基于MATLAB的轿车轮毂轴承单元疲劳寿命计算分析软件的开发

熊伟，陈国华，梅松

(1.湖北文理学院 机械与汽车工程学院，湖北 襄阳 441053；2.湖北新火炬科技股份有限公司，湖北 襄阳 441004)

轴承疲劳寿命计算的国际标准中没有考虑滚动体载荷的精确分布，只能得到近似的寿命估算方法[1]。在能得到准确的滚动体载荷分布情况下，应优先按照Lundberg G和Palmgren A的理论(即L-P寿命模型)来计算轴承的疲劳寿命。Harris[2]给出了在不同载荷状态下轴承内部载荷的分析方法。通过数值计算，能精确求出轮毂轴承内部的载荷分布，进而获得轴承各参数(如接触角、初始游隙、路况等)对寿命的影响规律[3-4]。

轿车轮毂轴承常采用双列角接触球轴承，文献[5-7]给出了这种形式下载荷求解的具体方程，并进行了求解、分析。

1 轿车轮毂轴承寿命理论模型

寿命分析的基本思路是先分析轮毂轴承单元的受力，包括轴承的径向、轴向载荷，在得到滚动体载荷的精确分布后，再基于L-P模型分析疲劳寿命。限于篇幅，只简要分析轮毂轴承寿命计算的基本模型，并列出了软件开发中将用到的主要计算公式，详细推导过程见文献[1-5]。

1.1 轴承载荷的计算

忽略钢球离心力、摩擦力和陀螺力矩等的影响，将轿车轮毂轴承结构简化为2个支点的线性刚体系统，通过建立径向力、轴向力的平衡方程及位移平衡方程可分别求解出作用于两列轴承的径向、轴向载荷及其位移，进而求出每个钢球的载荷。

1.1.1 径向载荷的计算

轿车轮毂轴承内、外列的径向载荷Fr1，Fr2可通过静力平衡由(1)和(2)式求出[7]

(1)

(2)

(3)

(4)

S=Sbc+Dpwtanα0，

(5)

式中：W为车轴质量；……