微車半軸軸承的計算校核探討

黃振之，謝玉琳，徐鐵，韋宏法

(1.柳州孔輝汽車科技有限公司，廣西柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

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微車半軸軸承的計算校核探討

黃振之1，謝玉琳1，徐鐵2，韋宏法1

(1.柳州孔輝汽車科技有限公司，廣西柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

摘要：主要針對半軸軸承的計算校核進行探討分析，完善軸承的計算校核，確保軸承的強度、壽命以及保證軸承在許用軸向力和偏擺角內工作。同時解決以往校核不完善而導致半軸軸承異常磨損及異響問題，為后續車型開發提供參考。

關鍵詞：半軸軸承；計算；校核

0引言

目前微車車橋的半軸軸承設計校核，很多整車廠都只校核其壽命，或者直接給相應供應商進行分析校核，但是軸承供應商并未完全了解整車的使用條件，甚至有的直接借用或根據經驗進行選取，因此未能全面地對軸承進行計算校核。之前，某微車只對半軸軸承校核壽命，壽命滿足要求，但是路試過程中很多出現軸承異常磨損及異響。

為此，針對半軸軸承的計算校核進行探討分析，完善軸承的計算校核，確保軸承的強度、壽命以及軸承在許用軸向力和偏擺角內工作。該車型的軸承異常磨損及異響問題得以解決，并且后續開發的多款車型到目前為止在路試過程中未出現類似問題。

1半軸軸承的受力分析

首先，針對微車的半浮式半軸的軸承進行受力分析，如圖1所示。

(1)

(2)

(3)

式中：r為車輪滾動半徑；R1為車輪接地點到半軸軸承中心點的側向投影距離；R2為半軸軸承中心點到半軸花鍵中心點的距離。

由此求出軸承所受的徑向力Fr、軸向力Fa為：

(4)

(5)

同理，可以求得右半軸軸承的載荷，在此不再贅述。亦可通過CAE仿真軟件進行分析計算得到軸承的各個工況載荷。

2半軸軸承計算校核

(1)軸承強度校核

基本額定靜載荷是使受載最大的滾動體與滾道接觸中心引起的接觸應力達到一定值的載荷，作為軸承的靜強度的界限[1-2]。靜強度失效模式通常為塑性變形，即永久的接觸變形[1]。軸承的基本額定靜載荷C0以供應商提供值為準，若無則按照GB/T 4662執行。

根據上述計算得到整車工況下的左右半軸軸承的徑向、軸向載荷，則根據式(6)、式(7)計算可得到各個工況折合成的當量靜載荷。

半軸軸承通常為向心軸承，則其當量靜載荷取式(6)、式(7)的兩者較大值。

P0=X0Fr+Y0Fa

(6)

P0=Fr

(7)

式中：X0、Y0分別為當量靜載荷的徑向、軸向載荷系數，具體值可查軸承手冊。

然后，得到整車工況中最大的當量靜載荷P0，與軸承的基本額定靜載荷C0相比應有一個安全系數fs，安全系數按照式(8)計算，并且應滿足表1的要求。

(2) 軸承壽命計算校核

疲勞的失效模式，通常為點蝕破壞[1，3]。同理，可以根據整車廠的路況載荷譜通過軸承的受力分析計算，可以計算出軸承的徑向和軸向載荷，然而根據式(9)計算出軸承的當量動載荷P:

P=XFr+YFa

(9)

式中：X、Y分別為徑向動載荷系數和軸向動載荷系數，具體值可查軸承手冊。

根據式(10)可計算出各路況下的軸承壽命：

(10)

式中：L10為90%可靠度的軸承壽命，單位為106轉；ft為溫度系數，參照表2，根據試驗測試得到軸承的使用溫度情況；ε為指數，對于球軸承ε=3，對于滾子軸承ε=10/3；C為基本額定動載荷，以供應商提供值為準，若無則按照GB/T 6391進行計算。

再根據各路況載荷譜的路程比率及疲勞損傷累積理論，可由式(11)計算出綜合路況的軸承壽命：

(11)

轉換為里程壽命，按照式(12)計算：

s綜合=2πrL綜合

(12)

所得到的壽命里程應滿足整車廠的設計要求。

(3)軸承最大軸向力校核

由于不同廠家不同軸承結構尺寸，有不同的許用軸向力。若使用過程中超過許用軸向力，則軸承的滾子爬到溝槽邊上很容易發生破壞，為此必須對軸承軸向力進行校核。根據整車工況中的最大軸承軸向力Fa，以及所選的軸承最大許用軸向力[Fa](由軸承供應商提供)，兩者應滿足：[Fa]≥Fa。

(4)軸承最大擺角校核

軸承內外圈相對擺角超過許用值時，軸承的壽命急劇下降。圖2所示為某一半軸軸承在相同工況載荷下、不同內外圈傾角時的壽命曲線。

因此，需要對軸承內外圈的最大擺角進行校核。根據整車工況，利用有限元方法對后橋總成進行分析，可以得到軸承的內外圈的最大擺角φmax，軸承供應商提供最大許用擺角[φ]，兩者應滿足：[φ]≥φmax，否則需對軸承布置、橋殼或者半軸結構尺寸進行更改設計。如圖3所示，為用ABAQUS有限元分析軟件創建的整個后橋及懸架總成模型，通過整車工況分析即可提取出軸承內外圈的相對夾角，從而可得出軸承內外圈的最大擺角φmax。

(5)其他特殊使用條件校核

若軸承還有其他使用要求，還需要對其進行校核，如極限轉速、裝配要求等。

根據以上計算校核分析可得到比較合適的軸承。實際產品的驗證應通過臺架試驗，并且通過道路試驗。如不能通過試驗驗證，則需重新選型校核計算或控制制造過程。

3總結

較完善地對微車半軸軸承進行計算校核，解決路試中軸承的異常磨損及異響，并成功應用于多個車型的開發設計。雖然文中主要針對微車的半軸軸承的計算校核進行探討，但亦可給工程師對其他軸承計算校核提供參考。

參考文獻:

【1】濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2008.

【2】GB T 4662-2003滾動軸承 額定靜載荷[S].

【3】GB T 6391-2010滾動軸承 額定動載荷和額定壽命[S].

Discussion on Checking Calculation for Micro-car Axle Bearing

HUANG Zhenzhi1,XIE Yulin1, XU Tie2, WEI Hongfa1

(1.Liuzhou Konghui Automobile Technology Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545007,China;2.SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd., Liuzhou Guangxi 545007,China)

Keywords:Axle bearing; Calculation; Checking

Abstract:Discussion and analysis were made for checking calculation of axle bearing,to perfect the checking calculation of the bearing, and to ensure the service life of the bearing, to make it work within the allowable axial force and deflection angle. Also the problem that abnormal wear and abnormal sound of axle bearing caused by imperfect checking was solved.It provides reference for subsequent model development.

收稿日期：2016-03-10

作者簡介：黃振之，工程師，負責汽車底盤結構設計與開發及NVH性能分析。E-mail：huangzz@khat.cc。

中圖分類號:TH133.3

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)05-061-03