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原文传递轿车轮毂轴承性能分析与实验研究

论文题名：	轿车轮毂轴承性能分析与实验研究
关键词：	轿车轮毂轴承;性能分析;预载荷;轮毂轴承单元;力矩;刚性;载荷分布;轴向;疲劳寿命;侧向加速度;优化设计;法兰盘;系统分析;汽车轮毂轴承;滚动轴承;轮胎;轴承性能;遗传算法;性能优化;设计变量
摘要：	轿车轮毂轴承是轿车承重和传导的重要的安全部件。迄今为止，众多国内的轮毂轴承制造企业尚没有掌握自主开发和性能分析技术，我国的中高档轿车轮毂轴承一直依赖进口，国产产品很难进入国内外中高档轿车主机配套市场。因此，轿车轮毂轴承关键性能分析及测试方法研究工作对我国轿车轮毂轴承等关键汽车零部件开发有重要的研究意义和工程应用意义。论文在前人研究成果的基础上，运用接触力学、汽车原理、滚动轴承理论、摩擦学、试验检测等知识，推导出轮毂轴承轮胎载荷计算公式并对其特性进行分析，为试验载荷谱的设计及后续研究奠定基础，在考虑接触角的变化和轴向预载荷的影响的前提下，精确求解轿车轮毂轴承载荷分布，同时系统分析轴承载荷分布的影响因素，系统分析重要设计变量对轿车轮毂轴承性能的影响，运用FEM方法分析轮毂轴承单元法兰盘的力矩刚性，预测轮毂轴承单元的整体力矩刚性，对具有离散设计变量的轿车轮毂轴承单元进行整体性能优化设计，对轿车轮毂轴承轴向预载荷和力矩刚性的测量以及模拟实车行驶条件的轮毂轴承疲劳寿命评价等开展实验研究并研制了测试系统。基于轿车线性化刚体运动的稳态转弯模型可以推导出具有工程实用价值的轮胎载荷计算公式。侧向加速度显著影响轿车轮胎载荷，其对轴向轮胎载荷的影响显著程度高于径向轮胎载荷。为了精确求解轿车轮毂轴承载荷分布，需要考虑接触角的变化和轴向预载荷的影响。侧向加速度是轿车轮毂轴承载荷分布的决定性因素。轴向预载荷是影响轮毂轴承载荷分布的重要因素，同时，它还是影响轿车轮毂轴承性能的显著因素，轮毂偏移量的影响则非常轻微。疲劳寿命和力矩刚性相对轴向游隙的变化规律相反。为了取得优化的疲劳寿命及力矩刚性，必需对轮毂轴承施加合适的轴向预载荷。在适当简化条件下运用FEM方法，分析轮毂轴承单元法兰盘等几何形状较为复杂外围部件的力矩刚性，综合轮毂轴承两列轴承位移不同引起的力矩刚性，可以实现对轮毂轴承单元整体力矩刚性的预测。利用共振频率与轴向预载荷之间的关系，通过测量共振频率可以间接确定轴向预载荷。在研究的载荷范围内，轮毂法兰盘的力矩刚性与力矩载荷之间近似为线性关系，FEM分析结果与实测值相符性较好。轮毂轴承本身的力矩刚性与力矩载荷为弱的非线性关系。对用于驱动轮的第三代轿车轮毂轴承单元而言，转向节法兰盘的相对倾斜角最大，其次是轮毂轴承本身，最小的是轮毂法兰盘。通过改变侧向加速度的使用率的分配但保持侧向加速度最大值不变设计载荷谱可以满足加速试验的目的。在给定的装配空间条件并满足几何和性能约束的前提下，运用遗传算法和模拟退火算法进行优化设计能够提高轿车轮毂轴承设计的效率和质量，优化系统性能指标。系统疲劳寿命和力矩刚性在轴向预载荷求解域内的全局最优点基本相同，以系统疲劳寿命最大值为目标采用遗传算法开展优化设计也可以达到整体性能优化的目的，同时大大提高了优化效率。研究结果完善了汽车轮毂轴承这类滚动轴承的性能分析理论，能有效地指导汽车轮毂轴承及其它滚动轴承的设计、制造、检测和应用，为提高我国轴承工业水平和汽车关键零部件技术水平提供了理论依据。
作者：	黎桂华
专业：	机械设计及理论
导师：	黄平
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文