轿车轮毂轴承寿命计算及其耐久性试验研究

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1、轿车轮毂轴承寿命计算及其耐久性试验研究华南理工大学硕士学位论文姓名：黎桂华申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：李伟光;丁长安20041001第一章绪论第一章绪论１．１项目来源轿车轮毂轴承（图１—１）是轿车极为关键的零部件之一。它影响整车可靠性，有各种性能、检验项目，对轴承规定的性能要求的最终确认取决于台架（ＢｅｎｃｈＴｅｓｔ）及实车（ＴｅＳｔｏｎＡｃｔｕａｌＴｒｕｃｋ，国内称之为：路试）试验结果。因此，对轴承制造厂来说，完成基于轿车行驶实况的寿命分析计算以及通过台架试验对轮毂轴承的各种性能加以试验和评定并取得ＯＥＭ的批准认可是主

2、机配套市场开发过程中的一项重要工作。（ａ）轿车轮毂轴承（ｂ）驱动轮中的轮毂轴承（ｃ）从动轮中的轮毂轴承Ｂｅａｒｉｎｇｓ（ａ）ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＷｈｅｅｌＢｅ———————————————————————————————————————————————ａｒｉｎｇｓ（ｂ）Ｆｒｏｎｔ?ＷｈｅｅｌＢｅａｒｉｎｇｓＬａｙｏｕｔＬａｙｏｕｔ（ｃ）Ｒｅａｒ—Ｗｈｅｅｌ图１－１轿车轮毂轴承Ｆｉｇ．１－１ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＷｈｅｅｌＢｅａｒｉｎｇｓ轿车轮毂轴承的使用性能不仅取决于轴承本身的材料、加工和润滑脂、密封装置的功能，还取决于其周围的部件和使

3、用条件。后者包括：整车重量、载荷、速度、温度及路况，也就是说，轴承在诸多参数条件下工作，而这些参数是无法精确知道的。台架试验与设计、制造一起，都是轮毂轴承开发总体的一部分。为了有效的降低开发风险并早期识别潜在的失效模式，需要在产品质量先期策划（ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏｄｕｃｔＱｕａｌｉｔｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＡＰＯＰ）阶段特别是在样件制造完毕后开展台架试验。华南理工大学工程硕士学位论文满足主机市场和企业发展的需要。作者所在的工作单位一韶关东南轴承有限公司（以下简称ＩＢ公司）是中国最大的轿车轮毂轴承制造商之一，但是到目前为止，其主要市

4、场仍然是售后维修市场及低档轿车主枫市场，产品主要通过经销商到达最终用户手中。近年来ＩＢ公司加快了开辟国内外主机（ＯＥＭ厂）市场的步伐。国内、外主机厂无一例外将产品开发能力尤其是基于轿车行驶实况的寿命计算、台———————————————————————————————————————————————架试验技术能力（包括设计试验方案、试验数据处理等）作为选择、开发轮毂轴承供应商的先决条件。ＩＢ公司在与主机厂合作开发的过程中积累了一定的产品开发和台架试验的经验，同时也深亥４的认识到：要成功地进入中、高档轿车主机市场，必须高度重视产品开发过

5、程中的台架试验工作，并且要向顾客提供完备、全面的理论计算、试验数据和试验报告。没有完备的台架试验报告就不可能获得顾客对我们的产品和质量保证能力的信任，主机配套也就无从谈起。对此，ＩＢ公司有过惨痛的教训，２００２年与法国著名轿车底盘制造商ＡＣＩ（Ａｕｔｏ．Ｃｈａｓｓｉｓ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）的项目开发过程中，因为不能够提供完备的试验数据和轴承理论寿命计算结果而失去了为雷诺Ｘ９０轿车（注：Ｘ９０轿车为中档轿车）配套的宝贵机会。轿车轮毂轴承的寿命分析必须建立在轿车行驶条件下的轮胎载荷准确计算分析的基础上。此外，为了获得整体寿命最大化

6、，轮毂轴承在使用前实施了定位预紧，轴承在一定的预载荷（负的轴向游隙）条件下工作。预紧状态下的轿车轮毂轴承为静不定系统，需要采用数值方法求解轴承载荷，计算比较复杂。实际上，在零游隙状态下进行轴承受力并在此基础上计算轴承系统寿命具有相当的准确性ｗ，便于工程应用。———————————————————————————————————————————————本文在轮毂轴承的零游隙状态下完成系统寿命计算，并提出轮毂轴承的耐久性（台架）试验方案。同时，作为日后进一步深入研究之基础，本文亦对轮毂轴承在预紧（负游隙）状态下的轴承载荷作了推导、分析，推

7、导了用于求解轴承受力的非线性方程组。１．２轿车轮毂轴承的发展历史及现状轿车轮毂轴承的最早应用可追溯到１９３６年，即雪铁龙（ＣｉｔｒＳｅｎ）轿车那个时代。ＳＫＦ研制成功的四门轿车１ＩＣＶ驱动前轮是目前轮毂轴承单元的始祖。在那时，对于大多数驱动前轮来说，仍需常调整轴承的间隙。随着前置前驱动（ＦＦ化）轿车的飞速发展，轮毂轴承发生了很大的变化。以往每一个车轮都使用两套圆锥滚子轴承或两套向心球轴承，现在则都单元化了，以整体组装形式使用，并且轮毂轴承单元结构形式也向多样化发展（见图卜２轿车轮毂轴承的结构演化）。目前使用的轮毂轴承单元，根据其结构型

8、式和变化分成三代，分２第一章绪论别称为第１代、第２代、第３代。（ａ）第一代轿车轮毂轴承（ｂ）第二代轿车轮毂轴承（ｃ）第三代轿车轮毂轴承（ａ）ＧＥＮｔＷｈｅｅｌＢｅａｒｉｎｇｓ（ｂ）ＧＥＮ２Ｗｈｅｅｌｂｅａｒｉｎｇｓ（ｃ）