某輕型客車輪轂軸承的匹配計算

王成立，劉守銀

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某輕型客車輪轂軸承的匹配計算

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需求，開發(fā)了一款輕型客車。該車型在試驗場路試過程中，發(fā)生了兩起前輪轂軸承燒蝕問題。本文針對該問題，運用理論計算、CAE分析，并結合試驗，制定相關措施，優(yōu)化設計輪轂軸承。

輕型客車；輪轂軸承；優(yōu)化設計

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

引言

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

1、結構分析

該輕型客車前輪轂總成中，使用兩個單列圓錐滾子軸承支撐，基本結構如圖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；二是車輛轉彎時產(chǎn)生的側向力F2；三是車輛制動時出現(xiàn)的軸荷轉移△F。所以，計算軸承所受到的力也應該考慮到這三種的因素。

兩個圓錐滾子軸承的相關參數(shù)如下:

2、理論計算

簡化輪轂軸承靜載荷下的受力圖（圖2），并整理計算用整車參數(shù):

設定內(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；

計算得出:Fi1=4377N，F(xiàn)o1=3326N。

車輛在整車的轉彎過程中，設定側向加速為0.1g，畫出此時軸承的受力圖，由于兩個軸承對頂裝配（圖3），再受到方向向里的力時，外軸承內(nèi)圈與外圈有分離的趨勢，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（設定正常轉彎時側向加速度為0.1g）:

Fi2:由于側向力而產(chǎn)生的內(nèi)軸承受力；

Fo2:由于側向力而產(chǎn)生的外軸承受力；

F2:車輛轉彎時產(chǎn)生的側向力；

F1:靜載荷的單邊輪荷；

L3:內(nèi)軸承到旋轉中心的距離，為124.5mm；

L4:外軸承到旋轉中心的距離，為75mm；

R:輪胎半徑，為327mm；

Y0:軸承的計算系數(shù)，當前軸承為0.7；

計算得出:Fi1=1078N，F(xiàn)o1=1567N

計算軸荷轉移影響（圖5），根據(jù)公式:

△F:軸荷轉移；

m；整車最大總質量；

a:制動減速度，取0.3g；

h；車輛滿載重心高度；

L；軸距；

計算得出，△F=298kg。

根據(jù)靜載荷下軸承受力的計算方法:

Fi3:軸荷轉移時，內(nèi)軸承承受的載荷；

Fo3:軸荷轉移時，外軸承承受的載荷；

計算得出:Fi3=849N；Fo3=645N

由上可知，在只考慮靜載荷影響的時候，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)，設定車速為50km/h，計算軸承壽命:

考慮三種力的影響，此時輪轂內(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)上述公式計算:

通過計算，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。

該公司對整車壽命要求為25萬公里，軸承應該滿足整車壽命的要求，根據(jù)理論計算結果和實際的使用情況，應對內(nèi)、外軸承進行加強。

要滿足上述的軸承加強目的，必須充分考慮現(xiàn)有的轉向節(jié)、輪轂、制動盤等機構布置，同時提高軸承額定動載荷，我們查找了所有國標軸承和英制軸承，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

重新計算各廠家型號軸承的使用壽命（在三種力的共同影響下）:

計算表明，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。按該軸承重新設計輪轂、轉向節(jié)等相關零件，使用cae分析軟件進行強度分析；

并進行軸承的臺架試驗和試驗車的實車驗證。

3、驗證

按照國家標準GB/T24607-2009 和GB/T6391-2010，軸承可靠度大于95%；

可靠性路試進行了兩臺車，分別編號為1#、2#。

按照汽車廠家要求，路試車輛強化路能夠滿足12000km，即認定為合格。

4、結論

目前，國內(nèi)汽車開發(fā)一般選擇進行對標設計，但裝出來的實車與車輛的實際工況又與標桿車不同，這會導致一些問題。

對標設計會讓新產(chǎn)品開發(fā)少走一些彎路，但是，一定要根據(jù)實際使用情況對設計再進行確認，以滿足國內(nèi)市場。本文僅針對輪轂軸承的受力情況進行分析和計算，希望對其他產(chǎn)品開發(fā)有所啟示。

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

[2] 濮良貴，紀名剛.機械設計.北京:高等教育出版社.2003.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社.2000.

[4] 陳家瑞.汽車構造.下冊.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中心。