汽車非驅動橋輪轂裝置設計改進

摘 要：輪轂裝置的啟動力矩是評價輪轂裝置運轉靈活性及壽命的重要指標。為了提高輪轂裝置的使用性能，保證輪轂長期穩定可靠無噪音運轉，通過對輪轂裝置啟動力矩的分析，得到影響啟動力矩的主要因素為輪轂裝置軸承軸向間隙的大小，進一步分析總結得出影響軸承軸向間隙大小的主要因素，并通過對原有輪轂裝置的結構進行重新設計改進，取得了良好的效果。

關鍵詞：輪轂裝置；啟動力矩；軸向間隙

中圖分類號： TU275.2 文獻標識碼：A

汽車底部系統制造企業經常遇到的一個技術問題是：新設計的輪轂裝置在運行試驗中出現異常，滑行試驗達不到客戶要求，或者長時間運轉出現振動噪聲等，這樣的輪轂裝置都無法批準投產，我公司的輪轂裝置設計過程也會出現類似情況。為保證公司產品順利投產。徹底解決今后設計中的類似問題，通過分析試驗對比，掌握了調整影響輪轂裝置啟動力矩的主要因素，從而有針對性地對原有輪轂裝置的結構進行改進設計，使輪轂裝置在使用中能更加穩定、可靠的運轉。

1 輪轂裝置啟動力矩

輪轂裝置啟動力矩（也稱啟動磨擦力矩）是指輪轂裝置中滾動軸承兩套圈從靜止狀態到開始相對轉動的瞬間所需克服的磨擦阻力矩。它與軸承的尺寸、結構、潤滑脂以及安裝調整有關。它是評價輪轂裝置運轉靈活性及壽命的重要指標，當磨擦力矩過大時，就會引起軸承表面溫度升高，過分的升溫將會使潤滑劑劣化，造成磨損加劇，甚至滾動表面燒傷、軸承損壞，使輪轂裝置運轉中出現異響、咬死等現象。

2 某汽車輪轂裝置結構

某汽車非驅動橋的輪轂裝置結構（圖1），車輪輪轂10通過兩個圓錐滾子軸承11和12，背靠背支承在心軸1外端的軸頸上。軸承的松緊度可用調整螺母7通過墊圈6施加一定的預緊力加以調整，調整完后用開口銷8從調整螺母7的開口中插入心軸1的軸孔中，以鎖緊螺母。輪轂10端部用密封蓋9罩住。輪轂10內側裝有油封13和ABS齒圈14。輪轂10外側面用緊釘螺釘5裝有制動盤4。心軸1上凸臺平面用螺栓3固定駐車制動器2。心軸1上兩節臂用螺栓15固定制動鉗16。

2.1 裝配調整工藝方案

針對此非驅動橋的輪轂裝置結構，普遍合理安排的裝配調整工藝如下：

10工序：裝軸承，將軸承11和12壓入輪轂10，在輪轂腔內、兩軸承兩套圈滾子處注適量潤滑脂。

20工序：壓裝密封圈12、ABS齒圈13，在密封圈唇口一圈涂沫潤滑脂。

30工序：裝駐車制動器，將駐車制動器2用螺栓3以一定的擰緊力矩固定到心軸1上。

40工序：裝輪轂，將已完成10、20工序的輪轂套入心軸軸頸，墊上墊圈6，擰入調整螺母7，并打緊。

50工序：調整軸向間隙，松開調整螺母，將輪轂正反兩個方向旋轉幾次使其吻合，然后用11N.m的擰緊力矩鎖緊調整螺母，再將開口銷8插入心軸的軸孔，并保險（當銷孔不吻合時，將已外露的軸孔對準螺母的開口槽），蓋上密封蓋9，檢測啟動力矩。

1-心軸；2-駐車制動器；3-螺栓；4-制動盤；5-緊釘螺釘；6-墊圈；7-調整螺母；8-開口銷；9-密封蓋；10-輪轂；11-軸承；12-軸承；13-油封；14-ABS齒圈；15-螺栓；16-制動鉗

圖1 輪轂裝置

60工序：裝制動盤，將制動盤4用緊釘螺釘5與輪轂固定，檢測制動盤端面跳動≤0.10mm。

70工序：裝制動鉗，將制動鉗16用螺栓15以一定的擰緊力矩固定到心軸1上。

2.2 啟動力矩分析

該輪轂裝置裝配調整后，檢測到的啟動力矩實測值如下表1：

表1 啟動力矩實測值（改進前）

編號左輪轂

啟動力矩（N.m）左輪轂

啟動力矩（N.m）

11.331.49

20.752.32

31.411.33

40.581.49

51.251.74

61.740.66

71.080.50

81.082.91

92.491.33

101.331.16

從表1數據可以看出：啟動力矩最小為0.50N.m，最大為2.91N.m，變差為2.41N.m，變化范圍偏大且下值偏小，這樣的輪轂裝置是不可能投入實際使用的。

因啟動磨擦力矩的大小與軸承的尺寸、結構、潤滑脂以及安裝調整中的誤差有關，而軸承的尺寸是符合設計要求的，潤滑脂量可以做到自動加注控制好，因此可能引起數值變差較大的主要因素是安裝調整與設計結構。

傳統的圓錐滾子軸承軸向間隙調整方法主要采用人工或專業裝備測量間隙或扭矩（預緊力）來進行，此輪轂裝置軸向間隙是采用直接測預緊力法來調整。預緊力是為保證軸承運轉時不產生打滑和增加軸承的剛度而對軸承軸向施加的一個軸向力。合適的預緊力能有效增加軸承的剛度、減少振動和噪音、以及防止軸承運轉時滾子打滑產生擦傷引起的軸承問題。預緊力的過大過小將直接影響軸承壽命。

經實測，此輪轂裝置預緊力大時超過20N.m，小時只有5-6 N.m，極不穩定，難怪輪轂啟動力矩差異變大。只要穩定預緊力，就有可能改善此狀況。

2.3 結構改進

該輪轂裝置原先用11N.m的預緊力鎖緊調整螺母，因用開口銷保險需正或反方向轉動調整螺母對準已外露的軸孔，容易造成實際預緊力變大或變小，從而導致輪轂啟力矩變差變大。

我們將用開口銷保險方式改成用止推墊片防松結構：將調整螺母7由開槽螺母改用鎖緊螺母（圖2），墊圈6設計成帶舌形的止推墊片（圖3），心軸1由原十字軸銷結構設計成鍵槽結構形式（圖4），取消開口銷8。

設計更改后的調整方法：松開調整螺母，將輪轂正反兩個方向旋轉幾次使其吻合，用10N.m的擰緊力矩鎖緊調整螺母，再將輪轂正反兩個方向旋轉幾次，再次用10N.m的擰緊力矩鎖緊調整螺母，檢測啟動力矩，然后用錐子將螺母上的防松環變形扣入心軸上的鍵槽，蓋上密封蓋9。

圖2

圖3

圖4

2.4 驗證

再次將通過按上述方法改進結構及調整方法后裝配的輪轂裝置進行檢測，啟動力矩實測值如下表2：

從表2數據可以看出：啟動力矩最小為0.75N.m，最大為1.66N.m，變差為0.91N.m，由原設計變差2.41N.m縮小60%多，穩定性大幅度提高，達到設計要求。

設計改進后，該型輪轂裝置通過第三方20萬次疲勞試驗，隨整車通過道路試驗，再未出現異常；滑行試驗由原滑行不到600米增至700米多，產品性能大為提高。采用上述結構與調整方案，我公司的該輪轂裝置目前已出產上萬套，產品質量穩定，較好的滿足了顧客要求。

結語

啟動力矩是輪轂裝置的重要指標之一，影響啟動力矩的主要因素為軸承軸向游隙的調整大小，而軸承軸向游隙的大小主要取決于軸向預緊力的大小，在結構設計時因著重考慮。

參考文獻

[1]陳家瑞.汽車構造[M].人民交通出版社.1994.

[2]（加）唐·諾里斯 （美）杰克·爾賈維克.懸架系統及轉向系統[J].吉林科學技術出版社，1998.