商用車橋盤式輪端研究及性能分析

林瑋靜，孫 超，孔 卓，張 林

（中國重型汽車集團有限公司，山東 濟南 250101）

引言

隨著盤式制動器在商用車領域使用率的不斷提升，盤式輪端的型式也不斷增多，商用車由于載荷大和車速提高，較一般汽車輪邊強度需要相應提高，結果導致其輪邊結構越來越復雜［1］。

盤式輪端的差異：（1）盤式制動器安裝位置。該差異主要影響軸承載荷。（2）制動盤裝配方式。該差異主要影響制動盤更換、輪轂軸承熱載荷。（3）輪轂及軸承的配合方式。該差異主要影響承載能力和輪邊維護。

1 盤式輪端的結構特點

1.1 普通盤式輪邊結構

盤式輪端的一般結構是將制動盤裝配到輪轂上，在將內、外軸承及輪轂總成（包含制動盤）裝配到轉向節上，裝配上止推墊圈后打緊鎖緊螺母，安裝上輪端端蓋，最后將盤式制動器總成安裝到轉向節上。結構見圖1。

圖1 普通盤式輪端結構

盤式輪端該結構的優點：（1）輪轂強度高，輪端承載能力大；（2）輪轂、軸承有良好的散熱性。缺點：（1）制動盤更換困難，更換制動盤時需拆卸輪轂總成、軸承，影響輪端的可靠性；（2）制動盤采用翻邊形式連接到輪轂上并且制動盤偏置較大，從而導致車橋重量較大；（3）影響軸承使用壽命，并需定期維護，使用成本較高。

該類型盤式輪端因承載大、可靠性較高，應用范圍十分廣泛，同時也出現了以該類型盤式輪端為基礎，進行局部優化的盤式輪端，比較有代表性的四種結構：（1）將軸承由脂潤滑變更為油潤滑的盤式輪端結構，大幅度延長了維護周期，降低了維護費用，結構見圖2。（2）將內、外軸承優化為軸承單元，軸承單元壓入輪轂內，裝配為輪轂總成，然后將輪轂總成裝配到車橋軸頭上。該輪端結構仍為脂潤滑，但是由于軸承單元采用特有潤滑脂及單獨密封結構，因此，也可以實現大幅度延長維護周期，降低維護費用，結構見圖3。（3）將制動盤安裝到車輪螺栓安裝面上，通過車輪螺栓將制動盤、輪轂和車輪連接起來，該輪端結構將制動盤的制動力直接傳遞到車輪上，降低了輪轂的制動載荷，同時大幅度增加了制動盤與輪轂之間的間隙，保證了良好的散熱性，結構見圖4。（4）制動盤和輪轂之間采用花鍵連接，裝配成輪轂總成后安裝到輪端上，結構見圖5。該類型輪端的優點：①制動盤抗熱變形能力強；②制動盤取消了法蘭部位，輪端總重量小。該類型輪端的缺點：制動盤直接連接到輪轂的軸承安裝部位，軸承工作溫度較普通輪端結構的略高，會降低軸承使用壽命。

圖2 油潤滑的盤式輪端結構

圖3 匹配軸承單元的盤式輪端結構

圖4 制動盤安裝到車輪安裝面的盤式輪端結構

圖5 匹配花鍵制動盤的盤式輪端結構

1.2 緊湊型輪轂軸承單元盤式輪邊結構

緊湊型輪轂軸承單元盤式輪端應用于載荷較小的車橋，其主要結構是將制動輪轂軸承單元裝配到輪端（轉向節或軸頭上），然后將制動盤和法蘭裝配到輪轂軸承單元上，用螺栓打緊。結構見圖6。

圖6 緊湊型輪轂軸承單元盤式輪端結構

該結構盤式輪端的優點：（1）輪轂軸承單元實現了免維護；（2）制動盤更換無需拆卸輪轂軸承單元，最大限度的保證了輪端可靠性和穩定性；（3）制動盤與輪轂軸承單元之間的間隙較大，散熱性好；（4）重量輕。缺點：（1）由于法蘭、制動盤和輪轂軸承單元之間采用螺栓聯系，承載載荷和制動載荷都集中在該連接處，限制了該類型輪端的承載極限；（2）輪轂軸承單元配置成本較高。

1.3 創新型驅動橋盤式輪邊結構

目前，驅動橋盤式輪邊基本都采用普通型盤式輪端結構，由于該類型輪端固有的使用缺陷，更換制動盤時必須拆卸軸承，導致無論如何改進都無法實現真正意義的免維護，隨著中國商用車車橋研發能力的提升，國內出現了國際上首創的全新型盤式輪端結構［2］，結構見圖7。

圖7 創新型驅動橋盤式輪邊結構

該類型輪端的主要結構是首先將輪轂軸承單元安裝到橋殼總成的軸頭上，通過鎖緊螺母緊固；然后將半軸、制動盤依次安裝到輪轂軸承單元上，最后通過螺栓緊固。該輪端較“緊湊型輪轂軸承單元盤式輪邊結構”的獨特之處：（1）驅動橋輪邊結構創新設計匹配二代軸承單元，且軸承單元的外圈結構特殊設計實現雙止口承載的功能，同時要求軸承單元的最大外徑滿足制動盤匹配，以實現更換制動盤時不影響軸承單元，保證輪邊結構的可靠性及輪轂軸承的使用壽命。（2）制動盤一體化創新設計，集成優化，實現輪轂與制動盤的一體化集成結構，不僅具有制動盤的承載制動力的功能，同時還具有輪轂的承載輪邊載荷的功能，裝配工藝簡便，有效降低了該盤式輪端的重量和成本。（3）國際首創的22.5 吋盤式制動器，最大外廓與國際通用制動器相同，但是裝配內徑遠大于普通制動器。

該結構的盤式輪端優點：（1）輪轂軸承單元與制動盤雙止口配合，承載能力強；（2）輪轂軸承單元實現了真正意義的免維護；（3）制動盤更換無需拆卸輪轂軸承單元，最大限度的保證輪端可靠性和穩定性；（4）零部件模塊化集成度高，維護及維修方便；（5）重量輕。

該結構的盤式輪端缺點：（1）制動盤需采用特殊材質，普通灰鐵制動盤無法實現該功能；（2）輪轂軸承單元配置成本較高。

2 盤式輪端的性能影響因素

2.1 制動器安裝角度

由于盤式制動器只在制動盤局部位置產生制動力，導致制動盤承載的制動力非對稱，從而影響輪轂和軸承的受力情況，盤式輪端的受力情況見圖8［3］。

圖8 盤式輪端受力情況

根據圖8 所示，盤式輪端承載情況及盤式輪端關鍵參數輸入見表1，可計算出軸承承載力大小，計算公式見表2。

表1 盤式輪端關鍵參數

表2 軸承承載計算方法

由表2 可知，制動器安裝角度直接影響到盤式輪端內外軸承的承載情況，結合多年應用經驗，盤式制動器安裝角度推薦位置見圖9。

圖9 制動器安裝角度推薦位置

2.2 制動盤安裝方式

制動盤安裝方式對盤式輪端性能的影響：（1）制動盤制動力傳遞路徑。目前盤式輪端制動盤制動力傳遞路線共有兩種：一種是制動盤與車輪安裝面直接相連；另一種是制動盤通過輪轂或法蘭間接傳遞到車輪安裝面上。第一種連接方式直接將制動盤制動力傳遞到了車輪上，因此，輪轂或法蘭支撐面承載會略低，有利于輪轂或法蘭的減重，但是制動盤與鉗體之間的距離較小，比較適合于長端面距的車橋；第二種連接方式為常用連接方式，該方式輪端布置較為簡單，但是重量上無優勢。（2）制動盤與輪轂散熱空間。由于制動盤吸收了大部分的制動能量，其溫度較高，制動盤與輪轂間隙較小或者制動盤盤面直接安裝到輪轂上，都會導致輪轂使用溫度較高，影響軸承油脂，易導致軸承的早期失效。（3）制動盤拆卸方式。目前常用的盤式輪端在拆卸制動盤時都需要拆卸輪轂和軸承，嚴重影響輪轂和軸承的可靠性；“緊湊型輪轂軸承單元盤式輪邊結構”和“創新型驅動橋盤式輪邊結構”在拆卸制動盤時，無需進行軸承拆卸，可最大限度的提高車橋可靠性。

3 結語

介紹了七種盤式輪端，分析了各種盤式輪端的優缺點，重點介紹了承載力較小的“緊湊型輪轂軸承單元盤式輪邊結構”和國、內外首創的驅動橋用“創新型驅動橋盤式輪邊結構”，并探討了影響盤式輪端性能的兩個關鍵因素。隨著商用車行業盤式制動器使用率的不斷提升，盤式輪端的市場份額會不斷增大，同時隨著車橋性能的不斷技術提升，免維護軸承輪端將會更加普及。