CN111595500A - 一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轮毂轴承预紧力测量方法技术领域，且公开了一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，包括以下步骤：步骤一：对铆接后的轮毂轴承拆解,将其外法兰切开，去掉钢球及外法兰，保留内圈及内法兰；步骤二：将两个应变片对称粘贴在步骤一中内法兰的轴肩下方，两个应变片组成应变片组，然后将应变片组与应变测量仪形成测量电路。该轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，无需铆接过程中联接应变片，克服了铆接过程中应变过大可能导致应变片松动、引起的测量结果异常的问题；此外，考虑摩擦力的影响对结果对标定进行修正，通过仿真获得下部轴向力和上部轴向力分别单独在应变片处引起的应变，引入应变修正系数，从而提高检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及轮毂轴承预紧力测量方法技术领域，具体为一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法。
背景技术
近二十年来，随着汽车产业的发展，对汽车轮毂轴承的轻量化、集成化、高可靠性提出了越来越高的要求，轴端摆碾铆合技术逐步应用在第三代轮毂轴承的制造中；其基本原理为：铆头倾斜一固定角度(通常为5°)，铆头一边公转一边自转，同时向下进给，使内法兰轴端金属发生塑性变形，翻边压紧内圈，实现轴承的预紧；对汽车轮毂轴承而言，预紧力的大小直接影响轴承的游隙值，进而影响轮毂轴承的刚度、寿命等性能；因此，预紧力轮毂轴承装配中的是关键指标之一；相比于传统的螺栓预紧，轴端摆碾铆合带来的预紧力更稳定可靠，不易松动；但其预紧力的精确测量较螺栓预紧困难的多，螺栓预紧可以通过拧紧力矩来控制预紧力，通过测量螺栓的变形来检测预紧力，而摆碾铆合过程中内圈发生复杂的不规则变形，铆头抬起卸载后，内圈发生回弹，使应力重新分布达到新的平衡，形成最终预紧力，这些特点导致预紧力的精确测量较为困难。
与本申请相关的是CN 109752124 A，首次提出了一种方法铆接预紧力的测量方法；该发明申请通过在内圈外侧粘贴4个应变片，组成测量电路，再在压力机上对应变片进行标定，然后工件再带着应变片进行铆接，测量铆接后的应变值从而得到预紧力；但该测量方法的不足之处在于应变片粘贴在内圈上，在铆接过程中内圈同时受到径向力和轴向力的作用，使应变片测量的应变为轴向应变和径向应变之和；这与标定时只受轴向力的情况不同；此外，因铆接过程中，应变片粘贴处发的涨大量呈现周期性变化，且峰值极大，易导致应变片松动，这些导致该方法测量精度不高。
专利CN 207007388U提出了将内圈切割打磨形成应变环和旋铆环的特殊结构来实现铆接预紧力的测量，但该方法较为复杂。
与本申请相关还有CN 104568280 A，该发明专利公开了一种轮毂轴承螺栓预紧力检测装置，包括基座、连接块、轮毂轴承螺栓、锁紧螺母、套筒、扭矩扳手、应变片组和支撑套；此装置可以快速准确地对螺栓预紧力进行测量，但不能用于铆接预紧力的测量。
与本申请相关的还有CN 102323059A，该发明专利公开了一种轴向铆装力及位移的承单元监控系统及方法，包括压力传感器、位移传感器、A/D转换模块、变送器、工控机及数据处理模块；此系统可以实时记录每次铆接过程中铆接力-位移数据，并根据设定值可对铆接异常进行评判，此专利的核心是检测铆接过程中的铆接力，而非铆后的预紧力；故而提出一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法来实现轮毂轴承铆接后预紧力的精确测量。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，具备精确测量轮毂轴承铆接后预紧力等优点，解决了现有技术中轮毂轴承铆接后预紧力测量不精确的问题。
(二)技术方案
为实现上述精确测量轮毂轴承铆接后预紧力的目的，本发明提供如下技术方案：一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：对铆接后的轮毂轴承拆解,将其外法兰切开，去掉钢球及外法兰，保留内圈及内法兰；
步骤二：将两个应变片对称粘贴在步骤一中内法兰的轴肩下方，两个应变片组成应变片组，然后将应变片组与应变测量仪形成电性连接，最后记录应变片组的初始应变值ε0；
步骤三：对步骤二中内法兰和内圈的铆接部分进行车削解铆，然后记录解铆后应变片组的应变值εz；
步骤四：对应变片组标定，向内法兰施加垂直向下的多种载荷，依次记录对应载荷下应变片组的应变值，然后对以上所得的载荷和应变值进行线性回归，得到回归方程。
步骤五：先通过内圈拔出试验获得内法兰和内圈之间的摩擦力，然后对回归方程减去摩擦力进行修正，得到修正后的回归方程。
步骤六：对应变值εz进行修正，首先通过动力学仿真得到铆接后复合的内圈小端面的轴向力为F1以及铆接部位的轴向卡紧力为F2；再通过静力学仿真，得到F1、F2单独作用下应变片粘贴区域的平均应变值ε1、ε2，得到修正系数K＝ε1/(ε1+ε2)；然后用此修正系数K将应变值εz修正，得到修正后的应变值K*εz；
步骤七：计算铆接预紧力F，将修正后的应变值K*εz代入所述回归方程，计算出铆接后内圈与轮毂轴之间的铆接预紧力F。
优选的，所述步骤二中内法兰上与应变片的粘贴处画十字线并交叉打磨形成纹路。
优选的，首先将应变片的基底轴向放置在打磨处，同时用橡胶软垫压在应变片上，并对其施加压力不少于3分钟；再静置在通风干燥处不少于3个小时；最后将硅橡胶均匀的涂抹在应变片上并完全覆盖，静置固化不少于8小时。
优选的，所述步骤二中用应变测量仪对应变片测量并进行判断，当应变值接近无穷大，表明应变片断路。
优选的，所述步骤二中用万用表对应变片测量并进行判断，当应变片的电阻大于122Ω，表明粘贴位置有异物。
优选的，所述步骤二中用应变测量仪对应变片测量并进行判断，应变值清零后，当1分钟内零漂超过5个微应变，表明应变片有缺陷。
优选的，所述步骤二中对内法兰施加压力，具体为加载压力和卸载压力三次，释放应变片粘贴产生的残余应力，用应变测量仪对应变片测量并进行判断，当应变片的应变值变化且无法平衡，表明应变片粘贴不牢而脱胶。
优选的，所述步骤三中车削解铆后内法兰和内圈的铆接部分的厚度小于0.5mm。
优选的，所述步骤四中施加的载荷分别为10kN、20kN、30kN、40kN、50kN、60kN、70kN、80kN,并且进行三次重复实验，取多种载荷下对应的平均应变值。
优选的，所述步骤二中两个应变片对称粘贴在步骤一中内法兰的轴肩下方5mm处。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，具备以下有益效果：
1、与现有检测技术相比，该检测方法无需铆接过程中联接应变片，克服了铆接过程中应变过大可能导致应变片松动、引起的测量结果异常的问题。
2、通过内圈拔出试验获取摩擦力，对标定得到的回归方程进行修正，提高测量精度。
3、通过仿真获得下部轴向力和上部轴向力分别单独在应变片处引起的应变，引入应变修正系数，从而提高检测精度。
4、使用风枪风冷，以减小切削力和温度对应变片的影响。
附图说明
图1为线切割示意图；
图2为应变片粘贴位置及受力示意图；
图3为应变片与应变测量仪成半桥电路连接的原理图；
图4为解铆示意图；
图5为标定示意图；
图6为标定曲线。
图中：1内圈、2测试钢球、3外法兰、4内法兰、5磁力底座、6应变片、7导线、8保护胶、9卡盘、10万能试验机的加载杆、11测试钢球、12加载套、13底座、14应变测量仪。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种轮毂轴承线切割方法：轮毂轴承的内法兰底面4通过磁力台5安装在线切割机床上，丝线先沿外法兰3凸缘从上至下切割，切割路径如图示1所示，切割完一侧后，然后轮毂轴承外法兰3旋转180°，沿相同的路径切割另一侧，切割完成后，清理掉外法兰3、测试钢球2、密封圈、油脂等，保留铆接在一起的内圈1和内法兰2，并清洗干净。
在内法兰4的轴肩台阶下方5mm附近区域内，如图2所示，画十字线，用400-600#砂纸的砂带机交叉打磨，打磨后粘贴位置呈现交叉的纹路；再用棉球沾取无水酒精将粘片位置擦洗干净；在应变片6的背面均匀涂抹适量502胶水，将应变片6的基底沿轴向放置在打磨位置，同时迅速用包有聚四氟乙烯的橡胶软垫压在应变片6上，保持一定压力3分钟以上；静置在通风干燥处3个小时以上，将硅橡胶均匀的涂抹在应变片6上，并将应变片6完全覆盖，用量适中，静置固化8小时以上；
两个应变片6呈180°分布在内法兰4的轴肩台阶下方5mm附近区域内组成应变片组，将应变片组的导出线与应变测量仪14相连接，组成半桥电路连接的测量电路，如图3所示；并且用应变测量仪14测量应变值，万用表测量应变片6的电阻，如果应变值接近无穷大，表明应变片6断路；如果应变片6的电阻大于122Ω以上，表明粘贴位置有异物；将应变片6接入应变测量仪14，应变值清零后，如果1分钟内零漂超过5个微应变，表明应变片6有缺陷或粘贴有问题；给内法兰4施加一定压力，加载和卸载三次，释放应变片6粘贴产生的残余应力，如果应变片6应变值变化较大且无法平衡，表明应变片6粘贴不牢而脱胶；检查无问题后，记录初始应变值ε0，本实施例中，ε0＝-12.8。
将贴好应变片组与应变测量仪14断开，将导线7缠绕在内法兰4轴上并捆匝好，将内法兰4安装在车床卡盘9上，使用弯头车刀将车去铆接口部分，如图3所示，车削解铆时，使用大前角的车刀，使用较低的车削速度及进给速度，不用切削液，使用风枪风冷，以减小切削力和温度对应变片的影响，提高测量精度；为车削方便，允许铆接处保留的厚度小于0.5mm，但须保证内法兰4铆接的圆角处完全消除预紧力，再用应变测量仪14记录此时的应变值εz，本实施例中，εz＝-114.03。
应变片组标定,在万能试验机工作台10上安装内法兰盘，内法兰盘上端安装加载套12和测试钢球11，分别设置加载载荷为10kN、20kN、30kN、40kN、50kN、60kN、70kN、80kN，依次记录对应载荷下的输出应变值，进行三次，取平均值，对以上所得的载荷和应变值进行线性回归，如图6所示，得到预紧力与应变值的关系式如下，其中F为预紧力，单位为kN。
F＝-0.278X+2.57
对内圈1进行拔出，获得拔出力，拔出力即认为是静摩擦力Ff，即为内法兰(4)和内圈(1)之间的摩擦力，对上述关系式进行修正得到F＝-0.278X+2.57-Ff
从而排除摩擦力的对检测结果的影响，提高了准确度。
对应变值εz进行修正，实际上，应变片测量的应变是由小端面的轴向力F1和铆接部位的卡紧力为F2二者综合引起的，如图2所示。而标定时的应变仅由轴向引起，目前的测量方法中忽略了铆接部位的卡紧力为F2影响，本发明提出基于有限元仿真的修正方法，先通过abaqus显示动力学仿真得到铆接后内圈小端面的轴向力为F1，铆接部位的卡紧力为F2，显示仿真时，以典型工艺参数进行仿真即可；再通过静力学仿真，考察F1、F2单独作用下应变，采用积分得到应变片粘贴区域(h，h+m)间的平均应变ε1、ε2，(ε1<0,ε2>0)，得到修正系数K＝ε1/(ε1+ε2)，K>1；因采用相对比值，虽然不同工艺参数下F1，F2的值有差异，带来的仿真ε1、ε2也有差异，但比值ε1/(ε1+ε2)基本不变，即K值较稳定，因此，此法对仿真要求并不高，用此修正系数将解铆后的应变值εz修正，修正后的应变值为K*εz，本实施例中，修正系数K＝1.18，修整后的应变值为134.56。
计算铆接预紧力，将修正后的应变值K*εz代入步骤四中的回归方程，计算出铆接后内圈与轮毂轴之间的铆接预紧力F；本实施例中，计算得到预紧力F＝36.4KN。
本实施例中使用的电阻应变片是中航电测BE120-1AA(11)-Q30P300。
本实施例中使用的应变仪是奥地利DEWESoft SIRIUS数据采集仪。
本发明的有益效果是：与现有检测技术相比，该检测方法无需铆接过程中联接应变片，克服了铆接过程中应变过大可能导致应变片6松动、引起的测量结果异常的问题；此外，通过内圈拔出试验获得摩擦力对标定结果进行修正，通过仿真获得下部轴向力和上部轴向力分别单独在应变片6处引起的应变，引入应变修正系数，从而提高检测精度；通过线切割去除外圈、车削去掉铆接口的方法，实现了对轮毂轴承铆合成品预紧力的测量。
以上结合附图详细说明了本发明的方法，但是本领域的技术人员应该意识到，具体实施方式仅是用于示范地说明本发明，说明书仅是用于解释权利要求书，本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。比如，将本发明的车削解铆法改变为线切割解铆法。亦如将本发明的修正系数法用于对非解铆的测量中，即采用铆接前后应变值的变化来计算预紧力。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：对铆接后的轮毂轴承拆解,将其外法兰(3)切开，去掉钢球(2)及外法兰(3)，保留内圈(1)及内法兰(4)；
步骤二：将两个应变片(6)对称粘贴在步骤一中内法兰(4)的轴肩下方，两个应变片(6)组成应变片组，然后将应变片组与应变测量仪(14)形成测量电路，最后记录应变片组的初始应变值ε0；
步骤三：对步骤二中内法兰(4)和内圈(1)的铆接部分进行车削解铆，然后记录解铆后应变片组的应变值εz；
步骤四：首先对应变片组标定，向内法兰(4)施加垂直向下的多种载荷，依次记录对应载荷下应变片组的应变值，然后对以上所得的载荷和应变值进行线性回归，得到回归方程。
步骤五：先通过内圈(1)拔出试验获得内法兰(4)和内圈(1)之间的摩擦力，然后对回归方程减去摩擦力进行修正，得到修正后的回归方程。
步骤六：对应变值εz进行修正，首先通过动力学仿真得到铆接后复合的内圈(1)小端面的轴向力为F1以及铆接部位的轴向卡紧力为F2；再通过静力学仿真，得到F1、F2单独作用下应变片(6)粘贴区域的平均应变值ε1、ε2，得到修正系数K＝ε1/(ε1+ε2)；然后用此修正系数K将应变值εz修正，得到修正后的应变值K*εz；
步骤七：计算铆接预紧力F，将修正后的应变值K*εz代入所述修正后的回归方程，计算出铆接后内圈(1)与轮毂轴之间的铆接预紧力F。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于：所述步骤二中内法兰(4)上与应变片(6)的粘贴处画十字线并交叉打磨形成纹路。
3.根据权利要求2所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于：首先将应变片(6)的基底轴向放置在打磨处，同时用橡胶软垫压在应变片(6)上，并对其施加压力不少于3分钟；再静置在通风干燥处不少于3个小时；最后将硅橡胶均匀的涂抹在应变片(6)上并完全覆盖，静置固化不少于8小时。
4.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于：所述步骤二中用应变测量仪(14)对应变片(6)测量并进行判断，当应变值接近无穷大，表明应变片(6)断路。
5.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于：所述步骤二中用万用表对应变片(6)测量并进行判断，当应变片(6)的电阻大于122Ω，表明粘贴位置有异物。
6.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于：所述步骤二中用应变测量仪(14)对应变片(6)测量并进行判断，应变值清零后，当1分钟内零漂超过5个微应变，表明应变片(6)有缺陷。
7.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于：所述步骤二中对内法兰(4)施加压力，具体为加载压力和卸载压力三次，释放应变片(6)粘贴产生的残余应力，用应变测量仪(14)对应变片(6)测量并进行判断，当应变片(6)的应变值变化且无法平衡，表明应变片(6)粘贴不牢而脱胶。
8.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于：所述步骤三中车削解铆后内法兰(4)和内圈(1)的铆接部分的厚度小于0.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于特征在于：所述步骤四中施加的载荷分别为10kN、20kN、30kN、40kN、50kN、60kN、70kN、80kN,并且进行三次重复实验，取多种载荷下对应的平均应变值。
10.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法，其特征在于特征在于：所述步骤二中两个应变片(6)对称粘贴在步骤一中内法兰(4)的轴肩下方5mm处。
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| CN202010463701.4A Active CN111595500B (zh) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | 一种轮毂轴承摆碾铆合预紧力的检测方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117053877A (zh) * | 2023-10-13 | 2023-11-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 轴向负载轴系端盖的预紧力加载装调装置及加载装调方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN1723385A (zh) * | 2003-05-22 | 2006-01-18 | 日本精工株式会社 | 用于滚动轴承单元的载荷测量装置以及载荷测量滚动轴承单元 |
| JP2015059844A (ja) * | 2013-09-19 | 2015-03-30 | Ntn株式会社 | センサ付車輪用軸受のキャリブレーション方法 |
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-
2020
- 2020-05-27 CN CN202010463701.4A patent/CN111595500B/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117053877A (zh) * | 2023-10-13 | 2023-11-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 轴向负载轴系端盖的预紧力加载装调装置及加载装调方法 |
| CN117053877B (zh) * | 2023-10-13 | 2024-01-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 轴向负载轴系端盖的预紧力加载装调装置及加载装调方法 |
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