王成立，劉守銀

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某輕型客車輪轂軸承的匹配計(jì)算

王成立，劉守銀

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某汽車廠家為迎合市場(chǎng)需求，開發(fā)了一款輕型客車。該車型在試驗(yàn)場(chǎng)路試過程中，發(fā)生了兩起前輪轂軸承燒蝕問題。本文針對(duì)該問題，運(yùn)用理論計(jì)算、CAE分析，并結(jié)合試驗(yàn)，制定相關(guān)措施，優(yōu)化設(shè)計(jì)輪轂軸承。

輕型客車；輪轂軸承；優(yōu)化設(shè)計(jì)

CLC NO.:U462.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-40-03

引言

某廠家新開發(fā)的輕型客車在試驗(yàn)場(chǎng)出現(xiàn)了兩起前輪轂軸承燒蝕的問題，對(duì)故障件回收分析，并對(duì)其他試驗(yàn)車排查分析，可能原因有四種:①軸承負(fù)載不夠；②軸承裝配鎖緊螺母力矩過大:③轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸、或者輪轂內(nèi)腔尺寸超差；④軸承的自身質(zhì)量問題。其中，②、③、④屬于裝配、制造問題，本文僅針對(duì)原因①進(jìn)行分析處理。

1、結(jié)構(gòu)分析

該輕型客車前輪轂總成中，使用兩個(gè)單列圓錐滾子軸承支撐，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示:

軸承的受力一般受到三種力的影響，一是由靜載荷產(chǎn)生的力F1；二是車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力F2；三是車輛制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的軸荷轉(zhuǎn)移△F。所以，計(jì)算軸承所受到的力也應(yīng)該考慮到這三種的因素。

兩個(gè)圓錐滾子軸承的相關(guān)參數(shù)如下:

2、理論計(jì)算

簡(jiǎn)化輪轂軸承靜載荷下的受力圖（圖2），并整理計(jì)算用整車參數(shù):

設(shè)定內(nèi)軸承因靜載荷所受到的力為Fi，外軸承為Fo，根據(jù)力平衡和力矩平衡:

Fi1:內(nèi)軸承承受的靜載荷；

Fo1:外軸承承受的靜載荷；

計(jì)算得出:Fi1=4377N，F(xiàn)o1=3326N。

車輛在整車的轉(zhuǎn)彎過程中，設(shè)定側(cè)向加速為0.1g，畫出此時(shí)軸承的受力圖，由于兩個(gè)軸承對(duì)頂裝配（圖3），再受到方向向里的力時(shí)，外軸承內(nèi)圈與外圈有分離的趨勢(shì)，不受軸向力，內(nèi)軸承承受全部的軸向力，列出力與力矩的平衡圖（設(shè)定正常轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)向加速度為0.1g）:

Fi2:由于側(cè)向力而產(chǎn)生的內(nèi)軸承受力；

Fo2:由于側(cè)向力而產(chǎn)生的外軸承受力；

F2:車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力；

F1:靜載荷的單邊輪荷；

L3:內(nèi)軸承到旋轉(zhuǎn)中心的距離，為124.5mm；

L4:外軸承到旋轉(zhuǎn)中心的距離，為75mm；

R:輪胎半徑，為327mm；

Y0:軸承的計(jì)算系數(shù)，當(dāng)前軸承為0.7；

計(jì)算得出:Fi1=1078N，F(xiàn)o1=1567N

計(jì)算軸荷轉(zhuǎn)移影響（圖5），根據(jù)公式:

△F:軸荷轉(zhuǎn)移；

m；整車最大總質(zhì)量；

a:制動(dòng)減速度，取0.3g；

h；車輛滿載重心高度；

L；軸距；

計(jì)算得出，△F=298kg。

根據(jù)靜載荷下軸承受力的計(jì)算方法:

Fi3:軸荷轉(zhuǎn)移時(shí)，內(nèi)軸承承受的載荷；

Fo3:軸荷轉(zhuǎn)移時(shí)，外軸承承受的載荷；

計(jì)算得出:Fi3=849N；Fo3=645N

由上可知，在只考慮靜載荷影響的時(shí)候，輪轂內(nèi)軸承總的受力；輪轂外軸承總的受力。

根據(jù)整車參數(shù)、軸承參數(shù)，設(shè)定車速為50km/h，計(jì)算軸承壽命:

考慮三種力的影響，此時(shí)輪轂內(nèi)軸承總的受力輪轂外軸承總的受力。

同樣的速度條件，根據(jù)上述公式計(jì)算:

通過計(jì)算，車輛外軸承的使用壽命為8.2萬-45.8萬公里，內(nèi)軸承使用壽命為23.6萬-80.8萬公里。

該公司對(duì)整車壽命要求為25萬公里，軸承應(yīng)該滿足整車壽命的要求，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際的使用情況，應(yīng)對(duì)內(nèi)、外軸承進(jìn)行加強(qiáng)。

要滿足上述的軸承加強(qiáng)目的，必須充分考慮現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向節(jié)、輪轂、制動(dòng)盤等機(jī)構(gòu)布置，同時(shí)提高軸承額定動(dòng)載荷，我們查找了所有國(guó)標(biāo)軸承和英制軸承，并和配套廠家一起做了很多方案，通過分析，內(nèi)軸承重新選擇型號(hào)LM29749軸承，外軸承重新選擇M12649，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，軸承廠家不同，同一型號(hào)軸承的參數(shù)也不同，下表所示:內(nèi)軸承LM29749

外軸承M12649

重新計(jì)算各廠家型號(hào)軸承的使用壽命（在三種力的共同影響下）:

計(jì)算表明，永安軸承在該承載條件下，外軸承使用壽命為30.5萬公里，內(nèi)軸承使用壽命27.8公里，表現(xiàn)最好。按該軸承重新設(shè)計(jì)輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)等相關(guān)零件，使用cae分析軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析；

并進(jìn)行軸承的臺(tái)架試驗(yàn)和試驗(yàn)車的實(shí)車驗(yàn)證。

3、驗(yàn)證

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24607-2009 和GB/T6391-2010，軸承可靠度大于95%；

可靠性路試進(jìn)行了兩臺(tái)車，分別編號(hào)為1#、2#。

按照汽車廠家要求，路試車輛強(qiáng)化路能夠滿足12000km，即認(rèn)定為合格。

4、結(jié)論

目前，國(guó)內(nèi)汽車開發(fā)一般選擇進(jìn)行對(duì)標(biāo)設(shè)計(jì)，但裝出來的實(shí)車與車輛的實(shí)際工況又與標(biāo)桿車不同，這會(huì)導(dǎo)致一些問題。

對(duì)標(biāo)設(shè)計(jì)會(huì)讓新產(chǎn)品開發(fā)少走一些彎路，但是，一定要根據(jù)實(shí)際使用情況對(duì)設(shè)計(jì)再進(jìn)行確認(rèn)，以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。本文僅針對(duì)輪轂軸承的受力情況進(jìn)行分析和計(jì)算，希望對(duì)其他產(chǎn)品開發(fā)有所啟示。

[1] 李駐國(guó). 轎車前輪轂軸承早期失效與配合精度的相關(guān)性分析.軸承.2000.No.2.

[2] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社.2003.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.下冊(cè).人民交通出版社.1996.

Matching A Minibus Wheel Hub Bearing Calculation

Wang Chengli, Liu Shouyin
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

A car manufacturers to meet the market demand , was developed a minibus . During the road test in the test site,the front wheel bearing erosion problem has occurred two times.Aiming at this problem,use of theoretical calculations,CAE analysis and binding assays,formulate relevant measures to optimize and design of wheel bearings.

Light Car; Wheel Hub Bearing; Optimum Design

U462.3

A

1671-7988(2015)07-40-03

王成立，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。