摘 要：近年来随着私家车的迅速普及，关于汽车方面的保养、修护以及其他的一些相关知识，逐渐开始进入普通大众的视线。对于汽车设计的相关技术人员来讲，他们则更关注汽车各部件的设计和优化方面。本文主要以汽车轮毂轴承为研究对象，试图依据传统的汽车轮毂轴承设计方案，并通过大量且反复设计和仿真验证提出一种能延缓轮毂轴承疲劳寿命终结的汽车轮毂轴承。
关键词：汽车轮毂；轴承；抗疲劳寿命；优化设计
近年来，我国的汽车销量增长非常迅速，同样带动了汽车产业不断向前发展。随着人们对汽车功能需求的不断攀升，汽车相关的设计人员也在不断地提高自身的设计能力，试图设计出性能更为出色的汽车部件。汽车的轮毂轴承便是其中一个非常重要的部件，汽车轮毂轴承承载着汽车的传动和承载两个非常重要的功能，一直是设计人员非常关注的问题。尽管目前国内的汽车行业已经比较成熟，但是和国外的相关企业相比，还有很大的差距。因此，国内汽车轮毂轴承的设计还需要不断地创新和发展，特别是在疲劳寿命研究方面，需要大力提倡和发展。本文主要以汽车轮毂轴承为研究对象，试图依据传统的汽车轮毂轴承设计方案，并通过大量反复设计和仿真验证提出一种能延缓轮毂轴承疲劳寿命终结的汽车轮毂轴承。
1 汽车轮毂轴承的发展历史
自轮毂轴承产生以来，已经历了3代，其中第一代以双列角接触球为典型的轮毂轴承代表。这一代的轮毂轴承特点是容易生产、结构简单、容易安装，目前的应用也非常广泛，装配的总数已达16 000 000余套。第二代在第一代的基础上加了法兰盘的结构，加上此种结构后，实现了轴承圈套和悬架的连接，从而使轮毂的安装变得更容易。第三代则是在第二代发展的基础之上又进行了改进，实现了轮毂轴承内圈和轮毂的合体，同时又结合制动盘和轮辋，这样的改进让轮毂轴承的安装变得越来越方便，ABS传感器也变得容易装配。目前，有些汽车企业已经开始大规模使用这种第三代的汽车轮毂轴承了，现代汽车制造企业便是其中一家应用该轴承非常广泛的企业。
2 汽车轮毂轴承抗疲劳寿命的研究现状
通过查阅大量的文献，我们发现其实关于汽车轮毂轴承抗疲劳寿命方面的研究在国外很早就出现过，甚至还采用了各种各样的方法来对轴承力学进行分析和研究，比如静力学法，这种方法是出现最早的，是由德国的学者提出来的，后来又被多人所利用并进行深入的研究。还有拟动力学法，这种方法是考虑到轴承在调整转动下因为承受到的惯性而发生轴承偏移以及摩擦力而提出来的，最早出现在1961年，后续很多学者进行了深入的研究。除此以外，还有动力学法，此种方法主要是从轴承开始启动时就引入动力学的概念由此提出来的一种方法。此种方法最早出现于1971年。
3 汽车轮毂轴承抗疲劳寿命优化设计
在进行汽车轮毂轴承设计的时候，其中有一项影响轮毂轴承性能参数，即疲劳寿命。这个指标也是众多重要指标中的一个，不同于其他的疲劳寿命，汽车轮毂轴承的疲劳寿命有自己的计算方法，其中大部分是通过疲劳仿真软件来对汽车轮毂轴承进行测试的，也有通过各类的疲劳试验来进行的，不管使用哪一种方法都可以进行疲劳寿命方面的测试，但是花费的时间和成本可能大不一样。正是由于这个原因，以往关于汽车轮毂轴承疲勞寿命的研究不是特别多。近年来，关于汽车轮毂轴承疲劳寿命的研究逐渐增多，这主要是由于计算辅助设计方面的功能带动了大量仿真软件的开发，以致于现在出现了很多用于测试汽车轮毂轴承疲劳寿命的仿真软件，而且其应用效果还不错，所以，现在很多汽车轮毂轴承的制造企业纷纷开始了这方面的研究。当对汽车轮毂轴承疲劳寿命有研究结果的时候，专业的设计人员便开始思考如何才能延长汽车轮毂轴承的疲劳寿命。随之这个研究项目便提了日程上到。
3.1 汽车轮毂轴承疲劳寿命的影响因素
为了对汽车轮毂轴承的疲劳寿命进行测试，必须要了解哪些原因会给轴承的疲劳寿命带来影响。为了达到这个目的，人们设计了很多种轴承寿命的预测模型，比如L-P模型、T模型以及Y-H模型等，这些都是为了对汽车轴承疲劳寿命进行测试。总的来说，可以分为两大类，一类是基于表面下应力为主的模式，一类是以各表面上的缺陷应力为起点的模型。
3.1.1 力矩对汽车轮毂轴承疲劳寿命的影响
对于轮毂轴承来说，力矩的作用会引起载荷分布的变化。力矩的增加会使滚动体与滚道的接触载荷变大，减小轴承的疲劳寿命，其具体的影响作用如图1所示。
3.1.2 径向游隙对汽车轮毂轴承疲劳寿命的影响
轮毂轴承在纯径向载荷的作用下，两列滚动体会受到相等作用力的作用，当径向游隙为0时，载荷分布的投影正好与直径的长度相等；当径向游隙大于零时，载荷分布区域变小，集中在某一处；当径向游隙小于零时，即负游隙，载荷分布的区域变大，几乎所有的滚动体都受载，具体的影响如图2所示。
3.2.1 粒子群算法概述
近年来，粒子群算法的应用非常广泛，特别是在计算机辅助设计领域中，这种算法的原理主要是在特定的条件下，可以通过一种叫反复迭代的方法解决实际问题。每一种解决方案我们称之为粒子，在借助数学公式的情况下，通过粒子的位置和移动速度来进行空间的搜索，在此过程中，每个粒子会受到其他粒子位置的影响，每一次的影响都会使粒子进行更新，从而找到更优的粒子以替换原来的粒子，直至找到最后的解决方法。
3.2.2 基于粒子群算法的多目标优化轮毂轴承设计
多目标优化是指在满足给定约束条件的前提下，从可行域内寻找最佳设计点，从而使得多个目标决定的整体结构性能达到最优状态。然而多目标优化的各目标函数之间往往是互相冲突的，在满足其中某一目标最优的同时，其他的目标往往会受其影响而变得很差，无法达到最优状态。基本粒子群优化算法可以返回一个解，而多目标优化算法的主要目标是找到一组解，这组解最优地权衡了多目标问题中需要折衷的不同目标，所以，基本粒子群算法无法直接用于求解多目标优化问题。为使其能广泛应用于多目标优化问题，多目标粒子群算法的关键任务在于生成多个解，从中确定一组非支配解，具体的算法流程如图3所示。
4 结语
由于文章的篇幅受限以及本人的水平有限，本文提出的优化设计比较笼统，没有给出很多具体详细的研究内容，如果后续时间和精力充沛的话，争取将本文提出的设计思想落到实处，并进行大量的仿真实验。
[参考文献]
[1]胡永乐，邓四二，李影，等.汽车轮毂轴承唇形密封圈密封性能优化研究[J].润滑与密封，2018（9）：54-61.
[2]龚金科，苗元元，田应华.汽车发动机涡轮增压器轴承体结构优化设计[J].计算机仿真，2018（2）：90-94，365.
[3]李伟，朱曼利，洪厚胜.机械蒸汽再压缩系统的设计及其在食品工业中的应用[J].食品与机械，2016（7）：223-226.
[4]沈元杰.汽车轮毂轴承疲劳寿命分析及结构优化设计[D].南京：南京航空航天大学，2016.
[5]李广仁.重型汽车变速箱分离轴承提升寿命优化设计[J].机械管理开发，2015（7）：29-30，32.
[6]THOMAS M，JOACHIM N，FRANZ J.基于有限元法的汽车变速器齿轮与轴承优化[J].传动技术，2015（2）：3-13，20.
[7]章德平.微型汽车半轴支承轴承性能优化及相关理论与试验研究[D].武汉：武汉理工大学，2015.
[8]吴帅，雷声，杨锡洪，等.指纹分析技术及其在食品中的應用[J].食品与机械，2015（1）：249-252，268.
[9]焦红兰.汽车轮毂单列圆锥滚子轴承的优化设计研究[J].科技资讯，2014（7）：109-110.
[10]邱穆红.轴承摩擦力矩对微型汽车后桥总成阻力的影响研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.
[11]江小云，刘炳辉.汽车轴承支架生产线的仿真建模与优化研究[J].福建师范大学学报（自然科学版），2013（4）：28-33.
[12]欧亚飞.电动汽车空调压缩机轴承失效的研究[D].广州：广州大学，2012.
[13]黄不了.富马科挤压膨化机：让梦想成就未来[J].食品与机械，2011（4）：2-3.
[14]付又香.我国食品和包装机械的技术创新[J].食品与机械，2009（3）：150-153.
[15]卢金燕，吕国新.汽车轮毂轴承滚子磨削粗糙度优化水平组合方案[J].现代零部件，2008（10）：100-101.
[16]谢哲川.汽车转向管柱滚动轴承的优化设计及实验研究[D].上海：上海交通大学，2008.
[17]宋丽.汽车空调压缩机电磁离合器用轴承的开发研制[D].合肥：合肥工业大学，2004.