CN110502816A - 汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法、寿命分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法、寿命分析方法及装置，该载荷谱编制方法通过模拟路面不平度得到车辆的位移‑时间历程曲线，再将该曲线与车辆模型导入动力学软件得到车轮所受载荷，把该载荷作为轮毂轴承所受的载荷，最后根据雨流计数法，对载荷进行处理，得到轮毂轴承的疲劳载荷谱。该方法不需要进行大量的实验与计算，也不需要损耗实验设备，大大降低了研发成本，省时又省力。

Description

汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法、寿命分析方法及装置

技术领域

本发明属于轮毂轴承的设计领域，尤其涉及一种汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法、寿命分析方法及装置。

背景技术

汽车轮毂轴承作为汽车关键的零部件之一，保证了汽车运行平稳舒适性和安全性，一旦失效会导致车辆不能正常行驶。我国的汽车轮毂轴承在实际使用中存在较严重的失效现象。引起轮毂轴承失效的原因既有来自轴承材料、结构等内在因素，也有源自润滑剂、轴承安装、维修和使用环境等外在因素。典型的轮毂轴承失效形式主要有滚道表面疲劳失效、密封性能失效、法兰盘弯曲疲劳断裂等。

因此，对轴承寿命进行分析就至关重要，既可以在一定程度上减少或避免轮毂轴承的磨损或损坏，降低车辆在行驶的路途中发生失效的概率，增大安全系数，又能进一步完善轮毂轴承的开发技术，促进汽车轴承的发展。

目前，对轮毂轴承寿命进行分析过程中，随机载荷获取需要进行大量的试验，试验条件要求较高，对设备损耗很大，且获得初始载荷(如弯矩、扭矩等)后，还需对其进一步处理，才能得到有用的载荷谱样本，费时又费力。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法、寿命分析方法及装置，可方便快捷地编制轮毂轴承的疲劳载荷谱，降低研发成本，节省人力物力。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，包括：

根据功率谱密度拟合公式，通过谐波叠加法，对路面不平度进行拟合，得到车辆的位移-时间历程曲线；

把所述位移-时间历程曲线及车辆模型导入动力学软件，得到车轮所受载荷；

在忽略轮毂轴承自身的轴向及径向位移的前提下，将所述车轮所受载荷作为所述轮毂轴承所受的载荷；

基于雨流计数法，对所述载荷进行处理，得到轮毂轴承的疲劳载荷谱。

根据本发明一实施例，编制MATLAB程序，求得所述车辆的位移-时间历程曲线。

根据本发明一实施例，所述动力学软件为ADAMS_CAR，导入所述车辆模型后，设置车辆参数，设置激励，得到所述车轮与路面的接触力。

根据本发明一实施例，根据雨流计数法原理，编制MATLAB程序，得到所述轮毂轴承的疲劳载荷谱。

一种轮毂轴承的疲劳寿命分析方法，包括：

上述的汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法；

采用nCode软件模拟得到所述轮毂轴承所采用的材料的S-N曲线；

对所述轮毂轴承进行有限元仿真；

基于局部应力应变理论和累积损伤理论，将所述疲劳载荷谱、S-N曲线、有限元仿真结果依次输入nCode软件，对所述轮毂轴承的疲劳寿命进行分析。

一种轮毂轴承的疲劳寿命分析装置，包括：

模拟激励模块，被配置为根据功率谱密度拟合公式，通过谐波叠加法，对路面不平度进行拟合，得到车辆的位移-时间历程曲线；

随机载荷模块，被配置为把所述位移-时间历程曲线及车辆模型导入动力学软件，得到车轮所受载荷，并把所述载荷作为所述轮毂轴承所受的载荷；

载荷处理模块，被配置为基于雨流计数法，对所述载荷进行处理，得到所述轮毂轴承的疲劳载荷谱；

寿命分析模块，被配置为将所述轮毂轴承的疲劳载荷谱、材料S-N曲线、有限元仿真结果依次输入nCode软件，对所述轮毂轴承的疲劳寿命进行分析。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明一实施例中的汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，通过模拟路面不平度得到车辆的位移-时间历程曲线，再将该曲线与车辆模型导入动力学软件得到车轮所受载荷，把该载荷作为轮毂轴承所受的载荷，最后根据雨流计数法，对载荷进行处理，得到轮毂轴承的疲劳载荷谱。该方法不需要进行大量的实验与计算，也不需要损耗实验设备，大大降低了研发成本，省时又省力。

附图说明

图1为本发明一实施例中的汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法的框图；

图2为本发明一实施例中的计算车辆位移-时间历程曲线的程序代码；

图3为本发明一实施例中的根据雨流计数法计算疲劳载荷谱的程序代码；

图4为本发明一实施例中的轮毂轴承的疲劳寿命分析方法的框图；

图5为本发明一实施例中的轮毂轴承的疲劳寿命分析装置的框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法、寿命分析方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

如图1所示，本发明提供的一种汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，包括：根据功率谱密度拟合公式，通过谐波叠加法，对路面不平度进行拟合，得到车辆的位移-时间历程曲线；把该位移-时间历程曲线及车辆模型导入动力学软件，得到车轮所受载荷；在忽略轮毂轴承自身的轴向及径向位移的前提下，把车轮所受载荷作为轮毂轴承所受的载荷；基于雨流计数法，对轮毂轴承所受载荷进行处理，得到轮毂轴承的疲劳载荷谱。

具体的，根据GB/T 7031-2005中的功率谱密度拟合公式：

其中，n₀为参考空间频率，ω为拟合功率谱密度的指数。

谐波叠加法是通过均方根误差和相对误差系数两项指标来评价不同插值技术与传统谐波叠加法(未引入插值技术)相比较的插值模拟计算精度，并且记录各自所耗费的时间，综合比较模拟效率和精度以找出最为适合的一种插值技术。

用MATLAB编程工具对上述功率谱密度拟合公式及谐波叠加法进行编程拟合路面不平度，根据GB/T 7031-2005，设置道路级等路况参数，从而求得车辆的位移-时间历程曲线。其核心的MATLAB程序如图2所示。

得到车辆的位移-时间历程曲线后，将其与车辆的整车三维模型一起导入动力学软件ADAMS_CAR中，设置车辆参数，导入激励，对车轮与路面的接触力进行分析，得到车轮所受载荷。根据《滚动轴承分析：第1卷》记载，轮毂轴承作为结构元件，能部分决定车辆系统的振动响应。但在振动过程中，其自身的轴向和径向位移极其微小，在忽略轮毂轴承自身的轴向和径向位移的前提下，车轮的振动情况可近似等同于轴承的振动情况，因此，车轮所受载荷可等同于轮毂轴承所受载荷。

得到轮毂轴承所受载荷后，在不考虑载荷顺序的前提下，用雨流计数法对轮毂轴承所受载荷的原始数据进行数据压缩、循环计数等操作，得到有效的数据样本，即为轮毂轴承的疲劳载荷谱。上述对轮毂轴承所受载荷的数据处理可编写MATLAB程序来实现，其核心的MATLAB如图3所示。

本发明采用上述轮毂轴承的载荷谱编制方法，可方便快捷地得到车辆的轮毂轴承的疲劳载荷谱，不需要进行大量的实验与计算，也不需要损耗实验设备，大大降低了研发成本，省时又省力。

实施例二

如图4所示，本发明还提供了一种轮毂轴承的疲劳寿命分析方法，包括：上述实施例一描述的轮毂轴承的载荷谱编制方法；然后，在已知轮毂轴承所用的材料的基本参数的情况下，采用nCode软件模拟得到轮毂轴承所采用的材料的S-N曲线；采用有限元仿真软件(ANSYS)对轮毂轴承进行有限元仿真；最后，基于局部应力应变理论和累积损伤理论，将所述疲劳载荷谱、S-N曲线、有限元仿真结果依次输入nCode软件，对轮毂轴承的疲劳寿命进行分析。

采用上述方法对轮毂轴承的疲劳寿命进行分析，可大大节省试验成本，理论严谨，步骤简单，适于各类汽车轮毂轴承的疲劳寿命分析。

实施例三

如图5所示，本发明还提供了实现上述轮毂轴承的疲劳寿命分析方法的装置，包括：

模拟激励模块，被配置为根据功率谱密度拟合公式，通过谐波叠加法，对路面不平度进行拟合，得到车辆的位移-时间历程曲线；

随机载荷模块，被配置为把位移-时间历程曲线及车辆模型导入动力学软件，得到车轮所受载荷，并把载荷作为轮毂轴承所受的载荷；

载荷处理模块，被配置为基于雨流计数法，对载荷进行处理，得到轮毂轴承的疲劳载荷谱；

寿命分析模块，被配置为将轮毂轴承的疲劳载荷谱、材料S-N曲线、有限元仿真结果依次输入nCode软件，对轮毂轴承的疲劳寿命进行分析。

采用上述装置，可方便快捷地得到轮毂轴承的疲劳载荷谱，进而分析轮毂轴承的疲劳寿命，不需要进行大量的实验与计算，也不需要损耗实验设备，大大降低了研发成本，省时又省力。

综上所述，本发明汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，通过模拟路面不平度得到车辆的位移-时间历程曲线，再将该曲线与车辆模型导入动力学软件得到车轮所受载荷，把该载荷作为轮毂轴承所受的载荷，最后根据雨流计数法，对载荷进行处理，得到轮毂轴承的疲劳载荷谱。该方法不需要进行大量的实验与计算，也不需要损耗实验设备，大大降低了研发成本，省时又省力。另外，基于上述疲劳载荷谱编制方法的轮毂轴承疲劳寿命分析方法及装置，可大大节省试验成本，理论严谨，步骤简单，适于各类车辆轮毂轴承的疲劳寿命分析。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，其特征在于，包括：

根据功率谱密度拟合公式，通过谐波叠加法，对路面不平度进行拟合，得到车辆的位移-时间历程曲线；

把所述位移-时间历程曲线及车辆模型导入动力学软件，得到车轮所受载荷；

在忽略轮毂轴承自身的轴向及径向位移的前提下，将所述车轮所受载荷作为所述轮毂轴承所受的载荷；

基于雨流计数法，对所述载荷进行处理，得到轮毂轴承的疲劳载荷谱。

2.如权利要求1所述的汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，其特征在于，编制MATLAB程序，求得所述车辆的位移-时间历程曲线。

3.如权利要求1所述的汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，其特征在于，所述动力学软件为ADAMS_CAR，导入所述车辆模型后，设置车辆参数，设置激励，得到所述车轮与路面的接触力。

4.如权利要求1所述的汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法，其特征在于，根据雨流计数法原理，编制MATLAB程序，得到所述轮毂轴承的疲劳载荷谱。

5.一种轮毂轴承的疲劳寿命分析方法，其特征在于，包括：

如权利要求1至4中任意一项所述的汽车轮毂轴承的载荷谱编制方法；

采用nCode软件模拟得到所述轮毂轴承所采用的材料的S-N曲线；

对所述轮毂轴承进行有限元仿真；

基于局部应力应变理论和累积损伤理论，将所述疲劳载荷谱、S-N曲线、有限元仿真结果依次输入nCode软件，对所述轮毂轴承的疲劳寿命进行分析。

6.一种轮毂轴承的疲劳寿命分析装置，其特征在于，包括：

模拟激励模块，被配置为根据功率谱密度拟合公式，通过谐波叠加法，对路面不平度进行拟合，得到车辆的位移-时间历程曲线；

随机载荷模块，被配置为把所述位移-时间历程曲线及车辆模型导入动力学软件，得到车轮所受载荷，并把所述载荷作为所述轮毂轴承所受的载荷；

载荷处理模块，被配置为基于雨流计数法，对所述载荷进行处理，得到所述轮毂轴承的疲劳载荷谱；

寿命分析模块，被配置为将所述轮毂轴承的疲劳载荷谱、材料S-N曲线、有限元仿真结果依次输入nCode软件，对所述轮毂轴承的疲劳寿命进行分析。