汽车轮毂轴承疲劳寿命分析及结构优化设计

摘要

随着国内汽车产量的增加，汽车零部件行业迅猛发展。轮毂轴承作为汽车关键的零部件之一，一直是人们关注的重点。国内的轮毂轴承和国外的相比，还有很大的差距。因此，对其开展疲劳寿命分析以及结构优化设计有着重要的意义。
　　本文首先对轮毂轴承疲劳寿命进行了理论分析。采用静力学法，建立轮毂轴承力学分析模型，研究了在径向、轴向以及力矩载荷联合作用下的轮毂轴承的内部载荷分布。此外，综合考虑滚动体和滚道的影响，基于修正的Lundberg-Palmgren理论，分析了不同的载荷参数以及结构参数对轮毂轴承疲劳寿命的影响规律。
　　然后，基于有限元分析结果，对轮毂轴承进行了疲劳寿命仿真分析。在Catia中建立了轮毂轴承三维模型，采用Hypermesh和ANSYS对轮毂轴承进行有限元建模，并展开了力学性能分析。同时，根据力矩刚性试验，将仿真结果和试验结果进行对比，验证了有限元模型的正确性。在此基础上，利用应力分析结果，采用nCode DesignLife对轮毂轴承进行了疲劳寿命仿真分析，确定了容易发生疲劳失效的部位，为进一步的设计与优化提供了参考。
　　最后，对轮毂轴承进行多目标优化设计。选取额定动载荷与额定静载荷作为目标函数，以轮毂轴承主要内部结构参数为设计变量，采用多目标粒子群算法（MOPSO）对轮毂轴承进行了结构优化设计。优化结果表明，各目标性能指标都得到了不同程度的提升。此外，通过有限元仿真对轮毂轴承优化前后的疲劳寿命以及应力分布进行对比，验证了优化结果的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2轮毂轴承发展历史

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章 基础理论

2.1 Hertz弹性接触理论

2.2疲劳基础理论

2.3优化设计理论

2.4本章小结

第三章 基于修正L-P理论的轮毂轴承疲劳寿命分析

3.1轮毂轴承的载荷分布

3.2轮毂轴承疲劳寿命分析

3.3轮毂轴承疲劳寿命的影响因素分析

3.4本章小结

第四章 基于有限元的轮毂轴承疲劳寿命仿真

4.1轮毂轴承有限元模型建立

4.2力矩刚性试验

4.3基于nCode DesignLife的疲劳寿命仿真

4.4仿真结果讨论与分析

4.5本章小结

第五章 轮毂轴承优化设计

5.1 轮毂轴承多目标优化问题描述

5.2 优化方法

5.3 多目标优化结果与分析

5.4优化结果验证

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文