前沿技术分享：数字孪晶轮毂单元轴承设计

近年来，各国为实现碳中和社会提出了各种对策。例如，加强对汽车燃油效率的规定或废除仅配备内燃机的汽车。此外，汽车行业正在进入一个每100年一次的变革时期，针对这种情况，为了追求更轻量化、更低摩擦、更高性能，以及提高轮毂单元轴承的开发速度，采用了具有多项分析的先进设计技术。

已有第1至第3代轮毂单元轴承，图1是搭载在轿车驱动轮、从动轮上的轮毂单元轴承示意图。与使用2个普通的单列轴承相比，实现了小型、轻量化、高功能化、高转配性、高维护性的目标。

图2-轮毂单元轴承的设计流程

通常，轮毂单元轴承是专门为安装的车辆或平台设计的产品。图2概述了轮毂单元轴承的设计流程。该过程可分为轴承内部设计和单元部件设计两部分。使用诸如市售有限元分析软件等高度通用的数字分析方法。

低成本的多核CPU、GPGPU等高速运算单元、大容量内存、高速、大容量存储系统已普及。

2 轨道轮滚动寿命的预测示例

图3是在输入大负荷时滚动体和轨道轮槽的接触范围超过槽肩，产生过大接触面压力的过载状态事例。

图4显示耐久性寿命试验及对策后的表面压力分析结果。将滚道面肩部附近产生的接触表面压力保持在较低水平，可以防止早期滚动疲劳损坏。

通常，滚动寿命是根据 ISO281标准化的计算寿命来评估的，但考虑到市场上的配合部分和外圈大挡边以及轮毂单元轴承的紧固效果，对滚动寿命进行了精确的检查。

3 摇动紧固部件形状预测示例

图5显示用于确定滑动压接后的形状和残余应力的柔性有限元分析示例。

根据图5可以确认，得到的压接部件形状预测精度高。分析中输入的加工条件反映了使用实际制造设备的加工负荷测量结果。由于可以从分析结果中获得硬度分布和加工后的残余应力，因此可以预测车辆行驶时的疲劳强度。