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内容简介：

用于轴端紧固装配的锻压技术在汽车轮毂轴承单元中的应用肖运亚，周知雄，李建民中国湖南大学机械与汽车工程学院中国韶关大学中国机电工程系中国韶关东南轴承有限责任公司摘要：最近，随着轴端紧固技术被用于轮毂轴承单元的装配中去，这将是一种技术趋势并且将来有望取代紧固螺母。在用车床进行机器改造时，轴端紧固轮毂单元样品成功的通过给定的参数在锻压技术下制作而成。通过一些试验我们认识到轴端紧固轮毂单元表现的比传统的紧固螺母轮毂较好。最后，锻压技术在将来的应用于研究中的应用将得到更多的讨论。关键字：轮毂轴承单元，锻压，轴端紧固装配由于轮毂轴承单元即轻又坚固并且还易于装配，所以在汽车行业被大量应用。在轮毂轴承单元装配中，用轴端紧固技术紧固轮毂轴承取代了紧固螺母的作用并且形成了一种技术趋势。这项技术在大多数国际轴承制造公司得以应用。但是在紧固过程中工件的变形情况是复杂的和难以控制的。这将产生以下的情况：工件连接处发生结构变形，支撑硬度的减弱，不达标的承载力，转动精度不达标，寿命减少。这将使轴承更易于失效。直到现在，用于轴端紧固的锻压技术还是无法很好的控制。由于得到一些公司的支持，锻压技术的初步研究已经完成了。铆钉技术的技术与装备问题得以解决，轮毂轴承的锻压边缘模型也制造成功。1. 介绍轮毂轴承单元由许多部分装配而成，包括预调设备以及与寿命有关的润滑设备。这个单元最初设计思路是用于汽车和卡车来取代传统的圆锥滚子轴承的，安装方便，维护简单。用了这种轮毂轴承单元，不仅装配部件数量减少，而且整个车轮布置的重量也减少了。它也同样能减少装配时间，因为装配不需要调整。每个单元都是单独存在的，并且准备好被固定的位置上。这种类型的轴承大概经历了三代的改进，从它在1938年被SKF第一次设计出来的时候起。第四代轮毂单元现在正在开发当中，并且也没有进行大规模制造。图1-1.轮毂轴承单元第一代轮毂轴承是由两个单排轴承用过它们的外环构成，外环是用于密封的。与第一代轮毂轴承相比，第二代轴承相对来说更轻更小，并把法兰装在了第一代轮毂轴承的外环里面。第三代轮毂轴承单元是第二代的改进型，它将外环的内环旋转型轮毂和轮毂轴整合在一起。在这一代中内置的高性能传感器得到了加强。为了更好的减少轮毂轴承的重量与大小，并且得到更好的可靠性，NSK最近开发了一款新奇的轴端铆接轮毂单元。在这新的轮毂设计中，原来用于夹紧外圈与内圈的夹紧螺母被锻压边缘代替了。用于轴端铆钉的锻压技术，这项技术是依靠锻压力量弯曲轮毂轴末端。图2展示了轴端铆接轮毂单元分别在驱动轮和从动轮中的应用。另外，这项技术同样适用于第二代内环旋转式轮毂单元。图1-2.轴端紧固轮毂单元锻压轮毂相对于传统的紧固螺母来说有一些改进。锻压轮毂单元依然保留了螺母，锻压轮毂单元在重量和大小方面都比传统紧固螺母小的多，然后锻压轮毂在组成上更简洁，并且还减少了汽车用燃料。通过锻压加工我们能够准确的控制紧固力。由单独部件出错产生的影响也可以避免了。预调力的起伏情况也降低了。如果每个轮毂单元在装配后得到最好的预调力，那么轴承单元的寿命会有所延长。铆钉铆接是一个不可逆的装配过程。即使在轮毂单元上加载运动力时有所震动，也不算装配失败。轴端铆接过程能够很好的解决“放松紧固部分”，但这对于螺母紧固来说是不可能的。因此这项轴端铆接技术较大得提高了产品的可靠性和安全性。这项技术使得制造轮毂轴承的能源与能量问题得以解决。通过简化装配环节，机器的花费将会有所减少。2处理与试验锻压处理采用的是一种摇搌锻造技术。图3阐明了摇搌锻造的原理。在工件的中心，圆锥上模的轴OY，与轴OX有一个度的角，便是这个轴OX。这将使得上模摆动，随着上模摆动，工件也变形成了。由成形原则而得的运动可以由车床完成。如图4所示，一个滚压头被固定在车床轴端部。这个头与工件自旋转中心线有一个度角的倾斜。工件被固定在工作台上，并且通过由液压驱动的下线板进行调整。通过这个滚压头，这个滚压头被旋转式的装配进轴承。内圈法兰轴末端将得到来自液压工作台的压力以及屈服塑料变形力，使得它和更小的内圈紧紧靠在一起。图2-3就是所谓的改造机器。图2-1.摇辗技术的原理图2-2.塑造过程中所需的动作对于锻压设备来说滚压头是个关键装置。图5阐释了它的结构。它包括了一个滚摆，一个轴承，一个螺母，3个内六角螺栓以及一个托盘。轴承是一个双边角接触球轴承，实际上是一个轮毂轴承单元，用以承受轴向力和径向力。它能使滚摆自旋转，通过在锻压过程中工件与工作台之间接触面的摩擦力的影响下。滚压头通过托盘与车床轴连接在一起，它能够通过调整倾斜角度来达到与工件中心线之间的角度要求。在滚摆锻压工作台时，要保证力大，高摩擦。适合于以上条件的特殊材料被用于制作滚摆了，特殊的热处理被用于保证材料的强度和刚度。图2-3.锻压的制造机器为了确保铆钉装配的质量，用于实验的滚压头形状要充分可行。在铆钉装配过程中，它不仅能提供纯粹的轴向磨碎压力，而且还能提供完美的径向磨碎压力。关键是滚压头的球头轴的直径要大于轴承的内孔，并且还要保持一个合适的接触角。同时，滚压头在锻压时，研磨时要避免滑移，来避免由于轮毂在旋转时与其他物体接触时产生摩擦力，从而导致铆钉质量和精度降低。锻压过程是在重造车床上完成的。虽然这过程是这么的小以至于滚压头倾角是，在锻压过程中，轴向和径向载荷加载与装配中。这些东西可能悄悄的产生对轴承表现不利的影响，例如，滚动体和跑道的变形与变硬。为了消除或减少这些不利因素，我们就需要通过锻压装置去确定技术参数。通过重复的实验，最后参数也确定了。综合了一下给定的一些参数，大概包括，压力，装载速度和旋转速度，最好锻压轴端轮毂模型也变制造完成。照片2便显示了真实的产品外形。图2-4.滚压头图2-5.锻压轴轮毂单元样品3.总结与探讨为了知晓锻压边给予的静载荷，关于静载荷的测试也便开始了。施加一个瞬间载荷知道轴承失效。不论是锻压轴承还是轴承装配都是夹紧关节处的夹紧螺母失效。失效主要发生在法兰内圈和小内圈的接触面的角落上。测试表明锻造边缘并不是轴承最脆弱的地方。照片3展示了失效的轮毂轴承单元。另外，锻压轮毂轴承单元样品还要在重载荷下进行疲劳试验。这证实了锻压边缘能很好的承受这疲劳载荷。最后我们总结锻压轮毂轴承单元比传统的有紧固螺母轮毂轴承表现的好。虽然将锻压技术应用于轮毂轴承装配的轴端铆接的可行性在试验中得以证实并且锻压轮毂单元样品也制造成功了，但是在量产前我们还有很多问题需要解决。为了更好的掌握锻压技术，一些普通的试验被要求马上开展。包括分析锻压的潜在的失效形式，模拟在锻压过程中轮毂单元的塑形变形，优化轴端和滚摆的几何外形。通过这些学习，会形成很多关于锻压的基础理论，以及掌握一些锻压轮毂单元的关键技术。使用这些原理和关键技术，一款新奇高效的，特别精确的用于锻压轮毂单元的锻压机器便会开发出来。图3-1.轮毂轴承单元的失效形式掌握制造第二代还是第三代轮毂单元或是新一代的轮毂单元的锻压技术是非常重要的。对于一个轮毂单元，应该包括轴承组件。这类新一代的轮毂轴承单元并不是很特别。图6展示了SKF设计的轮毂4，轮毂5，轮毂6。因为这个轴承组件包括外圈，滚动球，法兰轴和内圈，将他们通过锻压技术组装在一起是很关键的，所以提高适用于轴端铆接部件的锻压技术变得很明显了。图3-2.新一代的轮毂轴承单元对于轮毂轴承，我们应该详细的了解，并得到通过应用轴端铆接的锻压技术是否能减少轮毂轴承部件的数量。轴端的法兰内圈能够直接锻压出跑道，那么小内圈就得以保留，然后组件数量便有所减小。因此它将能减少轮毂单元组成部件数量，提高可靠性，减少制造成本。如此设计的一个原因是，紧固位置不是轮毂单元最脆弱的地方，而是法兰内圈的根部。另一个原因是来自FEM的分析，当汽车行驶时小内圈收到的轴向力不是很大，所以小内圈能够留下。但在将这些产品进行使用前，一些关键问题需要解决，例如，球的装配，锻压通道的尺寸精度，高压力下的塑形变形。参考文献1 Junshi Sakamoto. Trends and New Technologies of Hub Unit Bearings. MotionControl,2005(17):292 T.NUMATA. Technical Trends of Automotive Wheel Bearings. KOYO Engineering Journal English Edition.2003(162E):32363 Hirohide Ishida, Takeyasu Kaneko. Development of Hub Unit Bearing with Swaging Motion Control,2001(10):9144 K.TODA,T.ISHU,S.KASHIWAGI,T.MITARAL, Development of Hub Un