重型貨車車橋輪轂單元軸承壽命分析和裝車驗證

隋景玉，張澤杰，張凱，屈克舉

山東蓬翔汽車有限公司 山東煙臺 265607

重型貨車車橋輪轂總成一般由輪轂、輪轂內外軸承、油封及ABS齒圈等零部件組成，用于裝配整車車輪和制動鼓，是汽車車橋輪邊部位必不可少的總成件，而其中最重要的核心件當屬輪轂軸承。

輪轂軸承是用來承重和為輪轂的轉動提供精確引導的零部件，既承受軸向載荷又承受徑向載荷，是汽車載重和轉動的重要組成部分。作為汽車重要的行走部件，輪轂軸承擔負著降低底盤運轉時的摩擦阻力，維持汽車正常行駛。如果輪轂軸承出現故障，可能會引起噪聲、軸承發熱等現象，輪轂軸承的壽命直接決定了整個輪邊總成的壽命。

輪轂單元是將輪轂與輪轂軸承通過更加合理的結構設計組合成為一個單元體，相比普通結構輪轂總成，輪轂單元具有免維護和壽命長的優勢。

結構特征

1.結構分解

圖1所示為該輪轂單元的結構組成，其中包含了輪轂單元的各組成部件。

圖1 輪轂單元結構組成

2.結構優勢

與普通結構輪轂總成相比，該輪轂單元的結構優勢主要體現在以下方面：

1）在內外兩個軸承與輪轂空腔間分別增加了隔圈，外軸承處增加了油封，這樣兩個錐軸承就各自擁有了獨立的適度空間。在此空間內加注適量的潤滑脂，可以保證兩軸承能夠長時間保持優良的潤滑效果，使得車橋保養里程成倍增加，保養里程可以從原來的5萬km提高到40萬～50萬km。

2）通過增加兩個卡簧的設計將輪轂單元真正結合為一個單元體，在多次的拆卸、安裝過程中，始終是一個整體單元，內部結構和相互位置保留了原出廠狀態，免除了輪轂油封劃傷損壞等問題。此外還節省了拆卸、安裝時間，方便了用戶。

3）輪轂內外油封均為特制氟橡膠材料，耐高溫、抗氧化、抗腐蝕性優，能夠保持長壽命不損壞。

4）內外軸承跨距大，軸承受力較好，軸承規格和布置借用行業經典布置形式，久經市場檢驗；采用油脂潤滑，免除了油潤滑的漏油風險。

5）該結構適應性非常強，既可以用于較好路況（典型車輛：牽引車、公路運輸車等），又可以用于相對惡劣路況（典型車輛：自卸車）。

6）與其他國外品牌輪轂單元相比，成本相對更低。

軸承壽命分析

1.建立模型

如圖2所示，在Romax下對輪轂軸承單元進行參數化建模，模型包括輪轂、內軸承、外軸承、軸頭和半軸，其中要重點分析的輪轂軸承的具體參數見表1。

圖2 輪轂單元參數化建模

表1 輪轂軸承參數

2.輸入載荷譜

按整橋承載13t、車輛工作運行時間10年計，整車工況包括平直路面、平直帶沖擊路面、壞路、車輛向左、向右轉彎以及向左、向右急轉彎共7種工況，輸入載荷譜參數，見表2、表3。

表2 載荷譜參數1

表3 載荷譜參數2 （單位：t）

經計算，車速在80km/h下的輪邊轉速為：

3.運行分析結果

圖3所示為綜合全部工況分析得到的輪轂軸承壽命匯總結果。

圖3 軸承壽命分析結果

圖4和圖5所示分別為輪轂內軸承、外軸承在各細分工況下分析得到的結果。

圖4 輪轂內軸承分析結果

圖5 輪轂外軸承分析結果

由以上分析數據可見，在現有載荷譜下，輪轂內外軸承的最大損傷分別為26.8%和67.8%，最差靜態安全系數充分，滿足使用要求。造成輪轂損傷排行前三位的工況依次為壞路、平直路面和平直帶沖擊工況。

圖6所示為現有載荷譜下對輪轂的有限元分析結果。由分析結果可見，輪轂的最大應力和應變分別為44MPa和3.9×10-4，均滿足材料可靠性要求。

圖6 輪轂有限元分析結果

裝車驗證

為驗證輪轂單元的實際裝車使用可靠性情況，2016年在售后市場確定更換用車3輛，具體為東營某紅巖6×4半掛油罐車用戶，并于同年11月完成了輪轂單元的更換，裝配過程順利，用戶非常滿意。

普通輪轂總成維修保養里程周期通常為10萬～15萬km，對軸頭、輪轂、軸承做徹底清潔，重新加入新的油脂。此輪轂單元可以大大延長維修保養時間達1倍以上。經2020年12月底確認，該3輛車自2016年11月至今已運行4年以上，每輛車運行里程近60萬km，運行線路為在東營至龍口間的原油運輸，道路為省道、國道，使用情況始終良好，未發生任何普通輪轂經長久使用后產生的高溫、異響、拆卸填脂等故障，期間僅保養過2次。

結語

針對輪轂單元的結構優勢，在Romax下建立模型，導入各種實際使用工況下的載荷譜參數，重點對輪轂軸承的壽命進行了分析計算，通過實車驗證證明了輪轂軸承單元的使用性能可靠，能夠滿足長壽命的使用要求。