輪轂軸承倒角優(yōu)化設(shè)計(jì)

趙小峰，李春良

(1.長城汽車股份有限公司 技術(shù)中心，河北 保定 071000；2.河北省汽車工程研究中心，河北 保定 071000)

輪轂軸承是汽車懸架的重要組成部分[1]，其與輪轂一側(cè)的制動系統(tǒng)連接，作用是承載車身重量，使車輪相對車身轉(zhuǎn)動，同時承受懸架傳遞的各種行駛工況下的軸向載荷和徑向載荷，其性能對汽車的性能和行駛安全非常重要[2]。

1 輪轂軸承內(nèi)圈倒角優(yōu)化設(shè)計(jì)

輪轂軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，輪轂軸承外圈一端面與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承擋肩配合,另一端面與孔用彈性擋圈配合,內(nèi)圈一端面與凸緣配合,另一端面與驅(qū)動軸配合，在制動器總成上的位置如圖2所示。

圖1 輪轂軸承結(jié)構(gòu)

圖2 制動器總成

1.1 內(nèi)圈大端倒角

假設(shè)驅(qū)動軸鎖緊力F=50 kN,輪轂軸承內(nèi)徑d=43 mm，外徑D=60 mm，分別對內(nèi)圈大端進(jìn)行倒圓角和倒復(fù)合圓角處理,對2種情況下軸承與驅(qū)動軸的接觸應(yīng)力進(jìn)行分析。

1)內(nèi)圈大端倒圓角

內(nèi)圈大端倒圓角如圖3所示，輪轂軸承與驅(qū)動軸的接觸面積S1為

圖3 內(nèi)圈大端倒角

(1)

d1=d+2R1，

d2=D-2R2，

式中：R1為輪轂軸承內(nèi)圈大端內(nèi)倒角直徑，R1=5 mm;R2為輪轂軸承內(nèi)圈大端外倒角直徑，R2=0.6 mm。

接觸應(yīng)力P1為

(2)

由(2)式可得P1=98.2 MPa。

2)內(nèi)圈大端倒復(fù)合圓角

內(nèi)圈端面復(fù)合倒角設(shè)計(jì)如圖4所示，圖中，α=15°，β=25°，γ=33°，a=0.5 mm，b=0.5 mm，c=3.1 mm，R2=0.6 mm，R3=5 mm。

圖4 內(nèi)圈大端復(fù)合倒角

輪轂軸承與驅(qū)動軸接觸面積S2為

(3)

d3=d+2c，

d4=D-2b。

接觸應(yīng)力P2為

(4)

經(jīng)計(jì)算P2=79.9 MPa。對輪轂軸承內(nèi)圈大端進(jìn)行倒復(fù)合圓角處理后，相比內(nèi)圈大端普通圓倒角，接觸應(yīng)力降低18.3 MPa，故輪轂軸承設(shè)計(jì)時可對內(nèi)圈大端進(jìn)行倒復(fù)合圓角設(shè)計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn),R2取為0.5～1 mm，a取為0.5～1 mm，b取為0.8～8 mm，α取為15°～30°，β取為20°～35°。

1.2 內(nèi)圈小端倒角

輪轂軸承內(nèi)圈由2個小內(nèi)圈組成，內(nèi)圈小端倒角設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 內(nèi)圈小端倒角

1)內(nèi)圈小端倒角設(shè)計(jì)為圖5a所示45°倒角，在壓裝過程中，輪轂軸承會刮傷凸緣；

2)內(nèi)圈小端倒角設(shè)計(jì)為圖5b所示的倒圓角[3]，將凸緣壓入軸承后,再將驅(qū)動軸插入凸緣,將軸承鎖緊,通過拆解發(fā)現(xiàn),輪轂軸承2個小內(nèi)圈接觸部位出現(xiàn)輕微變形；

3)內(nèi)圈小端倒角設(shè)計(jì)為如圖5c所示的倒角，加工過程中存在毛刺，壓裝后2個內(nèi)圈小端倒角配合不良,軸承受力不均,影響軸承使用壽命。

針對上述問題，將內(nèi)圈小端倒角設(shè)計(jì)為圖5d所示的復(fù)合倒角。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，θ取為15°～25°，δ取為15°～30°，R4取為1～2 mm。通過壓力機(jī)將凸緣壓入軸承，再通過壓力機(jī)將凸緣從軸承中壓出，凸緣未被刮傷，2個內(nèi)圈小端倒角配合部位不存在擠壓變形,無毛刺。

2 輪轂軸承外圈倒角設(shè)計(jì)

輪轂軸承外圈倒角設(shè)計(jì)同樣采用復(fù)合倒角，應(yīng)注意：

1)輪轂軸承外圈一側(cè)與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承擋肩配合，外圈復(fù)合倒角中的倒圓角半徑應(yīng)大于轉(zhuǎn)向節(jié)軸承擋肩處的根部圓角半徑，否則會發(fā)生干涉；

2)輪轂軸承外圈另一側(cè)與孔用彈性擋圈配合，為了防止軸承脫出，應(yīng)盡量增大配合部位的接觸面積，軸承外圈復(fù)合倒角中的倒圓角設(shè)計(jì)不宜過大；

3)輪轂軸承外圈內(nèi)部需壓裝密封圈，將外圈內(nèi)倒角處復(fù)合倒角設(shè)計(jì)成20°～30°，該倒角具有導(dǎo)向作用，可方便密封圈的壓裝。

3 結(jié)束語

介紹了輪轂軸承內(nèi)圈倒角的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對內(nèi)圈倒角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用復(fù)合倒角代替倒圓角,可有效增大軸承與其他零件的接觸面積，減小接觸應(yīng)力，也可防止刮傷其他零部件。并簡要介紹了輪轂軸承外圈倒角設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的輪轂軸承，經(jīng)實(shí)際裝車使用，滿足了使用要求。