陳杰，蘇媛，向莎

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230009）

某輕型商用車免維護(hù)軸承的開發(fā)

陳杰，蘇媛，向莎

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230009）

輪端技術(shù)是商用車研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，文章針對某商用車型，通過開發(fā)盤式免維護(hù)輪端技術(shù)，匹配新型輪端輪轂、制動盤、轉(zhuǎn)向節(jié)等零部件的設(shè)計(jì)工作，并通過有限元分析零部件的可靠性，完成免維護(hù)輪轂軸承單元開發(fā)工作，對輕型商用車前橋系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行討論。

免維護(hù)軸承；CAE；輪轂；制動盤

前言

目前市場上商用車全部才用普通軸承，行駛一定里程后，需對輪轂軸承重新更換油脂并保養(yǎng)，不僅給終端客戶增加了一定的保養(yǎng)費(fèi)用，也無形當(dāng)中造成了客戶時(shí)間成本的浪費(fèi)。國家五部委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步做好貨車非法改裝和超限超載治理工作的意見》，標(biāo)志著我國對貨車超限超載的治理進(jìn)入新的階段。隨著市場超載現(xiàn)象的不斷規(guī)范化，輪端零部件的使用壽命得到很大改善，對商用車輪端日常維護(hù)保養(yǎng)提出了更高的要求，免維護(hù)等技術(shù)的應(yīng)用成為趨勢。

歐洲商用車車企，如 MAN、斯堪尼亞、沃爾沃等早已匹配免維護(hù)輪轂軸承單元并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。在歐洲卡車市場，一代免維護(hù)輪轂軸承 80%應(yīng)用在前橋，100%應(yīng)用在后橋上。我國商用車由于免維護(hù)輪轂軸承單元開發(fā)較晚，目前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的車型較少，免維護(hù)輪端技術(shù)主要在乘用車領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

目前前后橋輪轂軸承單元經(jīng)過不斷的發(fā)展，經(jīng)歷了三代產(chǎn)品的迭代，免維護(hù)軸承單元技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟。國外主要軸承供應(yīng)商舍弗勒、斯凱孚等都有較成熟的免維護(hù)軸承單元開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)主要軸承供應(yīng)商也開始開發(fā)免維護(hù)軸承單元，但還處于初期階段，與國外產(chǎn)品有一定差距。

根據(jù)以上對國內(nèi)、國際市場環(huán)境的分析，以及對國內(nèi)競爭企業(yè)的應(yīng)用情況進(jìn)行了解，開發(fā)商用車新一代免維護(hù)輪端是勢在必行。

1 軸承介紹

圖1

軸承單元介紹：目前免維護(hù)軸承單元大致可分為三代產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。一代軸承單元將傳統(tǒng)單列軸承組合成一個(gè)整體單元式結(jié)構(gòu)，集軸承、密封圈、潤滑脂于一體。二代軸承單元通常將軸承外圈作為輪轂，形成輪轂軸承單元結(jié)構(gòu)；第三代軸承單元在二代單元基礎(chǔ)上可集成ABS齒圈等，更加集成化。

2 目標(biāo)設(shè)定

前橋免維護(hù)輪端設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)定如下：

表1

3 設(shè)計(jì)說明

從成本和成熟度考慮，擬選用一代軸承單元，其基本結(jié)構(gòu)尺寸為(35×68×48)mm，并根據(jù)該軸承結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行前輪端設(shè)計(jì)。輪轂軸承及前軸使用工況、壽命計(jì)算可參考下表：

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

保證現(xiàn)有車型前輪轂主要安裝尺寸不變，為配合軸承單元的開發(fā)，主要開發(fā)零部件包括前輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動盤、輪轂單元，新輪端結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖2

4.1 前輪轂

圖3

前輪轂采用 QT450-10球墨鑄鐵材料鑄造成型，熱處理后對內(nèi)輪轂進(jìn)行機(jī)加工軸承安裝面及螺栓孔等，小端內(nèi)徑φ 68mm，外徑φ84mm，更改前后結(jié)構(gòu)對比如圖3所示。

前輪轂更改前后CAE分析對比結(jié)果如下表：

表3

前輪轂更改前后CAE分析應(yīng)力云圖如下圖所示：

圖4

結(jié)論：輪轂法蘭螺栓孔處應(yīng)力最大，改進(jìn)后輪轂最大應(yīng)力小于原狀態(tài)最大應(yīng)力，安全系數(shù)增大，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 軸承單元

軸承單元采用一代免維護(hù)軸承，將潤滑、密封、調(diào)整間隙功能集中到軸承內(nèi)，無需維護(hù)，壽命長，更改前后軸承單元結(jié)構(gòu)對比如下表所示。

軸承選型計(jì)算壽命對比如下表：

圖5

結(jié)論：軸承選型滿足布置需求，且壽命相對現(xiàn)用件有很大提升，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)的設(shè)計(jì)要求。

4.3 制動盤

圖6

制動盤固定方式由之前的螺栓固定更改為卡接在輪轂上，為滿足裝配需求，軸向尺寸由44.3mm加長到63.6mm，更改前后結(jié)構(gòu)對比如圖6所示。

制動盤更改前后CAE對比分析如下表所示：

表4

制動盤更改前后CAE分析應(yīng)力云圖如下圖所示：

圖7

結(jié)論：改進(jìn)制動盤最大應(yīng)力小于原狀態(tài)最大應(yīng)力，安全系數(shù)增大，符合設(shè)計(jì)要求。

4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)

轉(zhuǎn)向節(jié)在基本型W5000基礎(chǔ)上修改軸端部分，軸端結(jié)構(gòu)由階梯式更改為圓柱式，軸端長度由84mm縮短到50mm，主銷孔、轉(zhuǎn)向節(jié)安裝面、外傾角等尺寸參數(shù)與基本型W5000轉(zhuǎn)向節(jié)保持一致。其結(jié)構(gòu)對比如下圖所示：

圖8

轉(zhuǎn)向節(jié)更改前后CAE分析結(jié)果對比如下表所示：

表5

轉(zhuǎn)向節(jié)更改前后CAE分析應(yīng)力云圖如圖9所示。

結(jié)論：轉(zhuǎn)向節(jié)卡鉗安裝孔附近應(yīng)力最大，改進(jìn)后轉(zhuǎn)向節(jié)最大應(yīng)力小于原狀態(tài)最大應(yīng)力，安全系數(shù)增大，符合設(shè)計(jì)要求。

基于一代免維護(hù)軸承，對前輪轂裝置進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，具體變動件及開發(fā)周期見表6。

圖9

表6

5 結(jié)語

通過對某輕型商用車輪端技術(shù)研究，完成免維護(hù)輪轂軸承單元開發(fā)。軸承單元及周邊零部件開發(fā)能夠滿足前橋1.3T載荷需求，且新一代輪端滿足空間布置，符合整車的相關(guān)參數(shù)要求，并且滿足客戶的需要，達(dá)到免維護(hù)目的。完成輕型商用車新一代輪端的技術(shù)儲備，為后續(xù)車型免維護(hù)軸承的開發(fā)做技術(shù)儲備。

[1] 吉林大學(xué)汽車工程系.汽車構(gòu)造（第 5版）[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 劉澤九.滾動軸承應(yīng)用手冊 [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

[3] 朱愛華,朱成九,張衛(wèi)華.滾動軸承摩擦力矩的計(jì)算分析.[J].軸承,2008（7）:1-3.

[4] 林國昌,徐從儒.滾子軸承準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算分析[J].航空發(fā)動機(jī),1990（4）;67-77.

[5] 袁茹,李繼慶.高速滾子軸承的擬動態(tài)分析計(jì)算[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1995,14（1）：65-68.

[6] 李錦標(biāo),吳林豐.高速滾子軸承的動力學(xué)分析[J].航空學(xué)報(bào),1992,13:625-632.

[7] 杜輝.航空發(fā)動機(jī)主軸高速圓柱滾子軸承三維瞬態(tài)擬動力學(xué)分析[D].洛陽,河南科技大學(xué),2005.

[8] 薛崢,汪久根等.深溝球軸承的動力學(xué)分析及其軟件[J].軸承,2009:14-19.

[9] 張成鐵,陳國定.高速滾動軸承的動力學(xué)分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1997,16（1）:136-139.

The development of light commercial automobile maintainfree wheel bearing

Chen Jie, Su Yuan, Xiang Sha
( Anhui Jianghuai Automobile Technology Center, Anhui Hefei 230009 )

As the core technology of the light commerical automobile, maintenance-free of disc of wheel technology and matching design of new hub,disc brake,knuckle were employed in this article,components reliability were verified in CAE and development of maintenance-free hub bearing was complete,the front axle of light commerical automobile was discussed.

maintenance-free; CAE; hub; disc brake

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-11-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.005

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-11-03

陳杰，男，本科，工程師職稱，就職于汽車技術(shù)中心輕型商用車研究院。主要從事車輛底盤系統(tǒng)開發(fā)。