[发明专利]一种轮毂轴承的有限元分析方法及其系统

说明书

本发明涉及一种轮毂轴承的有限元分析方法及其系统，包括如下步骤：步骤S1、获取轮毂轴承的材料参数值，并根据所述材料参数值构建轮毂轴承的强度有限元网格模型和刚度有限元网格模型；其中，所述强度有限元网格模型包括法兰盘、外圈、内圈和滚珠，所述刚度有限元网格模型包括加载臂、法兰盘、外圈、内圈和滚珠，所述法兰盘与滚珠、以及内圈与滚珠的接触均采用非线性接触进行模拟；步骤S2、根据所述强度有限元网格模型和刚度有限元网格模型分别计算轮毂轴承的强度和刚度。实施本发明，能够在乘用车轮毂开发过程中，提高轴承径向、轴向刚度及强度计算的准确性和效率。

技术领域

本发明涉及汽车零部件设计技术领域，具体涉及一种轮毂轴承的有限元分析方法及其系统。

背景技术

汽车轮毂轴承是乘用车内关键的零部件之一，它的主要作用是径向上承载汽车的重量，轴向上为轮毂的转动提供精确的引导。乘用车轮毂轴承的使用日益增长，现在主流的整车厂采用的是第三代轮毂轴承，主要零部件有内法兰、外法兰、滚珠、保持架等，内法兰与制动盘、轮辋等旋转件连接，外法兰与转向节等固定件相连。在轮毂轴承的开发过程中，该零件的强度和刚度性能是其重点关注性能之一。

目前各大整车厂在进行轮毂轴承径向、轴向刚度及强度的计算时，一般使用机械工程手册中的常用公式对该问题进行计算，同时通过与对标车结构的对比获得相对的指标进行设计。现有的技术方法仅通过公式和对标车数据的方式得到设计目标和结果，与试验存在较大的差异，并且也不利于整车厂开发过程中得到的经验的总结和积累，无法形成轮毂轴承正向开发的流程，也无法在设计初期就进行轮毂轴承径向刚度、轴向刚度、强度和耐久等性能的准确评估，增加了后期该零部件发生失效的风险概率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种轮毂轴承的有限元分析方法及其系统，以实现在乘用车轮毂开发过程中，提高轴承径向、轴向刚度及强度计算的准确性和效率。

为达上述目的，本发明实施例提供一种轮毂轴承的有限元分析方法，包括如下步骤：

步骤S1、获取轮毂轴承的材料参数值，并根据所述材料参数值构建轮毂轴承的强度有限元网格模型和刚度有限元网格模型；其中，所述强度有限元网格模型包括法兰盘、外圈、内圈和滚珠，所述刚度有限元网格模型包括加载臂、法兰盘、外圈、内圈和滚珠，所述法兰盘与滚珠、以及内圈与滚珠的接触均采用非线性接触进行模拟；

步骤S2、根据所述强度有限元网格模型和刚度有限元网格模型分别计算轮毂轴承的强度和刚度。

优选地，所述材料参数值包括轮毂轴承的密度、泊松比、弹性模量的参数值，以及淬火区域的密度、泊松比、弹性模量、屈服极限、抗拉极限的参数值。

优选地，所述轮毂轴承的密度、泊松比、弹性模量的参数值通过截取轮毂轴承法兰盘、内圈、外圈中局部位置做成的标准试棒进行材料测试获得；所述淬火区域的密度、泊松比、弹性模量、屈服极限、抗拉极限的参数值通过截取淬火区域的标准样条进行拉伸试验测得。

优选地，所述内圈与法兰盘、以及外圈与滚珠的接触均采用绑定接触进行模拟，所述加载臂与法兰盘之间的螺栓连接采用有限元软件的刚性单元进行模拟。

优选地，所述步骤S2包括：

根据公式Fy＝0.8mg(0.8h+b)/L和Fz＝mg(0.8h+b)/L计算在车辆转弯过程中车辆质心处加速度大小为0.8g的状态下，车轮接地点所受的轴向力和径向力；其中，Fy为轴向力，Fz为径向力，m为车辆满载轴荷，g为重力加速度，h为整车满载质心高，b为整车质心与右轮轮心在整车侧向方向上的距离，L为左右轮心距离；

约束轮毂轴承的外圈与转向节连接螺栓六向自由度，在车轮接地点处施加所述轴向力和所述径向力；

利用有限元软件对所述强度有限元网格模型进行处理，读取所述强度有限元网格模型的所有网格中的最大米塞斯应力作为强度计算结果。