
[0043]
[0044] 对于外滚道疲劳寿命可按下式计算:
[0045]
[0046] 对于标准列承疲劳寿命可按下式计算:
[0047]
[0048] 式中,对于角接触球轴承,取参数e=10/9,则上式变为
[0049]
[0050] 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
[0051] 步骤6、对轮毂轴承的设计列进行结构设计。
[0052] 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。
[0053] 本发明的有益效果:
[0054] 本发明针对轮毂轴承实际工作中所承受的侧向力状况,改变原有对称的轮毂轴承设计,根据不同的内外侧向力,设计了不对称轮毂轴承结构,相较传统的轮毂轴承更能适应轴承内外侧载荷分布,提高了产品的寿命,较大地减少了冗余,实现轻量化设计。