重型貨車車橋輪轂單元軸承壽命分析和裝車驗證

隋景玉，張澤杰，張凱，屈克舉

山東蓬翔汽車有限公司 山東煙臺 265607

重型貨車車橋輪轂總成一般由輪轂、輪轂內(nèi)外軸承、油封及ABS齒圈等零部件組成，用于裝配整車車輪和制動鼓，是汽車車橋輪邊部位必不可少的總成件，而其中最重要的核心件當屬輪轂軸承。

輪轂軸承是用來承重和為輪轂的轉(zhuǎn)動提供精確引導的零部件，既承受軸向載荷又承受徑向載荷，是汽車載重和轉(zhuǎn)動的重要組成部分。作為汽車重要的行走部件，輪轂軸承擔負著降低底盤運轉(zhuǎn)時的摩擦阻力，維持汽車正常行駛。如果輪轂軸承出現(xiàn)故障，可能會引起噪聲、軸承發(fā)熱等現(xiàn)象，輪轂軸承的壽命直接決定了整個輪邊總成的壽命。

輪轂單元是將輪轂與輪轂軸承通過更加合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計組合成為一個單元體，相比普通結(jié)構(gòu)輪轂總成，輪轂單元具有免維護和壽命長的優(yōu)勢。

結(jié)構(gòu)特征

1.結(jié)構(gòu)分解

圖1所示為該輪轂單元的結(jié)構(gòu)組成，其中包含了輪轂單元的各組成部件。

圖1 輪轂單元結(jié)構(gòu)組成

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

與普通結(jié)構(gòu)輪轂總成相比，該輪轂單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

1）在內(nèi)外兩個軸承與輪轂空腔間分別增加了隔圈，外軸承處增加了油封，這樣兩個錐軸承就各自擁有了獨立的適度空間。在此空間內(nèi)加注適量的潤滑脂，可以保證兩軸承能夠長時間保持優(yōu)良的潤滑效果，使得車橋保養(yǎng)里程成倍增加，保養(yǎng)里程可以從原來的5萬km提高到40萬～50萬km。

2）通過增加兩個卡簧的設(shè)計將輪轂單元真正結(jié)合為一個單元體，在多次的拆卸、安裝過程中，始終是一個整體單元，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互位置保留了原出廠狀態(tài)，免除了輪轂油封劃傷損壞等問題。此外還節(jié)省了拆卸、安裝時間，方便了用戶。

3）輪轂內(nèi)外油封均為特制氟橡膠材料，耐高溫、抗氧化、抗腐蝕性優(yōu)，能夠保持長壽命不損壞。

4）內(nèi)外軸承跨距大，軸承受力較好，軸承規(guī)格和布置借用行業(yè)經(jīng)典布置形式，久經(jīng)市場檢驗；采用油脂潤滑，免除了油潤滑的漏油風險。

5）該結(jié)構(gòu)適應(yīng)性非常強，既可以用于較好路況（典型車輛：牽引車、公路運輸車等），又可以用于相對惡劣路況（典型車輛：自卸車）。

6）與其他國外品牌輪轂單元相比，成本相對更低。

軸承壽命分析

1.建立模型

如圖2所示，在Romax下對輪轂軸承單元進行參數(shù)化建模，模型包括輪轂、內(nèi)軸承、外軸承、軸頭和半軸，其中要重點分析的輪轂軸承的具體參數(shù)見表1。

圖2 輪轂單元參數(shù)化建模

表1 輪轂軸承參數(shù)

2.輸入載荷譜

按整橋承載13t、車輛工作運行時間10年計，整車工況包括平直路面、平直帶沖擊路面、壞路、車輛向左、向右轉(zhuǎn)彎以及向左、向右急轉(zhuǎn)彎共7種工況，輸入載荷譜參數(shù)，見表2、表3。

表2 載荷譜參數(shù)1

表3 載荷譜參數(shù)2 （單位：t）

經(jīng)計算，車速在80km/h下的輪邊轉(zhuǎn)速為：

3.運行分析結(jié)果

圖3所示為綜合全部工況分析得到的輪轂軸承壽命匯總結(jié)果。

圖3 軸承壽命分析結(jié)果

圖4和圖5所示分別為輪轂內(nèi)軸承、外軸承在各細分工況下分析得到的結(jié)果。

圖4 輪轂內(nèi)軸承分析結(jié)果

圖5 輪轂外軸承分析結(jié)果

由以上分析數(shù)據(jù)可見，在現(xiàn)有載荷譜下，輪轂內(nèi)外軸承的最大損傷分別為26.8%和67.8%，最差靜態(tài)安全系數(shù)充分，滿足使用要求。造成輪轂損傷排行前三位的工況依次為壞路、平直路面和平直帶沖擊工況。

圖6所示為現(xiàn)有載荷譜下對輪轂的有限元分析結(jié)果。由分析結(jié)果可見，輪轂的最大應(yīng)力和應(yīng)變分別為44MPa和3.9×10-4，均滿足材料可靠性要求。

圖6 輪轂有限元分析結(jié)果

裝車驗證

為驗證輪轂單元的實際裝車使用可靠性情況，2016年在售后市場確定更換用車3輛，具體為東營某紅巖6×4半掛油罐車用戶，并于同年11月完成了輪轂單元的更換，裝配過程順利，用戶非常滿意。

普通輪轂總成維修保養(yǎng)里程周期通常為10萬～15萬km，對軸頭、輪轂、軸承做徹底清潔，重新加入新的油脂。此輪轂單元可以大大延長維修保養(yǎng)時間達1倍以上。經(jīng)2020年12月底確認，該3輛車自2016年11月至今已運行4年以上，每輛車運行里程近60萬km，運行線路為在東營至龍口間的原油運輸，道路為省道、國道，使用情況始終良好，未發(fā)生任何普通輪轂經(jīng)長久使用后產(chǎn)生的高溫、異響、拆卸填脂等故障，期間僅保養(yǎng)過2次。

結(jié)語

針對輪轂單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在Romax下建立模型，導入各種實際使用工況下的載荷譜參數(shù)，重點對輪轂軸承的壽命進行了分析計算，通過實車驗證證明了輪轂軸承單元的使用性能可靠，能夠滿足長壽命的使用要求。