黃振之，謝玉琳，徐鐵，韋宏法

(1.柳州孔輝汽車(chē)科技有限公司，廣西柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州 545007)

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微車(chē)半軸軸承的計(jì)算校核探討

黃振之1，謝玉琳1，徐鐵2，韋宏法1

(1.柳州孔輝汽車(chē)科技有限公司，廣西柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州 545007)

摘要：主要針對(duì)半軸軸承的計(jì)算校核進(jìn)行探討分析，完善軸承的計(jì)算校核，確保軸承的強(qiáng)度、壽命以及保證軸承在許用軸向力和偏擺角內(nèi)工作。同時(shí)解決以往校核不完善而導(dǎo)致半軸軸承異常磨損及異響問(wèn)題，為后續(xù)車(chē)型開(kāi)發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：半軸軸承；計(jì)算；校核

0引言

目前微車(chē)車(chē)橋的半軸軸承設(shè)計(jì)校核，很多整車(chē)廠(chǎng)都只校核其壽命，或者直接給相應(yīng)供應(yīng)商進(jìn)行分析校核，但是軸承供應(yīng)商并未完全了解整車(chē)的使用條件，甚至有的直接借用或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，因此未能全面地對(duì)軸承進(jìn)行計(jì)算校核。之前，某微車(chē)只對(duì)半軸軸承校核壽命，壽命滿(mǎn)足要求，但是路試過(guò)程中很多出現(xiàn)軸承異常磨損及異響。

為此，針對(duì)半軸軸承的計(jì)算校核進(jìn)行探討分析，完善軸承的計(jì)算校核，確保軸承的強(qiáng)度、壽命以及軸承在許用軸向力和偏擺角內(nèi)工作。該車(chē)型的軸承異常磨損及異響問(wèn)題得以解決，并且后續(xù)開(kāi)發(fā)的多款車(chē)型到目前為止在路試過(guò)程中未出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

1半軸軸承的受力分析

首先，針對(duì)微車(chē)的半浮式半軸的軸承進(jìn)行受力分析，如圖1所示。

(1)

(2)

(3)

式中：r為車(chē)輪滾動(dòng)半徑；R1為車(chē)輪接地點(diǎn)到半軸軸承中心點(diǎn)的側(cè)向投影距離；R2為半軸軸承中心點(diǎn)到半軸花鍵中心點(diǎn)的距離。

由此求出軸承所受的徑向力Fr、軸向力Fa為：

(4)

(5)

同理，可以求得右半軸軸承的載荷，在此不再贅述。亦可通過(guò)CAE仿真軟件進(jìn)行分析計(jì)算得到軸承的各個(gè)工況載荷。

2半軸軸承計(jì)算校核

(1)軸承強(qiáng)度校核

基本額定靜載荷是使受載最大的滾動(dòng)體與滾道接觸中心引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值的載荷，作為軸承的靜強(qiáng)度的界限[1-2]。靜強(qiáng)度失效模式通常為塑性變形，即永久的接觸變形[1]。軸承的基本額定靜載荷C0以供應(yīng)商提供值為準(zhǔn)，若無(wú)則按照GB/T 4662執(zhí)行。

根據(jù)上述計(jì)算得到整車(chē)工況下的左右半軸軸承的徑向、軸向載荷，則根據(jù)式(6)、式(7)計(jì)算可得到各個(gè)工況折合成的當(dāng)量靜載荷。

半軸軸承通常為向心軸承，則其當(dāng)量靜載荷取式(6)、式(7)的兩者較大值。

P0=X0Fr+Y0Fa

(6)

P0=Fr

(7)

式中：X0、Y0分別為當(dāng)量靜載荷的徑向、軸向載荷系數(shù)，具體值可查軸承手冊(cè)。

然后，得到整車(chē)工況中最大的當(dāng)量靜載荷P0，與軸承的基本額定靜載荷C0相比應(yīng)有一個(gè)安全系數(shù)fs，安全系數(shù)按照式(8)計(jì)算，并且應(yīng)滿(mǎn)足表1的要求。

(2) 軸承壽命計(jì)算校核

疲勞的失效模式，通常為點(diǎn)蝕破壞[1，3]。同理，可以根據(jù)整車(chē)廠(chǎng)的路況載荷譜通過(guò)軸承的受力分析計(jì)算，可以計(jì)算出軸承的徑向和軸向載荷，然而根據(jù)式(9)計(jì)算出軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P:

P=XFr+YFa

(9)

式中：X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，具體值可查軸承手冊(cè)。

根據(jù)式(10)可計(jì)算出各路況下的軸承壽命：

(10)

式中：L10為90%可靠度的軸承壽命，單位為106轉(zhuǎn)；ft為溫度系數(shù)，參照表2，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試得到軸承的使用溫度情況；ε為指數(shù)，對(duì)于球軸承ε=3，對(duì)于滾子軸承ε=10/3；C為基本額定動(dòng)載荷，以供應(yīng)商提供值為準(zhǔn)，若無(wú)則按照GB/T 6391進(jìn)行計(jì)算。

再根據(jù)各路況載荷譜的路程比率及疲勞損傷累積理論，可由式(11)計(jì)算出綜合路況的軸承壽命：

(11)

轉(zhuǎn)換為里程壽命，按照式(12)計(jì)算：

s綜合=2πrL綜合

(12)

所得到的壽命里程應(yīng)滿(mǎn)足整車(chē)廠(chǎng)的設(shè)計(jì)要求。

(3)軸承最大軸向力校核

由于不同廠(chǎng)家不同軸承結(jié)構(gòu)尺寸，有不同的許用軸向力。若使用過(guò)程中超過(guò)許用軸向力，則軸承的滾子爬到溝槽邊上很容易發(fā)生破壞，為此必須對(duì)軸承軸向力進(jìn)行校核。根據(jù)整車(chē)工況中的最大軸承軸向力Fa，以及所選的軸承最大許用軸向力[Fa](由軸承供應(yīng)商提供)，兩者應(yīng)滿(mǎn)足：[Fa]≥Fa。

(4)軸承最大擺角校核

軸承內(nèi)外圈相對(duì)擺角超過(guò)許用值時(shí)，軸承的壽命急劇下降。圖2所示為某一半軸軸承在相同工況載荷下、不同內(nèi)外圈傾角時(shí)的壽命曲線(xiàn)。

因此，需要對(duì)軸承內(nèi)外圈的最大擺角進(jìn)行校核。根據(jù)整車(chē)工況，利用有限元方法對(duì)后橋總成進(jìn)行分析，可以得到軸承的內(nèi)外圈的最大擺角φmax，軸承供應(yīng)商提供最大許用擺角[φ]，兩者應(yīng)滿(mǎn)足：[φ]≥φmax，否則需對(duì)軸承布置、橋殼或者半軸結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行更改設(shè)計(jì)。如圖3所示，為用ABAQUS有限元分析軟件創(chuàng)建的整個(gè)后橋及懸架總成模型，通過(guò)整車(chē)工況分析即可提取出軸承內(nèi)外圈的相對(duì)夾角，從而可得出軸承內(nèi)外圈的最大擺角φmax。

(5)其他特殊使用條件校核

若軸承還有其他使用要求，還需要對(duì)其進(jìn)行校核，如極限轉(zhuǎn)速、裝配要求等。

根據(jù)以上計(jì)算校核分析可得到比較合適的軸承。實(shí)際產(chǎn)品的驗(yàn)證應(yīng)通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，并且通過(guò)道路試驗(yàn)。如不能通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，則需重新選型校核計(jì)算或控制制造過(guò)程。

3總結(jié)

較完善地對(duì)微車(chē)半軸軸承進(jìn)行計(jì)算校核，解決路試中軸承的異常磨損及異響，并成功應(yīng)用于多個(gè)車(chē)型的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。雖然文中主要針對(duì)微車(chē)的半軸軸承的計(jì)算校核進(jìn)行探討，但亦可給工程師對(duì)其他軸承計(jì)算校核提供參考。

參考文獻(xiàn):

【1】濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2008.

【2】GB T 4662-2003滾動(dòng)軸承 額定靜載荷[S].

【3】GB T 6391-2010滾動(dòng)軸承 額定動(dòng)載荷和額定壽命[S].

Discussion on Checking Calculation for Micro-car Axle Bearing

HUANG Zhenzhi1,XIE Yulin1, XU Tie2, WEI Hongfa1

(1.Liuzhou Konghui Automobile Technology Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545007,China;2.SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd., Liuzhou Guangxi 545007,China)

Keywords:Axle bearing; Calculation; Checking

Abstract:Discussion and analysis were made for checking calculation of axle bearing,to perfect the checking calculation of the bearing, and to ensure the service life of the bearing, to make it work within the allowable axial force and deflection angle. Also the problem that abnormal wear and abnormal sound of axle bearing caused by imperfect checking was solved.It provides reference for subsequent model development.

收稿日期：2016-03-10

作者簡(jiǎn)介：黃振之，工程師，負(fù)責(zé)汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)及NVH性能分析。E-mail：huangzz@khat.cc。

中圖分類(lèi)號(hào):TH133.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)05-061-03