CN111914370A - 一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，基于电驱动系统全寿命周期载荷数据，关联高速轴承失效主导载荷，以多维度载荷联合计数方法统计各载荷等级作用频次，构建轴承力学平衡方程，通过不同载荷等级损伤贡献分布及累计损伤贡献分布确定可靠性试验载荷等级，根据总体频次一致和损伤一致的原则确定可靠性试验载荷等级的时间，结合极端载荷工况，最终构建高速轴承可靠性试验载荷谱，构建的可靠性试验载荷谱与实际失效模式相关联，能有效验证高速轴承可靠性水平，缩短可靠性试验时间，为高速轴承高质量开发提供支持。

Description

一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法

技术领域

本发明属于电驱动系统的可靠性分析技术领域，具体涉及一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱编制方法。

背景技术

电动化作为汽车可持续发展的有效途径，得到了各国战略规划和产业政策的大力支持。

电驱动系统作为汽车电动化的核心部件，由于新能源汽车驱动电机调速范围变宽、启动扭矩大、功率密度和效率高的特点，使其对电驱动系统高速轴承的稳定性、可靠性、耐久性提出了更高的要求。

目前，针对电驱动系统高速轴承的可靠性测试方法和评价技术规范相对较少。

对于单一零部件可靠性考核，多采用简单工况持续加载的高加速寿命及高加速应力筛选评价方法，但难以有效覆盖用户实际使用过程中高速轴承承受的多工况变幅载荷历程。

因此，急需一种基于电驱动系统全寿命周期载荷时间历程，构建与高速轴承实际失效模式关联的可靠性试验载荷谱的方法，来有效验证高速轴承可靠性水平并为其正向高性能开发提供技术支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，关联高速轴承实际失效模式，涵盖轴承全寿命周期损伤目标，构建出高速轴承多工况变幅加载可靠性试验载荷谱，本发明能有效验证高速轴承可靠性水平，为电驱动系统高速轴承高质量开发提供技术支持。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，包括如下步骤：

步骤1，根据电驱动系统全寿命周期载荷谱，关联高速轴承失效主导载荷，对转速、扭矩多维度载荷联合分布特征分析；

步骤2，构建联合载荷下高速轴承平衡方程；

步骤3，计算高速轴承寿命和轴承损伤并进行损伤分析；

步骤4，确定可靠性试验载荷等级、以及各典型载荷等级时间比例关系；

步骤5，确定轴承全寿命周期损伤目标；

步骤6，编制高速轴承可靠性试验载荷谱。

优选地，采用多维度载荷联合计数方法统计出电驱动系统全寿命周期载荷谱中不同转速与不同扭矩等级下的作用频次，得出不同载荷等级下高速轴承转过的圈数；

优选地，采用Newton-Raphson迭代法计算所述不同高速轴承接触载荷，包括以下子步骤：

步骤2-1，构建径向负荷下的所述高速轴承平衡方程；

步骤2-2，构建所述径向负荷与轴向负荷下的所述高速轴承平衡方程；

优选地，构建径向负荷下的高速轴承平衡方程具体方法为：

高速轴承离心力下，Q_i为钢球与轴承内圈的接触载荷，Q_e为钢球与轴承外圈的接触载荷，则轴承滚珠的离心力F_c为：

Q_ej-Q_ij＝F_c (1)，

其中，j为轴承滚珠的编号；

式(2)中，m为钢球的质量；D_m为高速轴承平均直径；ω_m为轴承滚珠公转角速度；

受径向载荷的轴承在任意角位置ψ_j处的径向位移

为：

式(3)中，δ_r为高速轴承内外滚到之间的相对径向位移；P_d为高速轴承的径向游隙；δ_max为径向载荷作用线的滚动体与内外圈接触处的总弹性变形量；ε为高速轴承的载荷分布参数，其中ε计算方法如下：

高速轴承内圈的接触载荷Q_ij为：

其中，Q_max为高速轴承滚珠与滚道之间最大接触载荷；K_n为高速轴承滚子和滚道之间的接触刚度系数；

高速轴承径向接触载荷Q_rj为：

Q_rj＝Q_iψcosψ_j (7)，

式(7)中，Q_iψ是不同位置角ψ_j处的接触载荷；

根据轴承的力学平衡方程得出高速轴承径向接触载荷，高速轴承力学平衡方程为：

所述式(8)中，K_n为高速轴承滚子和滚道之间的接触刚度系数；

优选地，高速轴承同时承受径向负荷、轴向负荷时，高速轴承内外圈会产生相对位移，包括轴向位移δ_a、径向位移δ_r，高速轴承外圈是固定的，高速轴承受负荷后，高速轴承内圈相对于高速轴承外圈产生相对位移；

D_b为高速轴承滚珠的直径；D_m为高速轴承的轴承平均直径；α₀是高速轴承滚珠与滚道之间的初始接触角；

高速轴承受负荷后内圈滚道沟曲率中心所在的圆周半径Ri为

R_i＝0.5D_m+(r_i-0.5D_b)cosα_o (9)，

高速轴承外圈滚道沟曲率中心所在的圆周半径R0为

R_o＝0.5D_m-(r_e-0.5D_b)cosα_o (10)，

在任意角位置ψ处，高速轴承内外套圈滚道沟曲率中心间的距离r为：

r＝[(GD_bsinα_o+δ_a)²+(GD_bcosα_o+δ_rcosψ)²]^1/2 (11)，

式(11)中，r为高速轴承内外套圈滚道沟曲率半径；G＝f_e+f_i-1，f_n为高速轴承盖滚道沟曲率半径系数，f_n＝r_n/D_b；其中n＝i、e，分别代表高速轴承的内圈、外圈；δ_a和δ_r分别代表高速轴承内外圈会产生相对轴向位移和相对径向位移；

引入无量纲量：

并令：

式(14)、(15)中N和L均为无量纲量，将式(14)、(15)代入式(11)中得：

r＝GD_b(N²+L²)^1/2 (16)，

角位置ψ处所述轴承滚珠与高速轴承内外套圈接触得到总的变形量δ_ψ为：

δ_ψ＝GD_b[(N²+L²)^1/2-1] (17)，

根据式(1)，高速轴承内圈的接触负荷Q_ψ为

式(18)中，K_p为高速轴承点接触的弹性变形常数。

任意角位置处轴承滚珠与高速轴承套圈的接触角α_ψ为

根据平衡条件，作用于高速轴承的所述径向负荷、轴向负荷分别F_r、F_a，则有：

式(20)和(21)为未知数

的非线性方程组，在MATLAB中使用Newton-Raphson迭代法编程，设定一个较小的初始值

并输入所述高速轴承的参数，得到高速轴承内外圈的实际变形量δ_a、δ_r，结合式(14)至式(18)得到高速轴承的接触载荷；

优选地，步骤3中，计算高速轴承寿命方法为：

基于Lundberg-Palmgren轴承寿命理论改进的标准计算不同载荷等级下高速轴承的寿命；

高速轴承损伤计算方法为：采用Palmgren-Miner线性累计损伤法则，高速轴承在当量动载荷为P₁的运转条件下，滚道的寿命L₁，若在此工况下运转了N₁转，则P₁的运转条件下高速轴承的当量损伤为：D₁＝N₁/L₁；

若高速轴承经历一段随机道路载荷，依次在P₁,P₂,…,P_n当量负荷作用下运转了N₁,N₂,…,N_n转，则该随机道路载荷对高速轴承造成的损伤为：

式(22)中，n为高速轴承的一组运转条件，对应的每一种运转条件i，高速轴承所对应的疲劳寿命为L_i转，在此工作条件下高速轴承运转了N_i转，N_i＜L_i。

优选地，步骤4中，根据以下特征确定所述可靠性试验载荷等级：

特征4.1，涵盖不同高速轴承损伤贡献分布特征；

特征4.2，可靠性试验载荷等级的选取需包含电驱动系统全寿命周期载荷谱典型工况，同时应具有较高的损伤贡献量；

特征4.3，可靠性试验载荷谱中包含极端载荷工况；

优选地，极端载荷工况包括电驱动系统高速轴承电机极限转速和最高扭矩。

优选地，步骤4中，确定各种典型载荷等级时间比例关系的步骤为：

步骤4.1，基于总体作用频次一致原则将目标载荷工况附近的载荷频次向所述给定目标载荷进行转移，以此得出所有典型载荷等级下的时间比例；

步骤4.2，从损伤角度对各载荷工况的时间进行动态调整，以满足电驱动系统全寿命周期载荷谱中高速轴承的总损伤目标。

优选地，步骤6中，可靠性试验载荷谱编制内容包括：

内容6.1，高速轴承可靠性试验载荷谱中应涵盖高速轴承实际运行过程中所承受的多工况变幅加载历程；

内容6.2，在可靠性试验载荷谱编制过程应根据电机极限转速和最高扭矩考虑极端载荷工况；

内容6.3，各等级载荷工况间之间转移过程中加速或减速阶段的时间的确定，基于原始载荷历程中提取载荷上升阶段及下降阶段的斜率，并基于斜率分布模型确定可靠性试验载荷等级上升或下降的时间。

本发明的技术效果：本发明构建的可靠性试验载荷谱与高速轴承实际失效模式相关联，能有效验证高速轴承可靠性水平，为电驱动系统高速轴承高质量开发提供支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是高速轴承可靠性试验载荷谱编制方法流程图；

图2是电驱动系统全寿命周期30万公里部分载荷数据示意图；

图3是扭矩转速联合分布计数分布直方图；

图4是轴承径向位移示意图；

图5是轴承联合负荷下内圈位移示意图；

图6是6208轴承各级载荷损伤贡献分布图；

图7是6208轴承不同扭矩等级下累积损伤贡献分布图；

图8是6208轴承不同转速等级下累积损伤贡献分布图；

图9是6308轴承各级载荷损伤贡献分布图；

图10是6308轴承不同扭矩等级下累积损伤贡献分布图；

图11是6308轴承不同转速等级下累积损伤贡献分布图；

图12是6208轴承在-107Nm扭矩下损伤贡献阶梯图；

图13是6208轴承在-86Nm扭矩下损伤贡献阶梯图；

图14是6308轴承在3515rpm转速下损伤贡献阶梯图；

图15是6308轴承在7627rpm转速下损伤贡献阶梯图；

图16是高速轴承可靠性试验循环工况示意图；

图17是30万公里原始载荷谱与可靠性试验载荷谱总损伤对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：本发明总体实施方案流程如图1所示，包含对电驱动系统全寿命周期30万公里载荷数据关联高速轴承失效主导载荷、载荷联合分布特征分析、联合载荷下高速轴承平衡方程构建、高速轴承寿命及损伤分析、可靠性试验载荷等级的确定及典型载荷等级之间的比例关系、轴承全寿命周期损伤目标、可靠性试验载荷谱的编制，具体实施步骤如下所述：

步骤1，基于电驱动系统全寿命周期30万公里载荷数据，对转速、扭矩载荷联合分布计数，得出原始载荷谱中不同转速扭矩等级下轴承旋转圈数：

对转速、扭矩载荷联合分布计数，将30万公里载荷数据分为不同载荷等级，并对不同载荷等级下的作用频次进行统计，根据各级载荷下频次分布特征以计算出不同载荷等级下轴承旋转圈数，其中部分载荷数据如图2所示，本发明将转速扭矩各分为24个等级，对30万公里载荷数据中一个可靠性试验循环工况经过载荷计数后结果如图3所示，通过转速扭矩联合分布直方图可以得出原始载荷谱中：低转速、负扭矩下出现的频次较高；高转速、高扭矩下载荷计数频次较低。

步骤2，构建高速轴承平衡方程：

通过联合载荷下高速轴承平衡方程的构建，确定不同转速扭矩等级下轴承的接触载荷。

电驱动系统电机两端高速轴承受力条件、型号不同，其接触载荷具有差异，以输入轴两端轴承为研究对象，当载荷正向驱动时，远离电机侧的轴承受到轴向负荷、径向负荷，靠近电机侧的轴承承受径向负荷；当载荷反向驱动时，远离电机侧的轴承受到径向负荷，靠近电机侧的轴承承受径向负荷、轴向负荷。

步骤2中联合载荷下高速轴承平衡方程的构建时，包括以下子步骤：

步骤2-1，径向负荷下的高速轴承平衡方程，考虑轴承离心力下，若Q_i、Q_e分别为钢球与轴承内、外圈的接触载荷，则有：

Q_ej-Q_ij＝F_c (1)，

式(1)中，Q_i为钢球与轴承内圈的接触载荷；Q_e为钢球与轴承外圈的接触载荷；j为轴承钢球的编号；F_c为钢球的离心力：

式(2)中，m为钢球的质量；D_m为轴承平均直径；ω_m为钢球公转角速度；

图4是轴承径向位移示意图；

如图4所示，受径向载荷的轴承在任意角位置ψ_j处的径向位移

为：

式(3)中，δ_r为内外滚到之间的相对径向位移；P_d为轴承的径向游隙；δ_max为径向载荷作用线的滚动体与内外圈接触处的总弹性变形量；ε为轴承的载荷分布参数，其中ε计算方法如下：

式(4)中，δ_r为内外滚到之间的相对径向位移；P_d为轴承的径向游隙。

轴承内圈的接触载荷Q_ij为：

式(6)中，Q_max滚珠与滚道之间最大接触载荷；K_n为滚子和滚道之间的接触刚度系数。

径向接触载荷为：

Q_rj＝Q_iψcosψ_j (7)，

式(7)中，Q_iψ是不同位置角ψ_j处的接触载荷；

根据轴承的力学平衡方程得出径向接触载荷，轴承力学平衡方程为：

式(8)中F_r是轴承所受径向力。

步骤2-2中，径向负荷与轴向负荷下高速轴承平衡方程，轴承同时承受径向负荷、轴向负荷时，内外圈会产生相对位移，包括轴向位移δ_a、径向位移δ_r，如图5所示，假设外圈是固定的，轴承受负荷后，内圈相对于外圈产生相对位移。

轴承受负荷后内圈滚道沟曲率中心所在的圆周半径R_i为：

R_i＝0.5D_m+(r_i-0.5D_b)cosα_o (9)，

式(9)中，D_b为轴承滚珠的直径；D_m为轴承的平均直径；α₀是滚珠与滚道之间的初始接触角；

外圈滚道沟曲率中心所在的圆周半径R₀为：

R_o＝0.5D_m-(r_e-0.5D_b)cosα_o (10)，

在任意角位置ψ处，内外套圈沟曲率中心间的距离r为：

r＝[(GD_bsinα_o+δ_a)²+(GD_bcosα_o+δ_rcosψ)²]^1/2 (11)，

式(10)、(11)中，r_n为滚道沟曲率半径；G＝f_e+f_i-1，f_n为滚道沟曲率半径系数，f_n＝r_n/D_b；其中n＝i、e，分别代表轴承的内圈、外圈；δ_a和δ_r分别代表轴承内外圈会产生相对轴向位移和相对径向位移；

引入无量纲量：

并令：

式(14)、(15)中N和L均为无量纲量，将式(14)、(15)代入式(11)中得：

r＝GD_b(N²+L²)^1/2 (16)，

角位置ψ处钢球与内外套圈接触得到总的变形量δ_ψ为：

δ_ψ＝GD_b[(N²+L²)^1/2-1] (17)，

根据式(1)，轴承内圈的接触负荷Q_ψ为：

式(18)中K_p为轴承点接触的弹性变形常数；

此时，任意角位置处钢球与套圈的接触角α_ψ可得：

根据平衡条件，若作用于轴承得径向负荷、轴向负荷分别F_r、F_a，则有：

式(20)和式(21)为未知数

的非线性方程组，在MATLAB中使用Newton-Raphson迭代法编程，设定一个较小的初始值

并输入轴承的参数，得到轴承内外圈的实际变形量δ_a、δ_r，结合(14)至式(18)即可球轴承的接触载荷。

步骤3，高速轴承寿命及损伤分析，对于轴承寿命计算方法，本发明采用基于Lundberg-Palmgren轴承寿命理论改进的ISO标准，ISO标准需要计算轴承的当量等效动载荷与额定静载荷，根据轴承额定寿命理论，球轴承的额定寿命L₁₀为：

式(22)中ε为寿命指数；L_i为内滚道的额定寿命；L_e为外滚道的额定寿命；

内滚道的额定寿命为：

外滚道的额定寿命为：

式(23)、(24)中Q_cuj、Q_cvj为套圈的额定动载荷；Q_μj、Q_vj是指套圈的当量动载荷；

额定动载荷计算公式为：

式(25)中，

符号分别代表计算轴承内、外圈的额定动载荷；f为滚道沟曲率半径系数；γ为轴承结构参数，γ＝D_bcosα/D_m，其中α为接触角；Z为滚子数量；

旋转内滚道的当量动载荷Q_μi为：

非旋转外滚道的当量动载荷Q_vj为：

式(26)、(27)中j为轴承滚珠的编号，Z为滚珠的总数量；

对于轴承损伤计算方法，本发明采用Palmgren-Miner线性累计损伤法则，轴承在当量动载荷为P₁的运转条件下，滚道的寿命L₁，若在此工况下运转了N₁转，则P₁的运转条件下轴承的当量损伤为：D₁＝N₁/L₁。若轴承经历一段随机道路载荷，依次在P₁,P₂,…,P_n当量负荷作用下运转了N₁,N₂,…,N_n转，则该随机道路载荷对轴承造成的损伤D为：

式(28)中，n为轴承的一组运转条件，对应的每一种运转条件i，轴承所对应的疲劳寿命为L_i转，但在此工作条件下轴承只运转了N_i转，N_i＜L_i。

本实施例中，靠近电机侧轴承型号为6208/C3，通过对不同转速扭矩等级下轴承损伤贡献进行计算，得到6208轴承损伤贡献累积分布结果，如图6所示，6208轴承在负扭矩下损伤贡献最高，正扭矩下损伤贡献较少，为明确不同载荷等级下的损伤贡献差异，筛选出累积损伤贡献较高的载荷级别，以作为载荷选取的依据，分别对6208轴承不同转速和扭矩等级下的累积损伤强度进行统计，如图7、图8所示，当负扭矩为-107Nm和-86Nm时损伤贡献较高，转速位于3000rpm附近处的损伤贡献最高，其次体现在中高转速区间下对轴承造成的累积损伤贡献相对较高。

本实施例中，远离电机侧轴承型号为6308/C3，通过对不同转速扭矩等级下轴承损伤贡献进行计算，得到6308轴承损伤贡献累积分布结果，如图9所示，正扭矩工况对6308轴承造成的损伤贡献较高，分别对6308轴承不同转速和扭矩等级下的累积损伤强度进行统计，如图10、图11所示，当转速位于1000rpm至5000rpm区间，扭矩位于50Nm至300Nm区间时，对6308轴承造成的损伤贡献较高。

步骤4，确定可靠性试验载荷等级、以及各典型载荷等级时间比例关系：

根据涵盖不同轴承损伤贡献分布特征原则确定可靠性试验载荷等级，可靠性试验载荷等级的选取需包含30万公里载荷数据中典型工况，同时应具有较高的损伤贡献，可靠性试验载荷谱中还包含极端载荷工况。

针对各典型载荷等级时间比例关系确定中，对于给定目标转速和扭矩工况，首先基于总体作用频次一致原则将目标载荷工况附近的载荷频次向给定目标载荷进行转移，以此得出所有典型载荷等级下的时间比例，之后从损伤一致原则对各载荷工况的时间进行动态调整，以满足30万公里载荷数据中轴承总损伤目标。

根据6208轴承损伤贡献累积分布特征，扭矩为-107Nm和-86Nm时损伤贡献较高，因此，分别统计扭矩为-107Nm和-86Nm时不同转速下的损伤贡献量，并绘制损伤贡献阶梯图，如图12、图13所示，其中，当扭矩为-107Nm时，转速位于中低转速区间时，如2928rpm附近损伤贡献较高；当扭矩为-86Nm时，转速位于中高转速区间时，如8000rpm附近损伤贡献较高。

根据6308轴承损伤贡献累积分布特征，当扭矩为正、转速位于1000rpm至5000rpm时轴承损伤贡献较高，基于6308轴承损伤分布特征，根据相同转速不同扭矩的损伤贡献分布，可以选取给定转速下损伤贡献较高的扭矩载荷等级。

如图14所示，以中低转速区3515rpm为例，绘制转速3515rpm下不同扭矩等级的损伤贡献阶梯图，当转速为3515rpm时，扭矩位于100Nm至200Nm损伤贡献较高。

如图15所示，以中高转速区7627rpm为例，绘制转速7627rpm下不同扭矩等级的损伤贡献阶梯图，当转速为7627rpm时，选取扭矩等级为：-86Nm/120Nm/162Nm。

步骤5，轴承全寿命周期损伤目标的确定：

在轴承可靠性试验载荷谱编制过程中，为确定可靠性试验载荷谱的总运行时间需明确轴承在30万公里载荷数据所达到的损伤目标，以此确定出试验工况的循环次数。

如表1所示，针对全寿命周期30万公里载荷数据单个循环下对轴承造成的损伤值以及总损伤目标进行了统计。

表1

步骤6，可靠性试验载荷谱编制：

轴承可靠性试验载荷谱中应涵盖轴承实际运行过程中所承受的多工况变幅加载历程，当较低转速上升时，扭矩同步上升考核中转速高扭矩工况；较高转速上升时，扭矩下降考核高转速低扭矩工况；同时扭矩上升，转速下降，考核低转速高扭矩工况等使用情况，此外，30万公里载荷数据中包含最高扭矩369Nm，电机极限转速16000rpm，在可靠性试验载荷谱编制过程应考虑此极端工况。

各典型工况间之间转移过程中加速或减速阶段的时间，从原始载荷历程中提取载荷上升阶段及下降阶段的斜率，基于斜率分布模型可以有效选取各可靠性试验载荷等级间上升或下降的时间，如表2所示，共包含21中载荷工况等级，各等级时间进行匹配后的轴承耐久工况等级，其中，以10秒和20秒作为各载荷间变化时的过渡加载时间，将1100h作为可靠性试验载荷谱总目标时间，最终编制单个循环时长为7800秒，共507个循环，单个可靠性试验循环工况时间历程如图16所示。

表2

根据全寿命周期30万公里载荷谱作用效果，6208轴承较易先发生失效，在可靠性试验载荷谱编制过程中应主要先满足6208轴承的损伤目标，将最终编制的1100h可靠性试验载荷谱与全寿命周期30万公里载荷谱进行损伤对比，如图17所示，其中对于6208轴承，编制的1100h可靠性试验载荷谱造成的损伤较原始载荷谱高2％；对于6308轴承，编制的1100h可靠性试验载荷谱造成损伤较原始载荷谱高143％，从损伤角度，编制后的可靠性试验载荷谱在1100h时间内可以复现电驱动系统全寿命周期30万公里载荷谱造成的损伤。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据电驱动系统全寿命周期载荷谱，关联高速轴承失效主导载荷，对转速、扭矩多维度载荷联合分布特征分析；

步骤2，构建联合载荷下高速轴承平衡方程；

步骤3，计算高速轴承寿命和轴承损伤并进行损伤分析；

步骤4，确定可靠性试验载荷等级、以及各典型载荷等级时间比例关系；

步骤5，确定轴承全寿命周期损伤目标；

步骤6，编制高速轴承可靠性试验载荷谱。

2.根据权利要求1所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述步骤1中，所述高速轴承在所述多维度载荷联合分布特征分析的方法主要为：

采用多维度载荷联合计数方法统计出所述电驱动系统全寿命周期载荷谱中所述不同转速与所述不同扭矩等级下的作用频次，得出所述不同载荷等级下所述高速轴承转过的圈数。

3.根据权利要求1所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述步骤2构建所述高速轴承平衡方程，采用Newton-Raphson迭代法计算所述不同高速轴承接触载荷，包括以下子步骤：

步骤2-1，构建径向负荷下的所述高速轴承平衡方程；

步骤2-2，构建所述径向负荷与轴向负荷下的所述高速轴承平衡方程。

4.根据权利要求3所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述构建径向负荷下的所述高速轴承平衡方程具体方法为：

所述高速轴承离心力下，Q_i为钢球与轴承内圈的接触载荷，Q_e为钢球与轴承外圈的接触载荷，则所述轴承滚珠的离心力F_c为：

Q_ej-Q_ij＝F_c (1)，

其中，j为所述轴承滚珠的编号；

所述式(2)中，m为钢球的质量；D_m为所述高速轴承平均直径；ω_m为所述轴承滚珠公转角速度；

受径向载荷的轴承在任意角位置ψ_j处的径向位移

为：

所述式(3)中，δ_r为所述高速轴承内外滚到之间的相对径向位移；P_d为所述高速轴承的径向游隙；δ_max为径向载荷作用线的滚动体与内外圈接触处的总弹性变形量；ε为所述高速轴承的载荷分布参数，其中ε计算方法如下：

所述高速轴承内圈的接触载荷Q_ij为：

其中，Q_max为所述高速轴承滚珠与滚道之间最大接触载荷；K_n为所述高速轴承滚子和滚道之间的接触刚度系数；

所述高速轴承径向接触载荷Q_rj为：

Q_rj＝Q_iψcosψ_j (7)，

所述式(7)中，Q_iψ是不同位置角ψ_j处的接触载荷；

根据轴承的力学平衡方程得出所述高速轴承径向接触载荷，所述高速轴承力学平衡方程为：

所述式(8)中，K_n为所述高速轴承滚子和滚道之间的接触刚度系数。

5.根据权利要求3所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述高速轴承同时承受所述径向负荷、所述轴向负荷时，所述高速轴承内外圈会产生相对位移，包括所述轴向位移δ_a、所述径向位移δ_r，所述高速轴承外圈是固定的，所述高速轴承受负荷后，所述高速轴承内圈相对于所述高速轴承外圈产生相对位移；

D_b为所述高速轴承滚珠的直径；D_m为所述高速轴承的轴承平均直径；α₀是所述高速轴承滚珠与滚道之间的初始接触角；

所述高速轴承受负荷后所述内圈滚道沟曲率中心所在的圆周半径Ri为

R_i＝0.5D_m+(r_i-0.5D_b)cosα_o (9)，

所述高速轴承外圈滚道沟曲率中心所在的圆周半径R0为

R_o＝0.5D_m-(r_e-0.5D_b)cosα_o (10)，

在任意角位置ψ处，所述高速轴承内外套圈滚道沟曲率中心间的距离r为：

r＝[(GD_bsinα_o+δ_a)²+(GD_bcosα_o+δ_rcosψ)²]^1/2 (11)，

所述式(11)中，r为所述高速轴承内外套圈滚道沟曲率半径；G＝f_e+f_i-1，f_n为所述高速轴承盖滚道沟曲率半径系数，f_n＝r_n/D_b；其中n＝i、e，分别代表所述高速轴承的内圈、外圈；δ_a和δ_r分别代表所述高速轴承内外圈会产生相对轴向位移和相对径向位移；

引入无量纲量：

并令：

所述式(14)、(15)中N和L均为无量纲量，将所述式(14)、(15)代入所述式(11)中得：

r＝GD_b(N²+L²)^1/2 (16)，

所述角位置ψ处所述轴承滚珠与所述高速轴承内外套圈接触得到总的变形量δ_ψ为：

δ_ψ＝GD_b[(N²+L²)^1/2-1] (17)，

根据所述式(1)，所述高速轴承内圈的接触负荷Q_ψ为

所述式(18)中，K_p为所述高速轴承点接触的弹性变形常数。

任意角位置处所述轴承滚珠与所述高速轴承套圈的接触角α_ψ为

根据平衡条件，作用于所述高速轴承的所述径向负荷、所述轴向负荷分别F_r、F_a，则有：

所述式(20)和(21)为未知数

的非线性方程组，在MATLAB中使用Newton-Raphson迭代法编程，设定一个所述较小的初始值

并输入所述高速轴承的参数，得到所述高速轴承内外圈的实际变形量δ_a、δ_r，结合所述式(14)至所述式(18)得到所述高速轴承的接触载荷。

6.根据权利要求1所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述步骤3中，计算所述高速轴承寿命方法为：基于Lundberg-Palmgren轴承寿命理论改进的标准计算不同载荷等级下所述高速轴承的寿命；

所述高速轴承损伤计算方法为：采用Palmgren-Miner线性累计损伤法则，所述高速轴承在当量动载荷为P₁的运转条件下，所述滚道的寿命L₁，若在此工况下运转了N₁转，则所述P₁的运转条件下所述高速轴承的当量损伤为：D₁＝N₁/L₁；

若所述高速轴承经历一段随机道路载荷，依次在所述P₁,P₂,…,P_n当量负荷作用下运转了N₁,N₂,…,N_n转，则该所述随机道路载荷对所述高速轴承造成的损伤为：

所述式(22)中，n为所述高速轴承的一组运转条件，对应的所述每一种运转条件i，所述高速轴承所对应的所述疲劳寿命为L_i转，在此工作条件下所述高速轴承运转了N_i转，N_i＜L_i。

7.根据权利要求1所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述步骤4中，根据以下特征确定所述可靠性试验载荷等级：

特征4.1，涵盖所述不同高速轴承损伤贡献分布特征；

特征4.2，可靠性试验载荷等级的选取需包含所述电驱动系统全寿命周期载荷谱典型工况，同时应具有较高的损伤贡献量；

特征4.3，所述可靠性试验载荷谱中包含极端载荷工况。

8.根据权利要求7所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述极端载荷工况包括所述电驱动系统高速轴承电机极限转速和最高扭矩。

9.根据权利要求1所述一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述步骤4中，确定所述各种典型载荷等级时间比例关系的步骤为：

步骤4.1，基于总体作用频次一致原则将所述目标载荷工况附近的所述载荷频次向所述给定目标载荷进行转移，以此得出所述所有典型载荷等级下的时间比例；

步骤4.2，从损伤角度对所述各载荷工况的时间进行动态调整，以满足所述电驱动系统全寿命周期载荷谱中所述高速轴承的总损伤目标。

10.根据权利要求1所述的一种电驱动系统高速轴承可靠性试验载荷谱的编制方法，其特征在于：

所述步骤6中，所述可靠性试验载荷谱编制内容包括：

内容6.1，所述高速轴承可靠性试验载荷谱中应涵盖所述高速轴承实际运行过程中所承受的所述多工况变幅加载历程；

内容6.2，在所述可靠性试验载荷谱编制过程应根据所述电机极限转速和所述最高扭矩考虑所述极端载荷工况；

内容6.3，所述各等级载荷工况间之间转移过程中加速或减速阶段的时间的确定，基于所述原始载荷历程中提取载荷上升阶段及下降阶段的斜率，并基于所述斜率分布模型确定所述可靠性试验载荷等级上升或下降的时间。

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