轮毂轴承对车轮晃动的影响

2010-07-31李素娟

轴承 2010年3期

李素娟

(浙江万向精工有限公司，杭州 311202)

1 问题的提出

公司生产的第一代汽车轮毂用双列角接触球轴承(图1)系为国内某车型配套，在进行例行的道路试验时，其中一辆车进行到8 000 km时，用手扳动车轮，发现车轮有轻微晃动的迹象，没有达到客户60 000 km的要求。经过大量的检测、试验验证及分析，排除了驱动轴等其他配合部件的原因，问题焦点锁定在以下3个方面：

图1 汽车轮毂用双列角接触球轴承

(1)驱动轴端锁紧螺母的拧紧力矩不足，对轴承端面预紧力不足，使轴承不能在规定预载荷下工作[1-2]。

(2)轴承本身游隙过大，在与其他零件配合过程中，此游隙不能完全消除。

(3)转向节内孔与轴承外径面配合的过盈量偏小，不能有效实现轴承预紧和消除轴承预先设定的游隙[1-2]。

为此，开展了如下的检查对比工作，以便找出车轮晃动的原因。

2 原因分析

2.1 驱动轴端锁紧螺母拧紧力矩的检查

用带显示仪的扭矩扳手松开锁紧螺母测量松脱力矩，实测值为225 N·m，经过查询相关图纸得知，锁紧螺母的规格为M24 mm×1.5 mm。

因T=0.2Fd

(1)

式中：T为锁紧螺母的拧紧力矩；F为锁紧螺母拧紧后产生的轴向预紧力；d为螺纹的基本大径。

由(1)式可以计算出轴承的轴向预紧力只有46 kN[3]；但根据该轴承的设计要求，轴承的轴向预紧力应大于60 kN，轴承在使用过程中才能够达到最佳状态。由(1)式可以计算出，螺母的拧紧力矩应大于288 N·m，因此认为此力矩较小，不满足设计要求，考虑相关配合零件的制造误差及计算误差，建议将锁紧力矩值规定为(320±20) N·m。

2.2 轴承游隙的检查

对轴承的游隙进行检查，实际检测结果为0.083 mm，而图纸要求轴向游隙为0.07～0.10 mm，故轴承的轴向游隙满足设计要求，不是故障产生的原因。

2.3 转向节内径(孔)及轴承外径的检查

对转向节内径及轴承外径进行了检测，结果见表1。

表1 转向节内(孔)径及轴承外径检查结果 mm

从表1中可以看出，转向节内(孔)径尺寸超出设计要求。因：

(2)

式中：Δh为外圈滚道的减少量；I为过盈配合直径的过盈量；Dh为外圈外径(或转向节内孔直径)名义值；D2为外圈沟道直径；ξb为外圈的泊松比；Eb为外圈的弹性模量；Eh为转向节的弹性模量；D1为转向节外径；ξh为转向节的泊松比。

将轴承外径及转向节内径的检测结果代入(2)式，计算得到外圈沟道减少量为0～0.013 mm，不满足设计要求的0.025～0.054 mm。

根据以上检测和计算结果，转向节内孔超出设计的最大孔径要求，与轴承配合过盈量偏小，不能消除轴承预先设定的游隙，是导致车轮晃动的原因。

3 试验验证

3.1 台架试验

为了对分析结果进行验证，进行了故障再现试验验证。挑选不同状态的转向节，在不同的螺母拧紧力矩条件下，按照汽车厂的安装方式对总成进行安装，之后，按照汽车厂的一般耐久性试验方法进行台架试验，试验后，检测总成件的偏摆值(相当于车轮摆动)。检测方法见图2，施加的力矩值：M=FR=±60 N·m，测量点位置：r=120 mm。试验及检测结果见表2。