輪轂軸承耐久性
2019-04-25
“試驗(yàn)載荷譜的制定需根據(jù)車輛行駛的實(shí)際情況,并結(jié)合車輛自身的特征,合理、有效的載荷譜是輪轂軸承耐久性模擬的一個(gè)關(guān)鍵”。
1 載荷譜及行駛參數(shù)
一個(gè)完整的耐久性載荷譜應(yīng)該包括:輪轂軸承的各種旋轉(zhuǎn)狀態(tài);輪轂軸承在各種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速;試驗(yàn)載荷周期變化時(shí)間;每個(gè)載荷變化周期內(nèi)的行駛狀態(tài)時(shí)間分配率;各種行駛狀態(tài)下的載荷。
轎車的行駛狀態(tài)是由行駛的路面特征和行駛速度來決定的。路面的特征依據(jù)線型可以分為直線路面和轉(zhuǎn)向路面;依據(jù)行駛路面的環(huán)境好壞可分為良好路面和較差路面。
對(duì)于輪轂軸承耐久性試驗(yàn)的周期并沒有固定的標(biāo)準(zhǔn);在一個(gè)載荷變化周期內(nèi),每一種狀態(tài)需要被賦予一個(gè)時(shí)間值,每個(gè)時(shí)間值在一個(gè)載荷變化周期總時(shí)間內(nèi)所占的比例被稱為時(shí)間分配率。
由于輪轂軸承單元使用工況的特殊性,對(duì)其進(jìn)行壽命分析時(shí)要合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)載荷譜,從而較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)輪轂軸承單元的綜合壽命。
2 預(yù)緊力對(duì)壽命的影響
在輪轂軸承單元裝配過程中,適當(dāng)對(duì)軸承單元進(jìn)行預(yù)緊不僅可以提高軸承剛度,而且使得單元中兩列軸承承載的滾動(dòng)體數(shù)目增加,提升單元承載能力,從而延長(zhǎng)單元的使用壽命。但過大的預(yù)緊力將增加軸承的承載載荷,單元壽命下降。
在某一模擬試驗(yàn)載荷譜條件下,預(yù)緊載荷與輪轂軸承單元的壽命呈非線性關(guān)系。隨著預(yù)緊載荷的增加,左右兩側(cè)輪轂軸承單元的綜合壽命逐漸增加,當(dāng)達(dá)到某一值時(shí),左右兩列輪轂軸承單元的壽命達(dá)到Z大值;然后,隨著預(yù)緊力的增大,輪轂軸承單元的壽命快速下降。駕駛室左側(cè)的輪轂軸承單元壽命比右側(cè)軸承單元的壽命要長(zhǎng),但隨著預(yù)緊載荷的增大,兩者趨于接近。

3 側(cè)向加速度對(duì)壽命的影響
車輛在行駛過程中,在急轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)形成較大的側(cè)向加速度,一般情況下在0.4倍的重力加速度左右,并且作用時(shí)間很短。但此時(shí),由于輪胎半徑和受載偏心距(車輪受力中心至輪轂軸承中心的軸向偏移距)的影響將形成很大的力矩載荷。在力矩載荷作用下,輪轂軸承單元的當(dāng)量動(dòng)載荷增大,從而使得軸承單元的壽命明顯下降。
隨著側(cè)向加速度率的增大,輪轂軸承單元的綜合壽命明顯下降,隨著側(cè)向加速度率的變化,駕駛室左右兩側(cè)輪轂軸承單元的壽命相差發(fā)生變化,整體上駕駛室左側(cè)輪轂軸承單元壽命高于右側(cè)軸承單元的壽命。
4 受載偏心距對(duì)壽命的影響
在輪轂軸承單元設(shè)計(jì)和裝配時(shí),輪轂軸承單元的受載中心與輪胎承載中心存在一個(gè)偏心距,此偏心距的存在使得輪轂軸承單元承載一個(gè)附加力矩作用,使得軸承單元兩列滾動(dòng)體載荷分布發(fā)生變化,從而影響輪轂軸承單元的壽命。
偏心距為零時(shí),駕駛室左右兩側(cè)輪轂軸承單元的綜合壽命相同;但當(dāng)偏心距為正向增加時(shí),駕駛室右側(cè)軸承單元壽命下降,左側(cè)上升;當(dāng)偏心距負(fù)向減小時(shí),變化趨勢(shì)剛好相反。
當(dāng)偏心距為零時(shí)Z好,但實(shí)際輪轂軸承單元,特別是第3代輪轂軸承單元,其芯軸和外圈上都通過法蘭盤結(jié)構(gòu)與其他部件進(jìn)行連接,受載時(shí)法蘭盤的柔性支撐作用使得軸承單元的承載中心發(fā)生偏移。因此,實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)將輪轂軸承單元的受載中心與輪胎的承載中心設(shè)計(jì)一定的偏移量。
5 輪胎半徑對(duì)壽命的影響
在輪轂軸承單元設(shè)計(jì)時(shí),首先要確定軸承所使用的車輛類型和工況條件。在獲得車輛參數(shù)后,設(shè)計(jì)試驗(yàn)載荷譜對(duì)輪轂軸承單元進(jìn)行模擬試驗(yàn)。因此,其力矩半徑,即車輛參數(shù)輪胎半徑應(yīng)該首先確定。但實(shí)際模擬試驗(yàn)過程中,為了對(duì)輪轂軸承單元進(jìn)行加速試驗(yàn),一般采用增大力矩半徑方法進(jìn)行試驗(yàn)。
隨著輪胎半徑的變化,輪轂軸承單元的轉(zhuǎn)動(dòng)速度隨之發(fā)生變化。當(dāng)輪胎半徑為某一尺寸左右時(shí),基于試驗(yàn)載荷譜得到的左右兩側(cè)輪轂軸承單元的綜合壽命Z大,而在其他區(qū)間則快速下降。其中,在小半徑時(shí)壽命下降,主要是由于輪轂單元轉(zhuǎn)速升高對(duì)壽命產(chǎn)生的影響;而在大半徑時(shí)壽命下降,主要是由于力矩載荷增大對(duì)壽命產(chǎn)生的影響。

(來源:SQEcollege)