[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】模锻技术通过轴钉牢装配应用于汽车轮毂轴承单元-外文文献

翻译： 正在进行的 2006 第七届关于前沿的设计和制造的 ICFDM 国际会议， 2006 年 6 月 19 日至 22 日， 中国，广州 模锻技术通过轴钉牢装配应用于汽车轮毂轴承单元 肖云亚 1， 2，周志雄 1 和吕建民 3 1 中国 湖南大学 机械与汽车工程 2 中国 韶关大学 机电工程 3 中国 韶关 东南轴承有限公司 摘要 ：最近，轴端钉牢正在被轮毂轴承单元装配中所采用， 这将成为科技发展趋势，并在将来逐渐取代螺母夹紧。 在一台由车床改装过的机器上，轴端钉牢轮毂单元样品按特定参数通过模锻技术成功的被研制。 一些试验证实，轴端钉牢轮毂单元的功能，比传统的螺母夹紧的轮毂单元更完善。 最后，关于模锻技术的应用前景和进一步研究的方向被讨论。 关键词 : 轮毂轴承单元，模锻， 轴钉牢，装配。 轮毂单元轴承被广泛采用于轿车，因为他们都更轻和更强且易于安装。 在轮毂轴承单元装配中，轴钉牢夹紧取代螺母夹紧，成为技术趋势。 它被大部分国际著名的轴承制造公司所采用。 然而，工件的变形在钉牢的过程中很复杂，很难加以控制。 它导致如结构的连接部位变形，支持刚度不足，受力不均，旋转精度降低和使用寿命减少的现象。 因而易导致轮毂单元失效。 到现在为止，通过轮毂单元应用于轴钉牢的模锻技术，还不能很好的掌握。在一些企业的支持下模锻技术的初步研究已经完成。钉牢的工艺和装备问题已经解决， 具有陷型边缘的轴端钉牢轮毂单元样品制造成功。 1、 介绍 轮毂轴承单元是由几个部分组成，即预调整和终身润滑。 准备安装和免费维修的该单元最初设计是为了使用在汽车和卡车上，以取代传统的圆锥滚子轴承。 这种 轮毂轴承单元不仅包括若干组成部分，而且整排车轮的重量减少了。它们也减少了装配时间，因为他们并不需要任何特殊的调整。每个单位是独立的，并准备用螺栓固定到适当的位置。这种轴承历经了三代，自从它在 1938年被 SKF 设计出来。 第四代轮毂单元目前正在开发但尚未批量生产。图 1 举例说明轮毂轴承单元的结构 3 第一代轮毂轴承单元由被一个外圈整合的两个单排轴承组成的，利用油封里边充满了黄油。相比第一代，第二代轮毂轴承单元更为轻巧和小型化， 它把第一代轮毂轴承外圈整合成法兰。第三代轮毂轴承单元是第二代轴承的一种改进类型， 其中内圈的外侧是由内圈可以旋转的轮毂单位和轮毂轴整合为一体的。在这一代轮毂单元中，内置式高性能传感器类型有所增加。 图 1 轮毂单元轴承 为了进一步减少轮毂轴承单元的重量和体积，并提高其可靠性 NSK 最近开发出一种新型 轴端钉牢轮毂单元。在这种新的轮毂设计中，扣紧内圈和外圈的夹紧螺母一起被陷型边缘所代替。这种应用于轴钉牢的模锻是一种通过模锻使轮毂轴末端变形，轴承内圈的内侧和轴的特定部位通过这种变形而压紧的技术。 2、 过程和实验 模锻是一种应用 “摇动锻造”过程。图 3 是摇动锻造的原理图。 放在中心点上一个加工件， Y 轴上是一个与 X 轴中心线呈 度的圆锥形的上模，这个上模转向 X 轴。这就给上模一个摇摆运动。工件随着上模的不断摆动逐渐成型。 被动轮 主动轮 图 2 轴钉牢轮毂单元 模锻轮毂单元较之传统的螺母锁紧装配有几个优点。模锻轮毂单元节省了螺母。模锻轮毂单元比传统的螺母锁紧装配的尺寸更小，重量更轻。这种单元的结构更加紧凑。 汽车燃料消费量也减少了 1。加紧力能被准确的控制在模锻过程中。那么部件误差的影响就能避免。预紧力的波动大大降低。当每个轮毂单元装配后经过最佳的预紧，轴承单元的使用寿命会增大。钉牢收紧是一种不可逆的装配。这种装配不会失败，虽然受载的轴承单元在转动的过程中会产生振动。轴的钉牢过程是能够完全根据实际情况“松或紧”的，而螺母锁紧是不可能做到的。因此轴钉牢能极大改进产品的可靠性和安全性。这个工艺能够节约制造轮毂轴承单元的成本和能量。由于简化了装配过程，整车成本进一步降低。 需要修整原则的运动通过一台车床可以实现。如图 4所示，一个旋转头被固定在车床的轴上。这个旋转头倾斜于加工件中心线 度并绕它旋转。加工件被固定在工作台上随液压驱动的拖曳板被调整在旋转的过程中，轴承组合件带动旋转头旋转。轴端法兰内圈（加工件）将受到一个由液压工作台提供的压力并产生塑性变形直到它稳定的固定在更小的内圈上。照片 1显示是的一台被改造的机器。 图 3模锻件的摆动原理 图 4修整原则需要的运动 这个旋转头在模端实验中是一个关键单元装置。图 5是它的结构图。它由一个滚动轮，一个轴承，一个螺母，三个内六角螺栓和一个连接盘构成。轴承是双列角接触球轴承。实际上一个轮毂轴承单元，同时承受轴向力和径向力。它确保在转动过程中受到滚轮和加工件接触部分的摩擦力的影响滚轮能围着自身旋转。这个旋转头利用连接盘被固定在轴端，这个连接盘能够调节自身的倾斜度来满足旋转头和工件中心线的角度要求。滚动轮型锻加工件，要承受很大的力和严重的磨损。用能承受力和磨损的特殊材料制造成滚轮并且采用特殊的热处理来保证满足要求的硬度和强度。 照片 1 为模锻改造的机床 为了保证订牢装备的质量，旋转头的形状在实验中要被最优化的。在钉牢的过程中它不仅要有足够的完全的轴向摩擦力，还要保持满足要求的径向磨削力。关键是球头的直径即旋转头要比轴承内孔要大并保持一个足够的接触角度。同时，在模锻过程中旋转头必须没有滑动以防止因为接触到其他地方造成的摩擦带动轮毂单元旋转。因此减小订牢设备的质量和精度。 图 5旋转头 照片 2 模锻轮毂末端单元样品 3结论和讨论 为了检查模锻边缘的静应力。一个静态应力测试被实施。应用一个瞬时载荷直到轴承失效。最后，通过螺母夹紧的模锻轴承和轴承组合体都没有失效，只有夹紧连接处实效。失效发生在法兰内圈和更小内圈的紧密配合面。测试证明模锻边缘并不是轴承的危险点。照片 3显示的是轮毂轴承单元的失效。另外，轮毂轴承单元的样品也通过了在重载荷下的转动应力测试。它校验了模锻边缘具有足够的疲劳应力。测试的结果需要被指出的是，模锻轮毂轴承单元比螺母夹紧的传统轮毂轴承单元功能更强大。 虽然轮毂轴承单元装配应用轴钉牢的可行性只在实验中被确认和模锻轮毂末端单元样品被成功制造。不过批量生产之前仍然有很多问题等待被解决。为了完全掌握模锻技术，一个综合性的研究要求被执行。它包括分析模锻样式的潜在失效，模拟轮毂单元在模锻过程中的塑性变形和使轴端和滚论的几何形状的最优化。基于这些研究，许多基础理论能够被创立并且一些关于模锻轮毂单元的关键工艺能够被掌握，利用这些理论和关键工艺，一个用来制造轴钉牢轮毂单元的新颖的高级的有效的专用模锻机床将被发展。 照片 3 轮毂轴承单元的失效 为了精通制造的模锻工艺这是非常重要不管是第二代和第三代轮毂单元还是新一代轮毂单元。一个轮毂单元应该包括轴承组合件。这一点对于新一代轮毂轴承单元也不例外。图 6显示的是由 SKF设计的轮毂 4，轮毂 5，和轮毂 6的机构。因为轴承组合件包括外圈，滚动体，凸缘轴和内圈，采用模锻技术集合它们到单元里面去是关键的，因此为轴钉牢装备发展模锻技术是有意义的。 轮毂 4 轮毂 5 轮毂 6 图 6 新一代轮毂轴承单元 通过详细分析轮毂轴承单元的外型，通过应用于轴钉牢的模锻技术轴承的组成部件数量能更进一步减少被发现。带凸缘的内圈的末端也许能被模锻到轴承沟上。更小的内圈也许能够省略。到那时单元的组成部件就减少了。这样就将简化轮毂单元的结构，改善它的可靠性，减少制造成本。这样设计的一个理由是轮毂单元的危险点并不是上紧位置而是带凸缘的内圈的根部。另一个是通过 FEM分析获悉小内圈在转动过程中受到的不是很重的轴向载荷。所以小内圈可以省略。不过在开展这项项目之前仍在在实践中，关键问题比如滚动体的装配，模锻轴承沟的精确尺寸，在重载荷下的塑性变形必须解决。 参考文献 1 Junshi.Sakamoto.轮毂单元轴承的发展趋势和新工艺 .运动 &控制， 2005（ 17）： 29 2T.NUMATA.汽车车轮轴承的技术动向 .KOYO英文版工程杂志，2003(162E):3236 3 Hirohide Ishida, Takeyasu Kaneko.轮毂单元轴承的模锻发展 . 运动 &控制 . 2001(10):914 4 K.TODA,T.ISHII,S.KASHIWAGI,T.MITA