基于增量法研究轮毂轴承单元负游隙.pdf
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1、基于增量法研究轮毂轴承单元负游隙doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.04.004基于增量法研究轮毂轴承单元负游隙收稿日期:2 0 2 3-0 4-3 0高世阳,赵清华,许淑芹,张春龙,寇长海(山东浩信股份有限公司,潍坊2 6 1 3 0 0)摘要:为了研究商用车轮毂轴承单元负游隙难以直接测量的问题,提出了一种基于增量法测量负游隙的方法。针对轴向定量预紧状态下两列圆锥滚子轴承的负游隙,采用有限元分析与实际测量验证相结合的方法,在轴承尺寸保持不变的前提下增设游隙检测垫片,将轮毂轴承单元的负游隙转化为可以直接测量的正游隙,计算出轴承单元的负游隙。经过实际验证,增量法计
2、算值与实测值误差不大于4.5%。关键词:轮毂轴承单元;负游隙;增量法;预紧力中图分类号:TH124?文献标志码:B文章编号:1 0 0 5-2 5 5 0(2 0 2 3)0 4-0 0 1 8-0 5Research on Negative Clearance of Hub Bearing Unit Based onIncremental MethodGAO Shi-yang,ZHAO Qing-hua,XU Shu-qin,ZHANG Chun-long,KOU Chang-hai(Shandong Haoxin Co.,Ltd.,Weifang 261300,China)Abstract
3、:In order to study the problem that it is difficult to measure the negativeclearance of commercial vehicle hub bearing units directly,a method based on incrementalmethod was proposed to measure the negative clearance.Aiming at the negative clearanceof two rows of tapered roller bearings under axial
4、quantitative preloading,a methodcombining finite element analysis and actual measurement verification is used to addclearance detection shims while keeping the bearing size unchanged.The negative clearanceof the hub bearing unit is converted into a positive clearance that can be directly measured,an
5、d the negative clearance of the bearing unit is calculated.After practical verification,theerror between the calculated value of the incremental method and the measured value is notgreater than 4.5%.Key Words:Hub Bearing Unit;Negative Clearance;Incremental Method;Preload1引言高世阳轮毂轴承单元(轮毂和轴承的总成件)包毕业于烟台
6、南山学院,本科学历,现就职于山东浩信股份有限公司,任技术中心副主任,高级工程师。主要从事商用车底盘零部件轻量化与免维护、长寿命产品的设计研发及测试等工作。括轮毂本体和安装于轮毂本体轴承室内的内圆锥滚子轴承和外圆锥滚子轴承,是商用车的关键功能部件,其运行状态直接决定了整车的安全性、舒适性和可靠性 1-2 。其结构有多个零部件组成,其中轴承是承受车辆运行中产生轴向力、径向力的主要部件,轴承游隙配合状态为疲劳寿命的主要影响因素之一。现有轮毂轴承单元已更新至第18汽车科技/AUTOSCI-TECH2023年第4 期三代,主要的技术优势体现在负游隙,设置合理负游隙值直接关系到轴承的寿命、噪声和发热现象,
7、合理游隙值还能降低轴承失效概率 3 。轴承游隙是指轴承内部的滚动体与滚道之间的间隙,一般为正值。公知的汽车轮毂轴承单元,在轮毂本体和半轴套管形成的轴承室内通常安装两套圆锥滚子轴承,圆锥滚子轴承的游隙是可调的。在轮毂轴承单元的装配过程中,通过施加预紧力,使轴承的滚动体与滚道之间产生弹性变形,这个弹性变形相对于原来的正游隙来说,把间隙由正值变成了负值,故也常称为负游隙。根据欧洲某轴承公司BTH-0087-B1轴承寿命理论分析表明:轴承游隙设计在一定范围(例如-5-200m)内时,滚动体的工作条件能够改善,各个滚动体更加均匀的受力,轴承有更长的寿命。当游隙值大于-5 m时,由于沟道预载荷变小,随着工
8、作游隙的增加,载荷集中作用于受力方向的滚动体上,这部分滚动体和滚道接触处将会产生较大的集中应力,导致轴承的寿命缩短;当游隙值小于-2 0 0 m时,沟道预载荷过大,运转过程中轴承内部温度升高且轴承内圈挤压变形,随着工作游隙的减小,轴承寿命呈急剧下降趋势,同时也会增大摩擦力矩,降低轴承传动效率,莫易敏等人阐述了商用汽车轮毂轴承单元的负游隙对轴承的摩擦力矩存在较大影响。近年来,由于负游隙轮毂轴承单元在使用寿命方面的优势,在商用车领域得到了广泛的应用。21.8161.4120.80.60.40.20-300-250-200-150-100-5050100轴承游隙(m)图1 轴承游隙和寿命的关系目前常
9、用负游隙测量方法:首先将轮毂与轴承过盈装配,并对轴承施加预紧力,在轮毂的法兰盘处施加旋转角速度,使其匀速旋转运动。轴承的滚动体克服摩擦力转动,记录此时的力矩值,最后根据积累的数据库和经验来判断负游隙值的范围。该方法需要总结以往的经验,积累力矩值和负游隙关系的数据,建立数据库。数据量累积越多,推断出负游隙值越能接近于真实值。因此,该方法不能方便快捷的检测出轮毂轴承单元负游隙。对于正游隙轮毂轮毂单元来说,轴承游隙可以用重力法,利用翻转台架和千分表测量出来。但对于负游隙轮毂轮毂单元来说,轴承的滚动体和滚道有预紧力作用,也就无法通过常规方法测出负游隙。田助新等人通过引入一个零游隙的样件,基于赫兹接触理
10、论提出一种刚性测量方法,该方法需要建立轴承负游隙与弹性变形量差值直接的映射关系,把负游隙的测量问题转换成轴承弹性变形量差值的问题 5 。ChenLong、Bo Z h a o 和A Rezaei等人采用不同静力学方法研究了在不同的固定载荷下,并且在不同游隙值下仿真分析出相应的接触应力,得出了相应工况下的游隙值(6-8)。但上述方法局限于学术方面,实际生产中应用不方便。正游隙轮毂轴承单元的轴承内圈受到轴向预紧力只有轴承内圈被轴向压缩,对外圈无影响。负游隙轮毂轴承单元的轴承内圈受到轴向预紧力轴承内圈被压缩的同时,滚子被挤压与外圈贴合,外圈要承受部分挤压的力。轮毂和轴承外圈过盈配合,轮毂壁厚通常是轴
11、承外圈的2 倍以上,起到强化轴承外圈的刚度作用,导致预紧力通过滚子传递到轴承外圈的挤压力对轴承外圈的影响非常小。负游隙轮毂轴承单元装配需要锁紧螺母施加额定预紧力,使外圆锥滚子轴承和内圆锥滚子轴承的内圈端面相贴靠,并使两个轴承的滚动体与相应的滚道之间形成负游隙。通过有限元仿真计算发现,在定量轴向预紧力下,轴承负游隙对轴承滚动体及外圈变形量不超过4 um。由此可知,两轴承内圈之间加游隙测量垫片对轴承的轴向变形量影响非常小,从负游隙转换为正游隙测量的影响可忽略不计。有鉴于此,我们研发一种轮毂轴承单元负游隙的检测方法,可将轮毂轴承单元的负游隙转化为通过翻转台架和千分表直接测量的正游隙,为19基于增量法
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