輪轂軸承倒角優化設計

趙小峰，李春良

(1.長城汽車股份有限公司 技術中心，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]，其與輪轂一側的制動系統連接，作用是承載車身重量，使車輪相對車身轉動，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 輪轂軸承內圈倒角優化設計

輪轂軸承結構如圖1所示，輪轂軸承外圈一端面與轉向節軸承擋肩配合,另一端面與孔用彈性擋圈配合,內圈一端面與凸緣配合,另一端面與驅動軸配合，在制動器總成上的位置如圖2所示。

圖1 輪轂軸承結構

圖2 制動器總成

1.1 內圈大端倒角

假設驅動軸鎖緊力F=50 kN,輪轂軸承內徑d=43 mm，外徑D=60 mm，分別對內圈大端進行倒圓角和倒復合圓角處理,對2種情況下軸承與驅動軸的接觸應力進行分析。

1)內圈大端倒圓角

內圈大端倒圓角如圖3所示，輪轂軸承與驅動軸的接觸面積S1為

圖3 內圈大端倒角

(1)

d1=d+2R1，

d2=D-2R2，

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

接觸應力P1為

(2)

由(2)式可得P1=98.2 MPa。

2)內圈大端倒復合圓角

內圈端面復合倒角設計如圖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 內圈大端復合倒角

輪轂軸承與驅動軸接觸面積S2為

(3)

d3=d+2c，

d4=D-2b。

接觸應力P2為

(4)

經計算P2=79.9 MPa。對輪轂軸承內圈大端進行倒復合圓角處理后，相比內圈大端普通圓倒角，接觸應力降低18.3 MPa，故輪轂軸承設計時可對內圈大端進行倒復合圓角設計，根據經驗,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 內圈小端倒角

輪轂軸承內圈由2個小內圈組成，內圈小端倒角設計如圖5所示。

圖5 內圈小端倒角

1)內圈小端倒角設計為圖5a所示45°倒角，在壓裝過程中，輪轂軸承會刮傷凸緣；

2)內圈小端倒角設計為圖5b所示的倒圓角[3]，將凸緣壓入軸承后,再將驅動軸插入凸緣,將軸承鎖緊,通過拆解發現,輪轂軸承2個小內圈接觸部位出現輕微變形；

3)內圈小端倒角設計為如圖5c所示的倒角，加工過程中存在毛刺，壓裝后2個內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，將內圈小端倒角設計為圖5d所示的復合倒角。根據經驗，θ取為15°～25°，δ取為15°～30°，R4取為1～2 mm。通過壓力機將凸緣壓入軸承，再通過壓力機將凸緣從軸承中壓出，凸緣未被刮傷，2個內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計

輪轂軸承外圈倒角設計同樣采用復合倒角，應注意：

1)輪轂軸承外圈一側與轉向節軸承擋肩配合，外圈復合倒角中的倒圓角半徑應大于轉向節軸承擋肩處的根部圓角半徑，否則會發生干涉；

2)輪轂軸承外圈另一側與孔用彈性擋圈配合，為了防止軸承脫出，應盡量增大配合部位的接觸面積，軸承外圈復合倒角中的倒圓角設計不宜過大；

3)輪轂軸承外圈內部需壓裝密封圈，將外圈內倒角處復合倒角設計成20°～30°，該倒角具有導向作用，可方便密封圈的壓裝。

3 結束語

介紹了輪轂軸承內圈倒角的優化設計方法，對內圈倒角進行優化設計，使用復合倒角代替倒圓角,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計過程中應注意的問題。經過優化設計后的輪轂軸承，經實際裝車使用，滿足了使用要求。