某轻型商用车免维护轴承的开发

陈杰，苏媛，向莎

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230009）

某轻型商用车免维护轴承的开发

陈杰，苏媛，向莎

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230009）

轮端技术是商用车研发的关键技术，文章针对某商用车型，通过开发盘式免维护轮端技术，匹配新型轮端轮毂、制动盘、转向节等零部件的设计工作，并通过有限元分析零部件的可靠性，完成免维护轮毂轴承单元开发工作，对轻型商用车前桥系统技术的发展进行讨论。

免维护轴承；CAE；轮毂；制动盘

前言

目前市场上商用车全部才用普通轴承，行驶一定里程后，需对轮毂轴承重新更换油脂并保养，不仅给终端客户增加了一定的保养费用，也无形当中造成了客户时间成本的浪费。国家五部委发布《关于进一步做好货车非法改装和超限超载治理工作的意见》，标志着我国对货车超限超载的治理进入新的阶段。随着市场超载现象的不断规范化，轮端零部件的使用寿命得到很大改善，对商用车轮端日常维护保养提出了更高的要求，免维护等技术的应用成为趋势。

欧洲商用车车企，如 MAN、斯堪尼亚、沃尔沃等早已匹配免维护轮毂轴承单元并实现量产。在欧洲卡车市场，一代免维护轮毂轴承 80%应用在前桥，100%应用在后桥上。我国商用车由于免维护轮毂轴承单元开发较晚，目前实现量产的车型较少，免维护轮端技术主要在乘用车领域应用较广。

目前前后桥轮毂轴承单元经过不断的发展，经历了三代产品的迭代，免维护轴承单元技术已经相对比较成熟。国外主要轴承供应商舍弗勒、斯凯孚等都有较成熟的免维护轴承单元开发经验，国内主要轴承供应商也开始开发免维护轴承单元，但还处于初期阶段，与国外产品有一定差距。

根据以上对国内、国际市场环境的分析，以及对国内竞争企业的应用情况进行了解，开发商用车新一代免维护轮端是势在必行。

1 轴承介绍

图1

轴承单元介绍：目前免维护轴承单元大致可分为三代产品结构。一代轴承单元将传统单列轴承组合成一个整体单元式结构，集轴承、密封圈、润滑脂于一体。二代轴承单元通常将轴承外圈作为轮毂，形成轮毂轴承单元结构；第三代轴承单元在二代单元基础上可集成ABS齿圈等，更加集成化。

2 目标设定

前桥免维护轮端设计目标设定如下：

表1

3 设计说明

从成本和成熟度考虑，拟选用一代轴承单元，其基本结构尺寸为(35×68×48)mm，并根据该轴承结构尺寸进行前轮端设计。轮毂轴承及前轴使用工况、寿命计算可参考下表：

4 结构设计

保证现有车型前轮毂主要安装尺寸不变，为配合轴承单元的开发，主要开发零部件包括前轮毂、转向节、制动盘、轮毂单元，新轮端结构如下图所示：

图2

4.1 前轮毂

图3

前轮毂采用 QT450-10球墨铸铁材料铸造成型，热处理后对内轮毂进行机加工轴承安装面及螺栓孔等，小端内径φ 68mm，外径φ84mm，更改前后结构对比如图3所示。

前轮毂更改前后CAE分析对比结果如下表：

表3

前轮毂更改前后CAE分析应力云图如下图所示：

图4

结论：轮毂法兰螺栓孔处应力最大，改进后轮毂最大应力小于原状态最大应力，安全系数增大，符合设计要求。

4.2 轴承单元

轴承单元采用一代免维护轴承，将润滑、密封、调整间隙功能集中到轴承内，无需维护，寿命长，更改前后轴承单元结构对比如下表所示。

轴承选型计算寿命对比如下表：

图5

结论：轴承选型满足布置需求，且寿命相对现用件有很大提升，实现免维护的设计要求。

4.3 制动盘

图6

制动盘固定方式由之前的螺栓固定更改为卡接在轮毂上，为满足装配需求，轴向尺寸由44.3mm加长到63.6mm，更改前后结构对比如图6所示。

制动盘更改前后CAE对比分析如下表所示：

表4

制动盘更改前后CAE分析应力云图如下图所示：

图7

结论：改进制动盘最大应力小于原状态最大应力，安全系数增大，符合设计要求。

4.4 转向节

转向节在基本型W5000基础上修改轴端部分，轴端结构由阶梯式更改为圆柱式，轴端长度由84mm缩短到50mm，主销孔、转向节安装面、外倾角等尺寸参数与基本型W5000转向节保持一致。其结构对比如下图所示：

图8

转向节更改前后CAE分析结果对比如下表所示：

表5

转向节更改前后CAE分析应力云图如图9所示。

结论：转向节卡钳安装孔附近应力最大，改进后转向节最大应力小于原状态最大应力，安全系数增大，符合设计要求。

基于一代免维护轴承，对前轮毂装置进行了重新设计，具体变动件及开发周期见表6。

图9

表6

5 结语

通过对某轻型商用车轮端技术研究，完成免维护轮毂轴承单元开发。轴承单元及周边零部件开发能够满足前桥1.3T载荷需求，且新一代轮端满足空间布置，符合整车的相关参数要求，并且满足客户的需要，达到免维护目的。完成轻型商用车新一代轮端的技术储备，为后续车型免维护轴承的开发做技术储备。

[1] 吉林大学汽车工程系.汽车构造（第 5版）[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 刘泽九.滚动轴承应用手册 [M].北京:机械工业出版社,1996.

[3] 朱爱华,朱成九,张卫华.滚动轴承摩擦力矩的计算分析.[J].轴承,2008（7）:1-3.

[4] 林国昌,徐从儒.滚子轴承准静态计算分析[J].航空发动机,1990（4）;67-77.

[5] 袁茹,李继庆.高速滚子轴承的拟动态分析计算[J].机械科学与技术,1995,14（1）：65-68.

[6] 李锦标,吴林丰.高速滚子轴承的动力学分析[J].航空学报,1992,13:625-632.

[7] 杜辉.航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承三维瞬态拟动力学分析[D].洛阳,河南科技大学,2005.

[8] 薛峥,汪久根等.深沟球轴承的动力学分析及其软件[J].轴承,2009:14-19.

[9] 张成铁,陈国定.高速滚动轴承的动力学分析[J].机械科学与技术,1997,16（1）:136-139.

The development of light commercial automobile maintainfree wheel bearing

Chen Jie, Su Yuan, Xiang Sha
( Anhui Jianghuai Automobile Technology Center, Anhui Hefei 230009 )

As the core technology of the light commerical automobile, maintenance-free of disc of wheel technology and matching design of new hub,disc brake,knuckle were employed in this article,components reliability were verified in CAE and development of maintenance-free hub bearing was complete,the front axle of light commerical automobile was discussed.

maintenance-free; CAE; hub; disc brake

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-11-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.005

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-11-03

陈杰，男，本科，工程师职称，就职于汽车技术中心轻型商用车研究院。主要从事车辆底盘系统开发。