中国科技期刊数据库 工业 A 2020 年 9 月 57 双列角接触球轴承的多目标优化设计 耿 康 蔡世英 郑得印 无锡市利钧轴承有限公司，江苏 无锡 214000 摘要：电磁离合器中专门配置了双列角接触球轴承，它其中包含了内圈、外圈、钢球等结构物，并选用优质 GCr15 轴承钢制作而成。这种双列角接触球轴承是专用性很强的，其在空调机上常用型号规格型号多达数十余种，普遍空间尺寸、径向尺寸偏小。本文中将粗略地介绍电磁离合器中双列角接触球轴承的目标函数表达式以及优化设计方法。 关键词：双列角接触球轴承；电磁离合器；目标函数表达式；优化设计方法 中图分类号：TG502.3 文献...

  中国科技期刊数据库 工业 A 2020 年 9 月 57 双列角接触球轴承的多目标优化设计 耿 康 蔡世英 郑得印 无锡市利钧轴承有限公司，江苏 无锡 214000 摘要：电磁离合器中专门配置了双列角接触球轴承，它其中包含了内圈、外圈、钢球等结构物，并选用优质 GCr15 轴承钢制作而成。这种双列角接触球轴承是专用性很强的，其在空调机上常用型号规格型号多达数十余种，普遍空间尺寸、径向尺寸偏小。本文中将粗略地介绍电磁离合器中双列角接触球轴承的目标函数表达式以及优化设计方法。 关键词：双列角接触球轴承；电磁离合器；目标函数表达式；优化设计方法 中图分类号：TG502.3 文献标识码：A 引言 双列角接触球轴承拥有结构紧密相连、自由偏转角小、转动平稳等等特点，与此同时它可承受较大径向与轴向载荷。就目前看来双列角接触球轴承的用途已经愈发广泛，在汽车工业发展领域中即是如此，其汽车主机对配套双列角的接触轴承性能要求明显较为苛刻。 1 汽车电磁离合器中的双列角接触球轴承概述 在汽车电磁离合器、汽车空调机系统中都会采用到双列角接触求轴承，它的使用环境相对恶劣，工作环境温差最高达到 160℃以上。伴随汽车工业的加快速度进行发展，汽车产品本身对于双列角接触球轴承的性能要求愈发苛刻。为满足技术方面的要求，需要深度分析其轴承的额定动载荷、摩擦力矩以及旋滚比，实现多目标优化设计过程，再通过实例与单目标优化对比以期待获得较好的优化设计结果。 以效率高，振动小，质量轻的汽车涡旋式空调压缩机配套的电磁离合器轴承为例，其轴承首先尺寸较小（单边径向截面尺寸仅为 7.5mm）。如果从轴承能力看，电磁离合器双列角接触球轴承会受到皮带托动力与离合器吸合轴向力影响（最大不超过 200N），属于轻荷载。而如果从轴承的失效形式展开分析，其大多分布在在外部异常高温传递至轴承、恶劣的路况环境致使泥浆侵入轴承内部，这其中也存在高速高载所造成的接触疲劳失效问题。所以综上所述要分析电磁离合器轴承的相关设计内容，理解电磁离合器轴承设计有限空间内的几何约束条件，确保轴承接触疲劳寿命无限延长，这就涉及到了额定动载荷最大的优化设计问题[1] 。 2 汽车电磁离合器中的双列角接触轴承优化设计目标函数表达 在汽车电磁离合器系统中要建立目标函数表达式，其中目标函数为额定动载荷 ，旋转摩擦力矩为 与内圈滚道旋滚比 ，可采用下列表达式进行计算，首先计算额定动载荷目标函数： 在上述算式中钢球直径 ＜25.4mm，其额定动载荷公式应该为： 的函数，可以计算 为原始接触角， 表示钢球数， 表示球组节圆直径。它的轴承旋转摩擦力矩目标函数应该为： 在上述算式中， 代表轴承类型、转速与润滑剂性质，可围绕这些指标明确摩擦力矩， 代表了轴承所受载荷有关的摩擦力矩， 代表与轴承类型与润滑方式系数。结合上述参数进行轴承内圈滚道旋滚比的目标函数： 上述基于轴承姿态角展开分析，分析 建立轴承内圈滚道形成工作接触角[2] 。 3 汽车电磁离合器中的双列角接触轴承优化设计方法分析 3.1 基本设计优化方法分析 针对汽车电磁离合器中的双列角接触轴承优化设计方法主要是基于最优化数值计算方式展开，它利用到了计算机工程最优数值解路径，并加以数学描述，最终构建形成一组数学表达式组成数学模型，基于该模型可寻求建立最优化数值计算方式。另外再在该基础之上展开编程计算过程，最后求解最佳参数，如此建立工程问题最优解。 在优化设计方法应用过程中，要选取目标函数、确定约束条件、然后展开系统论述过程，可采用局部网格建立深沟球轴承展开系列优化设计。在该过程中，采用网格法展开优化设计，建立具有维数体系的离散变量设计系统，可实现对尺寸几何空间中的轴承零件尺寸合理布置，通过系统网格法设计优化筛选条件，建立设计空间网格系统。在采用“局部网格法”过程中，同时为电磁离合器编写双列角接触球轴承的优化设计程序。通过计算结果做多元化的分析表明，上述优化设计方法是有效的[3] 。 3.2 轴承主参数设计优化方法分析 针对轴承主参数设计优化方法应该基于设计变量与目标参数展开分析，基于滚动轴承优化设计目标，结合最大静承载能力设计、最长接触疲劳寿命设计以及最小平均摩擦力矩设计做多元化的分析，建立多目标加权函数并优化设计目标，深度考虑电磁离合器轴承失效形式做多元化的分析，例如分析其润滑失效与接触疲劳失效形式，通过精准数学模型展开精细化描述。考虑到电磁离合器中采用到了双列角接触球轴承，所以它的额定动载荷作为设计目标。结合滚动轴承接触疲劳寿命理论做多元化的分析，针对它的双列角接触球轴承明确额定动载荷做多元化的分析： 基于上式做多元化的分析，这里需要分析电磁离合器轴承优化设计变量。该过程中需要明确设计各种变量指标，这其中就包括了球数 、钢球直径 以及钢球中心圆直径 ，在满足一定约束条件背景下，确保轴承额定动载荷尽可能无限放大，如下[4] ： 建立主参数优化设计目标函数，明确约束条件，这里包括了球径约束与球数约束。就以球数直径约束为例，如下： 按照通用接触球轴承的设计原则，钢球中心圆建立轴承内径与外径 平均值，建立钢球中心圆直径并优化标准轴承，并将其内移量控制在 5%以内。 3.3 内外圈沟曲率 设计确定方法分析 结合电磁离合器中的双列角接触轴承的不同，需要分析轴承内圈与外圈沟道沟曲率系数 。基于此可分析电机低噪声轴承，分析设计原则选取沟曲率系数，分析沟曲率选取类似电机低噪声轴承。基于这一点，要分析电磁离合器双列角接触球轴承工作时候的温度，明确温度范围为-30℃～130℃左 （下转第 59 页） rC M  max cos 2 3 . 18 . 1 3 / 27 . 0 w c rD Z f C wDpw w caD D r f cos  应该为 aZpwDmin1 0   M M M 33 / 207010pwD vn f MpwD p f M1 1 1 0M1M0f    min tan 1 tan1          i i i ii 8 . 13 / 27 . 0. cos 2 3 . 1w c rD Z f C  ZwDwpD rC c Maxf max     D d D D dwp    515 . 0 45 . 0dDe if f、e if f、