CN107131208B - 一种轮毂轴承单元及其滚珠磨损监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮毂轴承单元及其滚珠磨损监测方法，包括内圈、外圈、连接轴、钟形壳、两个直角形保持架，所述内圈由左分离内圈和右分离内圈组成；直角形保持架由中心轴相互垂直的水平轴段和竖直圆盘组成，水平轴段上设置有水平兜孔，竖直圆盘上设置有竖直兜孔，两个直角形保持架分别设置在左分离内圈与外圈之间、右分离内圈与外圈之间，两个直角形保持架的水平兜孔和竖直兜孔中均安装有滚珠；所述外圈上安装有两个激光测距传感器、温度传感器。本发明由于采用了上述技术方案，大大提高了轴承的轴向和径向刚度，并能实时监测轴承的磨损情况，使轴承运转更加平稳、安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮毂轴承单元，具体是一种带有“直角形”滚珠保持架并且采用综合手段监测滚珠体磨损的轮毂轴承单元，属于轴承技术领域。
背景技术
现有各种结构的轮毂轴承单元，外观和结构大同小异，主要有内外法兰盘套圈、小内圈、一列或两列滚珠以及保持架、橡胶密封圈和噪声传感器组成。常见的主要有深沟球轴承、圆柱滚子轴承以及圆锥滚子轴承，深沟球轴承和圆柱滚子轴承主要承受径向载荷，对于轴向载荷的抵抗能力不足，圆锥滚子轴承既能承受径向载荷也能承受轴向载荷，但不适合较高的工作转速，并且在径向和轴向也不能承载较大的载荷。现有的轴承故障监测技术主要是在内外圈之间安装噪声传感器，通过监测轴承运转过程中噪声的大小来判断滚珠是否破碎。这种轴承故障的监测方法手段比较单一，容易受外界声音的影响，造成监测结果的可靠度降低。
发明内容
针对现有轮毂轴承单元结构设计的不足和轴承磨损监测方法的单一问题，本发明的目的是提供一种轮毂轴承单元及其滚珠磨损监测方法，采用“直角形”保持架并采用综合手段监测滚珠体磨损。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种轮毂轴承单元，包括内圈、外圈、连接轴、钟形壳、两个直角形保持架，所述内圈由左分离内圈和右分离内圈组成，左分离内圈和右分离内圈通过内花键与连接轴装配在一起；连接轴一端带有凸肩，另一端设置有螺纹并安装有双螺母；所述钟形壳套设在连接轴上带有凸肩的一端；直角形保持架由中心轴相互垂直的水平轴段向和竖直圆盘组成，水平轴段上设置有水平兜孔，竖直圆盘上设置有竖直兜孔，两个直角形保持架分别设置在左分离内圈与外圈之间、右分离内圈与外圈之间，两个直角形保持架的水平兜孔和竖直兜孔中均安装有滚珠，其中水平兜孔中的滚珠安装在外圈内缘和左分离内圈或者右分离内圈外缘之间，竖直兜孔中的滚珠安装在在外圈的端面和左分离内圈或者右分离内圈的法兰端面之间；所述外圈上设置有三个传感器安装孔，分别安装有两个激光测距传感器、温度传感器，两个激光测距传感器分别用于监测外圈与左分离内圈的间隙、外圈与右分离内圈的间隙，温度传感器用于监测轴承运行过程中内外圈之间温度的变化。
所述直角形保持架的水平轴段的长度大于竖直圆盘一端外圆的半径，水平兜孔和竖直兜孔的中心线相互垂直，且水平兜孔的直径大于竖直兜孔的直径，竖直端面和水平轴段外圆面之间为斜面过渡。
所述外圈的左右两边端面上与滚珠接触处设有滚道，外圈内缘表面与滚珠接触处设有滚道。
所述左分离内圈的法兰盘右端面及右分离内圈左端面上与滚珠接触处均设有滚道；左分离内圈及右分离内圈的水平段的外缘表面与滚珠接触处均设有滚道。
所述左分离内圈的法兰盘右端面及右分离内圈左端面上均开有环形槽；所述外圈的端面开设有用于安装密封圈的孔，密封圈以过盈配合的方式安装在孔中，孔的轴向长度小于密封圈的长度，密封圈的一端与孔的底部接触，另一端伸入环形槽内，与环形槽的底端面接触，密封圈与环形槽过盈配合，密封圈的厚度小于环形槽的宽度。
所述左分离内圈的轴颈右端及右分离内圈的轴颈左端均开有环形槽，两个环形槽中分别设置有两个挡油环，两个挡油环分别与两个环形槽过盈配合。
一种轮毂轴承单元的滚珠磨损监测方法，两个激光测距传感器及温度传感器的探头伸入两个挡油环之间；两个激光测距传感器分别监测外圈和左分离内圈之间的间隙、监测外圈和右分离内圈之间的间隙，温度传感器监测轴承运行过程中外圈和内圈之间的温度变化；正常情况下内外圈间的间隙为H，当轴承运转磨损时，内外圈间隙减小为H1，激光测距传感器将测得的间隙H1送入汽车的ECU，当H1小于限定值H0时，ECU会向驾驶室发出故障指示信号，在轴承运转过程中温度传感器将测得温度信号C1送入ECU，当C1的值大于限定值C0时，ECU向驾驶室发出故障指示信号，由此实现轴承磨损情况的监测。
有益效果：本发明具有如下优点：
与现有轮毂轴承相比，本发明采用“直角形”轴承保持架，在轴承径向和轴向上都安装有滚珠，大大提高了轴承的轴向和径向刚度，增强了轴承的抗载荷能力，使轴承运行过程中更加平稳、安全。
本发明安装了激光测距传感器和温度传感器，用于监测轴承运行过程内外圈之间间隙的变化和温度的变化，当轴承磨损严重时，内外圈之间间隙变小，温度超过安全值，会即刻报警，发出故障信号，这对提高轮毂轴承的安全性能具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明轮毂轴承单元的结构示意图；
图2为密封圈与内外圈配合处的局部放大图；
图3为激光测距传感器与螺纹孔配合处的局部放大图；
图4为本发明中直角形轴承保持架的主视图；
图5为本发明中直角形轴承保持架的轴测图；
图中，1-连接轴、2-双螺母、3-左分离内圈、4-第一直角形保持架、14-第二直角形保持架、5-第一滚珠、6-左密封圈、7-第二滚珠、8-第一激光测距传感器、9-激光测距传感器、10-第一挡油环、11-第二挡油环、12-外圈、13-右密封圈、15-右分离内圈、16-钟形壳、17-第一安装孔、18-第二安装孔、30-第三安装孔、19-第一内圈径向滚道、26-第二内圈径向滚道、20-第一外圈径向滚道、25-第二外圈径向滚道、21-第一内圈端面滚道、29-第二内圈端面滚道、22-第一外圈端面滚道、27-外圈端面滚道、23第一环形槽、28-第二环形槽、31第三环形槽、32-第四环形槽、33-凸肩、34-水平轴段、35-竖直圆盘、36-水平兜孔、37-竖直兜孔、38-孔；
h1-孔高度、w1-密封圈宽度、m1-密封圈厚度、w2-第一环形槽宽度、h2-密封圈的内圈距轴承保持架的距离、A-局部放大图标记符号、B-局部放大图标记符号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明的轮毂轴承单元包括内圈、外圈12、连接轴1、钟形壳16、两个直角形保持架，分别为第一直角形保持架4和第二直角形保持架14，内圈由左分离内圈3和右分离内圈15组成，左分离内圈3和右分离内圈15通过内花键与连接轴1装配在一起；连接轴1一端带有凸肩33，用于连接轴1上零件的轴向定位，另一端攻有螺纹依靠双螺母2将零件进行轴向定位；钟形壳16套设在连接轴1上带有凸肩33的一端；直角形保持架由中心轴相互垂直的水平轴段34和竖直圆盘35组成，水平轴段34上设置有水平兜孔36，竖直圆盘35上设置有竖直兜孔37，其中，第一直角形保持架4设置在左分离内圈3与外圈12之间、第二直角形保持架14设置在右分离内圈15与外圈12之间，第一直角形保持架4和第二直角形保持架14的水平兜孔36和竖直兜孔37中均安装有滚珠，其中水平兜孔36中的第二滚珠7安装在外圈12内缘和左分离内圈3或者右分离内圈15外缘之间，竖直兜孔37中的第一滚珠5安装在在外圈12的端面和左分离内圈3或者右分离内圈15的法兰端面之间；外圈12上设置有三个传感器安装孔，分别为第一安装孔17、第二安装孔18、第三安装孔30，分别安装有第一激光测距传感器8、第二激光测距传感器9、温度传感器24，第一激光测距传感器8和第二激光测距传感器9分别用于监测外圈与左分离内圈的间隙、外圈与右分离内圈的间隙，温度传感器用于监测轴承运行过程中内外圈之间温度的变化。
直角形保持架的水平轴段34的长度大于竖直圆盘35一端外圆的半径，水平兜孔36和竖直兜孔37的中心线相互垂直，且水平兜孔36的直径大于竖直兜孔37的直径，竖直圆盘35和水平轴段34外圆面之间为斜面过渡。安装在竖直兜孔37中的第一滚珠5的直径要小于安装于水平兜孔36中的第二滚珠7的直径，因为在轴承运转过程中，水平兜孔36中的第二滚珠7承受的载荷要大于竖直兜孔37中的第一滚珠5，因此，第二滚珠7的磨损较为严重，所以第二滚珠7的直径要大于第一滚珠5的直径。此种结构的轴承保持架，很好的兼顾了轴承在径向和轴向的承载能力，大大的提高了轴承在径向和轴向上的刚度。
外圈12的左右两边端面上与滚珠接触处设有两个滚道，分别为第一外圈端面滚道22、第二外圈端面滚道27，外圈12内缘表面与滚珠接触处设有两个滚道，分别为第一外圈径向滚20、第二外圈径向滚25。
左分离内圈3的法兰盘右端面与滚珠接触处设有第一内圈端面滚道21；右分离内圈15法兰盘左端面上与滚珠接触处设有第二内圈端面滚道29；左分离内圈3的水平段的外缘表面与滚珠接触处设有第一内圈径向滚19；右分离内圈15的水平段的外缘表面与滚珠接触处设有第二内圈径向滚道26。第一内圈径向滚19的位置位于第一直角形保持架4的水平轴段34的1/2处，第二内圈径向滚道26的位置位于第二直角形保持架14的水平轴段34的1/2处。
左分离内圈3的法兰盘右端面及右分离内圈15左端面上均开有环形槽，且外圈12的两端面均开设有孔，并在孔与环形槽之间装配有密封圈。以左分离内圈3为例，左分离内圈3的法兰盘右端面开有第一环形槽23，外圈12的端面开设有用于安装密封圈的孔38，左密封圈6以过盈配合的方式安装在孔38中，左密封圈6的一端和孔38的底部接触，左密封圈6的另一端伸入第一环形槽23内，与第一环形槽23的底部端面接触，孔38的深度h1小于密封圈的宽度w1，左密封圈6与第一环形槽23相配合，密封圈的厚度m1小于环形槽23的宽度w2，以便于安装，有利于减小摩擦。左密封圈6的内圈距轴承保持架的距离h2大于2mm，以便于储存润滑油脂，减小摩擦。左密封圈6采用骨架式密封圈，可有效的防止尘土和泥水进入轴承内外圈之间，确保轮毂轴承单元正常使用。右分离内圈15左端面上开设有第二环形槽28，并设置的右密封圈13，其结构及设置方式与上述的左密封圈6结构及设置方式相同。
为保证轴承在运转过程中，第一激光测距传感器8和第二激光测距传感器9的工作过程不受润滑油脂的影响，在左分离内圈3的轴颈右端及右分离内圈15的轴颈左端均开有环形槽，两个环形槽中分别设置有两个挡油环，两个挡油环分别与两个环形槽过盈配合。其中，左分离内圈3的轴颈右端开有第三环形槽31，第一挡油环10与第三环形槽31过盈配合，轴承内圈15的轴颈左端开有第四环形槽32，挡油环11与第四环形槽32过盈配合。挡油环的制作材料应首选热固性塑料如环氧树脂等，以防止在轴承工作过程中挡油环产生变形，影响激光测距传感器所测数据的准确性。环形槽的高度约为3mm，以便于挡油环的装配。
在装配过程中，首先将钟形壳16套在连接轴1上，将第一挡油环10安装在左分离内圈3上的第二环形槽31中，将第二挡油环11安装在右分离内圈15上的第三环形槽32中，然后套入右分离内圈15，依次套入第二直角形保持架14、右密封圈13、外圈12、第一直角形保持架4、左密封圈6、左分离内圈3，然后用双螺母进行轴向固定，最后将激光测距传感器8和9以及温度传感器24通过螺纹连接安装在螺纹孔17、18、30中。
第一激光测距传感器8安装在轴承外圈的螺纹孔17中，第二激光测距传感器9安装在轴承外圈的螺纹孔18中，探头伸入两个挡油环10、11之间，温度传感器24安装在轴承外圈的通孔30中，探头伸入两个挡油环10、11之间。激光测距传感器8用于监测外圈12和左分离内圈3之间的间隙，激光测距传感器9用于监测外圈12和右分离内圈15之间的间隙，温度传感器24用于监测轴承运行过程中外圈和内圈之间的温度变化。正常情况下内外圈间的间隙为H，当轴承运转磨损达到一定程度时，内外圈间隙减小为H1，激光测距传感器将测得的间隙H1送入ECU，当H1小于限定值H0时，ECU会向驾驶室发出故障指示信号，在轴承运转过程中温度传感器24将测得温度信号C1送入ECU，当C1的值大于限定值C0时，ECU向驾驶室发出故障指示信号，由此实现一种监测轴承磨损情况的综合手段。激光测距传感器8和9以及温度传感器24的外圆直径d1要大于孔直径d2，用于定位传感器的位置，防止传感器在轴承运行过程中串动，影响测量数据的准确性。
本发明中，所述的ECU是指电子控制单元，又称“车载电脑”。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种轮毂轴承单元，其特征在于：包括内圈、外圈、连接轴、钟形壳、两个直角形保持架，所述内圈由左分离内圈和右分离内圈组成，左分离内圈和右分离内圈通过内花键与连接轴装配在一起；连接轴一端带有凸肩，另一端设置有螺纹并安装有双螺母；所述钟形壳套设在连接轴上带有凸肩的一端；直角形保持架由中心轴相互垂直的水平轴段和竖直圆盘组成，水平轴段上设置有水平兜孔，竖直圆盘上设置有竖直兜孔，两个直角形保持架分别设置在左分离内圈与外圈之间、右分离内圈与外圈之间，两个直角形保持架的水平兜孔和竖直兜孔中均安装有滚珠，其中水平兜孔中的滚珠安装在外圈内缘和左分离内圈或者右分离内圈外缘之间，竖直兜孔中的滚珠安装在外圈的端面和左分离内圈或者右分离内圈的法兰盘端面之间；所述外圈上设置有三个传感器安装孔，分别安装有两个激光测距传感器、温度传感器，两个激光测距传感器分别用于监测外圈与左分离内圈的间隙、外圈与右分离内圈的间隙，温度传感器用于监测轴承运行过程中内外圈之间温度的变化；
所述直角形保持架的水平轴段的长度大于竖直圆盘一端外圆的半径，水平兜孔和竖直兜孔的中心线相互垂直，且水平兜孔的直径大于竖直兜孔的直径，竖直圆盘和水平轴段外圆面之间为斜面过渡；安装在竖直兜孔中的第一滚珠的直径要小于安装于水平兜孔中的第二滚珠的直径；
所述外圈的左右两边端面上与滚珠接触处设有滚道，外圈内缘表面与滚珠接触处设有滚道；
所述左分离内圈的法兰盘右端面及右分离内圈的法兰盘左端面上与滚珠接触处均设有滚道；左分离内圈的水平轴段及右分离内圈的水平轴段的外缘表面与滚珠接触处均设有滚道；
所述左分离内圈的法兰盘右端面及右分离内圈的法兰盘左端面上分别开有第一环形槽和第二环形槽；所述外圈的两个端面开设有用于安装密封圈的孔，密封圈以过盈配合的方式安装在孔中，孔的轴向长度小于密封圈的长度，密封圈的一端与孔的底部接触，另一端伸入环形槽内，与环形槽的底端面接触，密封圈与环形槽过盈配合，密封圈的厚度小于环形槽的宽度；密封圈的内圈距轴承保持架的距离大于2mm；
所述左分离内圈的轴颈右端及右分离内圈的轴颈左端分别开有第三环形槽和第四环形槽，第三环形槽和第四环形槽中分别设置有挡油环，两个挡油环分别与第三环形槽、第四环形槽过盈配合；挡油环的材质为热固性塑料，环形槽的高度为3mm。
2.根据权利要求1所述的轮毂轴承单元，其特征在于：所述密封圈为骨架式密封圈。
3.一种基于权利要求1所述的轮毂轴承单元的滚珠磨损监测方法，其特征在于：两个激光测距传感器及温度传感器的探头伸入两个挡油环之间；两个激光测距传感器分别监测外圈和左分离内圈之间的间隙、监测外圈和右分离内圈之间的间隙，温度传感器监测轴承运行过程中外圈和内圈之间的温度变化；正常情况下内外圈间的间隙为H，当轴承运转磨损时，内外圈间隙减小为H1，激光测距传感器将测得的间隙H1送入汽车的ECU，当H1小于限定值H0时，ECU会向驾驶室发出故障指示信号，在轴承运转过程中温度传感器将测得温度信号C1送入ECU，当C1的值大于限定值C0时，ECU向驾驶室发出故障指示信号，由此实现轴承磨损情况的监测。
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