汽車輪轂軸承模擬試驗機加載方式探討

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1、萬方數(shù)據(jù)■洛陽軸承研究所有限公司／鄭志功■洛陽哈博軸承試驗科技有限公司，張培君■奇瑞汽車股份有限公司，王技汽車零部件生產(chǎn)專用設(shè)備汽車輪轂軸承模擬試驗機加載方式探討汽車輪轂軸承的質(zhì)量直接關(guān)系到汽車安全性、壽命、轉(zhuǎn)向平穩(wěn)性和舒適度，因此必須對其進行模擬工況耐久性試驗。軸承設(shè)計者為了試驗輪轂軸承單元的綜合性能，獲得輪轂軸承在實際道路運行中的損壞形式，給主機提供可靠、真實的試驗數(shù)據(jù)，通過對汽車在行駛過程中的受力方式進行分析，研制出新一代汽車輪轂軸承模擬試驗機，其加載方式模擬了輪轂軸承的實際受力狀態(tài)。該系列試驗機可以完成汽車輪轂軸承一般耐久

2、性試驗、強化疲勞試驗、超速性能試驗、抗燒蝕性高溫試驗、泥水噴濺試驗及力矩剛性(角110度)人工測試等。對輪轂軸承進行試驗，必須按正確的受力點對軸承施加一定大小和方向的載荷即軸向力和徑向力，加載力必須滿足力的三要素(位置、大／l、：lll方向)要求，軸承按一定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，使其受力狀態(tài)與輪轂軸承在汽車上的狀態(tài)一致。在這樣的狀態(tài)下，按一定的載荷速度譜，進行模擬性能試驗或強化試驗，測試軸承的溫升、振動等參數(shù)，直到達到試驗要求。由此可以看出，研究輪轂軸承實際的受力方式是試驗機研制的關(guān)鍵所在。輪轂軸承的外部載荷輪轂軸承的外部載荷是對其進行受力分

3、析、壽命計算和耐久性試驗載荷譜設(shè)計的重要依據(jù)。影響轎車輪轂軸承外部載荷的情況非常復(fù)雜，這些因素包括路面狀況、車速、輪胎特性、行駛路線以及駕駛習(xí)慣等。輪轂軸承的外部載荷等價于輪胎載荷，即轎車行駛過程中路面對輪胎的作用力，通常包括徑向輪胎載荷和軸向輪胎載荷等。汽車在高速直線行駛中，輪轂軸承受到的外力為地面的支反力(此力稱為徑向外力)。該力的大小和輪軸承重有關(guān)，方向由輪胎著地點垂直向上并通過軸承回轉(zhuǎn)中心，作用點為輪胎著地點。汽車在彎道行駛中，輪轂軸承除受到上述地面支反力外，還受到物體作圓周運動時受到的向心力的影響，該力的大小和向心力數(shù)值

4、有關(guān)，方向平行于軸線，指向彎道中心方向，作用點為輪胎著地點(此力稱為軸向外力)。輪胎輪輞軸承組件受力分析如圖l所示，路面對輪胎產(chǎn)生徑向載荷Fz和軸向載荷F。(軸向載荷F。有正反兩個方向，對應(yīng)不同方向轉(zhuǎn)彎)，此兩力為地面對輪胎作用力，輪胎要保持平衡，由動靜法得知，必然受到輪軸(或懸架)對輪胎輪輞軸承組件的方向相反、大小相等且作用于同一點的另一對作用力即徑向載荷反力F，z和軸向載荷反力F，Y(軸向載荷反力F，Y有正反兩個方向)，輪胎圖1輪胎組件受力分析MC璃代零即件2們綽第7期∞www．mcl95Dtom萬方數(shù)據(jù)MC溉p輪輞軸承組件重

5、力不計。試驗施加力方式選擇對輪轂軸承的試驗加載力有兩種形式。一種是以圖1中徑向載荷巴(單方向推力)和軸向載荷凡(雙向力)為施加力，通過旋轉(zhuǎn)的加載軸承直接加到輪轂軸承旋轉(zhuǎn)圈上(加載軸承組件懸空，其主軸和輪轂軸承旋轉(zhuǎn)圈固定在一起)，作用于輪胎著地點，在試驗機上其平衡力為F2和F，Y(同樣作用于輪胎著地點)。該平衡力通過輪轂軸承非旋轉(zhuǎn)圈(非旋轉(zhuǎn)圈和機座固定在一起)，最后由機座承受。另一種是以圖1中徑向載荷反力F，z(單方向拉力)和軸向載荷反力F0(雙向力)為施加力，直接施加到輪轂軸承的非旋轉(zhuǎn)圈上，作用于輪胎著地點，在試驗機上其平衡力為F

6、：和F。(同樣作用于輪胎著地點)。該力由輪轂軸承旋轉(zhuǎn)圈加到承載軸系(輪轂軸承旋轉(zhuǎn)圈和承載軸系主軸固定在一起)，由于承載軸系固定在基座上，最后平衡力Fz年llF。為機座承受。經(jīng)過受力分析可以得出，第二種形式中，輪轂軸承旋轉(zhuǎn)圈必然受到一個合力，該合力和第一種形式中徑向載荷Fz(單方向推力)和軸向載荷R(雙向力)的施加力一致。第一種加載方式直接，但加到著力點的徑向力必須為推力，從著地點到輪轂軸承回轉(zhuǎn)中心之間直接施加推力，在試驗機上實現(xiàn)相對比較困難，國外有的試驗機上該徑向載荷實際為拉力，與軸承徑向力方向不一致。第二種加載方式受力與第一種加

7、載方式完全等效，結(jié)構(gòu)簡單，徑向力偏距及輪胎半徑(軸向力加載半徑)調(diào)整容易，輪轂軸承安裝方便。需要說明的是，載荷譜中一般給定的載荷為Fz$IIF。，在試驗時要對應(yīng)調(diào)整載荷譜(主要調(diào)整軸向力方向和實際一致)。第二種加載方式可以根據(jù)不同的需要開發(fā)出同時試驗兩套輪轂軸承的雙工位試驗機，提高了試驗效率。一般情況下，汽車左右輪轂軸承受力互不相同，僅在直線運動時受力一樣，徑向力各為軸重的一半，軸向力為零。因此，我們采用第二種方案，如圖2(試驗機俯視圖)所示，試驗機布置形式為臥式。傳動同步帶輪安裝在試驗主體(承載軸系)1殼體內(nèi)中部，變頻電動機布置

8、在床身內(nèi)，通過同步帶傳動驅(qū)動承載軸系主軸旋轉(zhuǎn)(圖中未示出)，主體殼體兩端為試驗裝置2，試驗裝置2中輪轂軸承的非旋轉(zhuǎn)圈和承載體3固定在一起40201綽第7期MC理竹墨■件www．mcl950．Gom(其旋轉(zhuǎn)圈通過試驗工裝和承載軸系主軸相連)，承載體3