一种三列球轮毂轴承的理论设计方法及装置

本发明涉及轮毂轴承设计，特别涉及一种三列球轮毂轴承的理论设计方法及装置。

背景技术：

1、轮毂轴承是汽车的关键零部件之一，是汽车车轴处用来承重和为轮毂转动提供精确引导的零部件，通常被分为两列球结构和两列锥结构两大类。两列球结构的轮毂轴承主要用于轿车、suv等乘用车。两列锥结构的轮毂轴承用于商用车上，但其自身重量大、摩擦力矩大，带来的耗能大，不利于新能源车续航里程的提升。

2、研究表明，三列球结构的轮毂轴承可兼顾高承载、低摩擦，更适用于皮卡、轻卡等中小型商用车和大型suv。因此，有必要建立三列球轮毂轴承的设计方法以分析其各项性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是围绕三列球结构轮毂轴承的研发，开展理论设计，从而可以分析出三列球轴承的载荷分布、接触应力、理论寿命。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种三列球轮毂轴承的理论设计方法，包括，

3、获取三列球轮毂轴承的设计参数，并获取外部载荷数据；

4、根据所述三列球轮毂轴承的设计参数建立初始预紧分析方程获取初始预紧数据；

5、根据所述三列球轮毂轴承的设计参数和所述外部载荷数据建立内部载荷平衡方程获取内部载荷数据；

6、根据所述三列球轮毂轴承的设计参数、所述外部载荷数据和所述内部荷载数据获取三列球轮毂轴承的使用寿命和接触应力。

7、进一步地，所述三列球轮毂轴承的设计参数包括轴承基本参数、整车参数以及路况参数；

8、所述轴承基本参数包括，内圈的沟道曲率半径系数fi、外圈的沟道曲率半径系数fe、每列钢球的直径dwt、每列钢球的初始接触角αt、两列的球心距离dcx、每列钢球的中心节圆直径dmt、每列钢球数量zt、轴承偏距de、初始预紧量δ0；其中，t为1，2，3，分别表示内列、中列和外列；x为1和2，分别表示内列和中列以及内列和外列；

9、整车参数包括，车轴质量w、整车质心高度h、轮距t、轮胎半径rs；

10、路况参数包括，载荷系数k、侧向加速度ag、路况i和每种路况下行驶概率mi。

11、进一步地，所述三列球轮毂轴承的设计参数还包括每列的初始内外沟曲率中心距at、每列钢球的总体接触刚度knt和γ值。

12、进一步地，所述获取三列球轮毂轴承的设计参数，并获取外部载荷数据包括，

13、获取作用于驾驶员右侧轮毂轴承径向载荷fr，其计算式为，

14、

15、获取作用于驾驶员右侧轴承轴向载荷fa，其计算式为，

16、

17、其中，fr和fa计算式中的g为重力加速度；

18、获取作用于轴承的力矩mm，其计算式为，

19、mm＝fa*rs+fr*de。

20、进一步地，根据所述三列球轮毂轴承的设计参数建立初始预紧分析方程获取初始预紧数据包括，

21、根据初始预紧量和初始接触角建立方程求解预紧后每列钢球的轴向力、轴向位移和接触角：

22、预紧后钢球的轴向位移满足，

23、δa1＝δa2；

24、δa2+δa3＝δ0；

25、式中，δa1、δa2和δa3分别为内列、中列和外列的轴向位移；δ0为初始预紧量；

26、预紧后的轴向力满足，

27、fa1+fa2＝fa3；

28、式中，fa1、fa2和fa3分别为内列、中列和外列的预紧后轴向力；

29、预紧后每列的轴向力、每列的轴向位移和每列初始接触角满足，

30、

31、

32、

33、

34、

35、

36、式中，α1、α2和α3分别是内列、中列和外列的初始接触角；α1'、α'2和α3'分别是内列、中列和外列荷载后接触角；a1、a2和a3分别是内列、中列和外列的初始内外沟曲率中心距；kn1、kn2和kn3分别是内列、中列和外列的总体接触刚度；z1、z2和z3分别是内列、中列和外列钢球的钢球数量。

37、进一步地，根据所述三列球轮毂轴承的设计参数和所述外部载荷数据建立内部载荷平衡方程获取内部载荷数据包括，

38、建立整体平衡方程，

39、

40、其中，t为1，2，3，分别表示内列、中列和外列；zt为每列钢球数量；ti为每列的第i个钢球；qφti为每个钢球所受载荷；αφti为荷载后每个钢球的接触角；φti为每个钢球位置角；dmt为每列钢球的中心节圆直径；dcx为内列和中列或内列和外列的球心距离。

41、进一步地，获取三列球轮毂轴承的使用寿命包括，

42、获取每列轴承的内圈的当量动载荷qeut和外圈的当量动载荷qevt，

43、

44、获取每列轴承的内圈的额定动载荷qcut和外圈的额定动载荷qcvt，

45、

46、

47、其中，bm为额定动载荷计算系数；αt为每列初始接触角；

48、每列内圈疲劳寿命为，

49、

50、每列外圈疲劳寿命为，

51、

52、每列轴承的寿命为，

53、

54、将单列轴承寿命合并为三列球轮毂轴承单元寿命l使用，

55、

56、进一步地，还包括考虑路况概率影响获取复杂路况下三列球轮毂轴承的使用寿命l综合，

57、

58、其中，i为路况；li为每种路况下的使用寿命；mi为每种路况下的行驶概率。

59、进一步地，获取三列球轮毂轴承的接触应力σ的计算式为，

60、

61、其中，a为接触椭圆长轴；b为接触椭圆短轴。

62、本发明也提供了一种三列球轮毂轴承的理论设计装置，包括，

63、参数获取模块，用于获取三列球轮毂轴承的设计参数，并获取外部载荷数据；

64、初始预紧分析模块，用于根据所述三列球轮毂轴承的设计参数建立初始预紧分析方程获取初始预紧数据；

65、内部载荷分析模块，用于根据所述三列球轮毂轴承的设计参数和所述外部载荷数据建立内部载荷平衡方程获取内部载荷数据；

66、综合设计模块，用于根据所述三列球轮毂轴承的设计参数、所述外部载荷数据和所述内部荷载数据获取三列球轮毂轴承的初始预紧数据、使用寿命和接触应力。

67、相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：

68、本发明通过三列球轮毂轴承的设计参数获取外部载荷数和内部荷载数据，从而能够精确得出三列球轮毂轴承的使用寿命和接触应力，对此三列球轮毂轴承单元的理论设计和最佳工作性能的发挥具有重要意义。

技术特征：

1.一种三列球轮毂轴承的理论设计方法，其特征在于，包括，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三列球轮毂轴承的设计参数包括轴承基本参数、整车参数以及路况参数；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三列球轮毂轴承的设计参数还包括每列的初始内外沟曲率中心距at、每列钢球的总体接触刚度knt和γ值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取三列球轮毂轴承的设计参数，并获取外部载荷数据包括，

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述三列球轮毂轴承的设计参数建立初始预紧分析方程获取初始预紧数据包括，

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述三列球轮毂轴承的设计参数和所述外部载荷数据建立内部载荷平衡方程获取内部载荷数据包括，

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，获取三列球轮毂轴承的使用寿命包括，

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括考虑路况概率影响获取复杂路况下三列球轮毂轴承的使用寿命l综合，

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，获取三列球轮毂轴承的接触应力σ的计算式为，

10.一种三列球轮毂轴承的理论设计装置，其特征在于，包括，

技术总结本发明公开了一种三列球轮毂轴承的理论设计方法及装置，所述方法包括获取三列球轮毂轴承的设计参数，并获取外部载荷数据；根据所述三列球轮毂轴承的设计参数建立初始预紧分析方程获取初始预紧数据；根据所述三列球轮毂轴承的设计参数和所述外部载荷数据建立内部载荷平衡方程获取内部载荷数据；根据所述三列球轮毂轴承的设计参数、所述外部载荷数据和所述内部荷载数据获取三列球轮毂轴承的使用寿命和接触应力。本发明通过三列球轮毂轴承的设计参数获取外部载荷数据和内部荷载数据，从而能够精确得出三列球轮毂轴承的使用寿命和接触应力，对此三列球轮毂轴承单元的理论设计和最佳工作性能的发挥具有重要意义。技术研发人员：熊伟,邓中迪,李俊,梅松,葛志华,李曼迪受保护的技术使用者：湖北文理学院技术研发日：技术公布日：2024/7/29