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轮毂轴承多工况疲劳寿命建模与数值仿真
| 论文题名： | 轮毂轴承多工况疲劳寿命建模与数值仿真 |
| 关键词： | 汽车;轮毂轴承;多工况疲劳寿命;建模仿真;接触力学模型;非线性有限元 |
| 摘要： | 轮毂轴承是汽车关键零部件之一，其疲劳强度对车辆行驶的可靠性和安全性具有重要意义。目前，国内轮毂轴承疲劳寿命台架试验费用高、时间长，并以恒力加载为主，工况形式不一，得到的寿命离散度很大，是影响国内轮毂轴承台架试验准确度与效率的主要问题之一。本文针对这些问题，以型号DAC407404040轮毂轴承为研究对象，采用计算机仿真技术，对轮毂轴承进行了多工况疲劳寿命预测，并分析了不同工况对轮毂轴承疲劳寿命的影响，为研究不同台架试验中轮毂轴承的失效提供了一定的理论依据，并在一定程度上提高了效率、降低了成本。本文研究工作包括： 1.建立了轮毂轴承接触力学模型，对轮毂轴承进行了多工况（径向加载、轴向加载和径轴向同时加载）受力数值模拟。针对轮毂轴承中的接触问题进行了重点研究，采用非线性有限元法来解决轮毂轴承的接触问题，并考虑了摩擦和滑动因素。确定了较接近实际的边界条件和较合理的接触计算参数，得到了轮毂轴承最大接触应力位置及应力应变分布规律。结果表明，轮毂轴承的最大应力发生在内套圈上，且径向力产生的接触应力面积要大于轴向力产生的接触应力面积；在当量载荷相等的前提下，径向加载的Mises应力水平最高为3392MPa，径轴向同时加载应力水平次之为2431MPa，轴向加载应力水平最低为1960MPa；并且轮毂轴承的应力应变具有明显的局部性，变化梯度大，存在明显的应力集中，易形成轮毂轴承的疲劳源，削弱轮毂轴承的疲劳强度。 2.建立了轮毂轴承多工况承载下的疲劳寿命预测模型，并以轮毂轴承有限元受力分析得到的应力应变响应为条件，采用名义应力法和线性疲劳累积损伤理论，对轮毂轴承进行了多工况寿命预测。仿真结果直观地显示了轮毂轴承疲劳强度薄弱处与破坏程度，表明在当量载荷相等的前提下，疲劳寿命与载荷形式有关，轴向加载疲劳寿命分别为径轴向同时加载的3倍，径向加载的17倍，且应力水平、寿命与载荷三者呈现非线性关系。 3.进行了轮毂轴承疲劳寿命台架试验，以验证仿真的合理性和准确性。在轴向加载的情况下，仿真结果和试验寿命平均误差为18.76％，在允许的误差范围内，并且两者都表明内套圈更易发生破坏，疲劳破坏位置为内套圈滚道与滚动体接触处。 |
| 作者： | 王露 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 王秋成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江工业大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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