高密封球轴承(如图1所示)以其摩擦力矩小、启动灵活、润滑简单、成本低等特点，已广泛应用于各种新能源汽车中[1]。然而，高密封球轴承长期运行在恶劣工作环境和重载、冲击载荷等复杂工况下，极易发生密封失效等故障[2-5]。任何微小的故障都有可能导致巨大的经济损失，甚至灾难性后果。因此，开展高密封球轴承失效机理与密封圈循环寿命预测方法研究，突破国外高端轴承的技术壁垒，具有重要的示范意义。高密封球轴承的典型结构如图2所示[6]。轴承两端均安装防尘盖与密封圈。防尘盖用于防止外界的灰尘、泥土或水汽等杂质侵入轴承内腔对轴承造成损伤。密封圈可保持轴承内部的润滑脂在使用中不会流失，使轴承处于润滑状态[7]。因此，高密封球轴承失效机理与寿命预测面临诸多挑战： 复杂工况是轴承密封失效的主要外因，它包括密封圈安装工况和轴承使用工况两方面。密封圈安装工况分为安装过盈量与压装平行差；轴承使用工况分为轴承预紧与使用环境。复杂工况下的高密封球轴承密封失效机理的研究就显得尤为关键。轴承密封结构的主要参数包括密封圈唇口直径、唇口过盈量、轴向伸长量、厚度、张角、位置角、橡胶腰部厚度。这些参数相互耦合，是高密封球轴承密封结构优化设计的难点所在。 橡胶材料具有典型的非线性特征，这导致难以准确预测密封圈寿命。利用有限的橡胶密封圈加速老化试验数据准确预测轴承密封圈的循环寿命具有极大的挑战性。 (1) 针对复杂工况下高密封球轴承密封失效机理，采用一致质量法建立轴承密封结构的刚柔耦合多体动力学模型。利用复模态叠加法进行力-热耦合响应求解，进行复杂工况下的仿真分析。将仿真结果与实验结果进行对比，根据比对结果修正完善分析模型，提高力-热耦合分析模型的准确性。 (2) 为解决高密封球轴承的密封失效问题，将线弹性材料本构模型和塑性随动强化本构模型相结合，建立高密封球轴承密封圈结构的弹-塑有限元模型，提高轴承密封性能。以最大接触应力、最大等效应力和摩擦力矩为密封性能的评价指标，利用基于田口试验的参数优化算法，对轴承密封结构进行优化设计。 (3) 针对密封圈老化试验数据不足问题，开发一种InfoLSGAN，生成密封圈老化寿命数据。为缩小密封圈老化寿命试验数据与密封圈实际运行数据间的分布差异，在迁移学习理论的基础上，提出基于HOMIE的迁移学习算法，提高轴承循环寿命预测准确率。 (1) 在项目执行期内，完成3个型号乘用车高密封性球轴承的密封结构优化设计； (2) 产品性能不低于下列指标： 气密性：在500mbar压力下漏气量≤2mbar/30s 高速耐久测试寿命：≥1800h 泥浆测试寿命：≥150h 本项目从高密封球轴承密封失效机理、密封结构优化设计和密封圈循环寿命预测方法方面开展相关研发工作，解决乘用车高密封性球轴承及其产业化过程中的关键科学问题和关键技术问题。乘用车高密封性球轴承系列产品的目标客户为博世、采埃孚、耐世特、大众等世界知名品牌，可以突破国外品牌的垄断，实现国产轴承在中高端汽车厂商的批量供货。预计项目执行期内乘用车高密封性球轴承系列产品年新增销售收入不低于2.0亿元，新增利润不低于2000万元。同时，对带动轴承行业本身技术水平的提升，推动国内汽车零部件行业整体技术水平的进步，具有重要的示范意义。

哈尔滨理工大学

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