CN113654454A - 一种轮毂安装结构的内部轴承游隙的测量、控制方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮毂安装结构的内部轴承游隙的测量、控制方法及其应用。其测量步骤如下：S1、回退测试轴承螺母一定角度；S2、将磁性跳动表顶住轮毂外端面，通过弹簧秤及三爪支架带动轮毂总成分别向内侧和外侧移动，记录跳动表跳动量S0，S0值为初始正游隙值；S3、拧紧磁吸有角度测量仪的轴承螺母使之旋入角度α1，此时读取轮毂总成旋转扭矩值T1，此T1时对应的游隙值S1=S0‑2α1/360（式中2为轴承螺母的螺纹牙距）；S4、不断重复步骤3，依次取得T2、T3、T4…下的S值；S5、按上述1～4的步骤，不断加大测试的样本量，描绘出多组轮毂旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线。通过上述方法，可将晦涩难测的轴向游隙转化为可测的旋转力矩，提升了装配合格率。

Description

一种轮毂安装结构的内部轴承游隙的测量、控制方法及其 应用

技术领域

本发明涉及车桥免维护轮毂技术领域，尤其是涉及一种轮毂安装结构的内部轴承游隙的测量、控制方法及其应用。

背景技术

为兼顾汽车寿命和成本，通常在车桥轮毂中采用背对背配对的两个圆锥滚子轴承并施加一定的预紧载荷使轴承处于寿命较高的微负游隙区域。精确测量并控制成对圆锥滚子轴承的轴向游隙非常重要。

目前，国内外市场所使用的免维护轮毂主要有康迈公司的油润滑轮毂和舍弗勒公司的脂润滑轮毂两种，其结构可综述为“一对圆锥滚子轴承+高性能油封+润滑油脂+大螺母锁紧”，必要的时候一对圆锥滚子轴承之间增设刚性或者弹性隔圈。但这些进口厂商的免维护轮毂价格高昂且维护成本高。

就国内的相关技术而言，专利号为CN202022283747.6 ，专利名称为一种正游隙检测装置的实用新型专利，其用于检测轮毂总成的正游隙，该装置包括旋转支架组件、轴头工装、固定支架组件、检测单元和旋转组件。轮毂总成包括轮毂壳体和轴承组件，轴承组件安装于轮毂壳体内，轴头工装安装于旋转支架组件上，轮毂总成安装于轴头工装上；旋转支架组件通过旋转组件可转动安装于固定支架组件上，旋转支架组件能够绕固定支架组件旋转预设角度，以带动轮毂总成旋转；检测单元安装于轮毂总成上，其用于测量轮毂壳体相对轴承组件的轴向位移量。

专利号为CN202022602250.6 ，专利名称为一种三代轮毂轴承轴向游隙值检测专用检具的实用新型专利，其包括上治具、下治具、千分表和支撑部件，使用上治具、下治具、支撑部件与待检测轴承内、外轮配合，通过千分表可以在生产现场对三代轮毂轴承轴向游隙值进行检测。

专利号为CN201721229973.8 ，专利名称为一种商用车长换油轮毂总成的实用新型专利，其由轮胎螺栓、高性能耐磨轮毂内油封、轮毂内轴承总成、轮毂、波形隔套、轮毂外轴承总成、轴头螺母、轴头螺母锁片、组合螺栓、高性能耐磨轮毂外油封组成。该结构是以规定的扭矩连续地拧紧轴头螺母，使轮毂外轴承内圈滚子总成、轮毂内轴承内圈滚子总成之间的波形隔套产生不可逆塑性变形，当轮毂拉力达到规定值时，停止拧紧轴头螺母，从而使轴头螺母、轮毂外轴承内圈滚子总成、波形隔套、轮毂内轴承内圈滚子总成形成一个刚性整体。

上述公开的专利技术中，仅仅实现了对正向游隙的测量，无法应用于负游隙的使用场合；更未有系统的描述“精确测量轴向游隙—确定轴向游隙并修正优化—免维护轮毂结构方案”这一理论并实际应用于免维护轮毂。如专利CN202022283747.6 《一种正游隙检测装置》，它依靠手动机械翻转装置及轮毂总成，靠轮毂的自身重力作用测量轮毂总成的轴向位移，此轴向位移即为轴向游隙。但是该专利技术仅能测试正向游隙，考虑同款轴承装于不同重量轮毂后的轴向游隙测试差异、该装置的测试缺失测量基准；同样的，专利CN202022602250.6 《一种三代轮毂轴承轴向游隙值检测专用检具》，它通过翻转检具、依靠下治具的重量迫使轮毂总成产生轴向位移从而检测正向游隙。该专利技术也仅能测试正向游隙，不同的产品需要更换不同重量的下治具，不具备通用性。专利CN201721229973.8 《一种商用车长换油轮毂总成》，仅是利用波形隔套特有的力学特性使其产生不可逆塑性变形，从而使轮毂总成达到规定的预紧力。该专利并未提及预紧力与轴向游隙的转化关系、也未描述如何确定最佳轴向游隙，缺乏理论基础，加上波形隔套长期使用以及冲击工况下使用的力学特性稳定性未知，因此不能保证轮毂总成装配后处于最佳的寿命使用区间。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种轮毂安装结构的内部轴承游隙的测量、控制方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种轮毂安装结构,包括桥壳套管，套设在桥壳套管外侧的轮毂以及安装在轮毂和桥壳套管之间的内侧轴承、外侧轴承，所述内侧轴承和外侧轴承之间设有刚性隔套，刚性隔套套设在所述桥壳套管的外侧；所述桥壳套管的端部安装轴承螺母，桥壳套管靠近所述轴承螺母的一端外侧带有外油封，桥壳套管的另一端带有内油封。

进一步，该结构配备测试轴承螺母、角度测量仪、三爪支架、弹簧秤、磁性跳动表。

一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法，包括如下步骤：

S1、将定量的润滑脂分别注进内侧轴承和外侧轴承的内圈和滚子中，待用；

S2、将内侧轴承的外圈、外侧轴承的外圈依次压入轮毂的内腔中，再放入注好油脂的内侧轴承的内圈并装入内油封；

S3、将上述带轴承及油封的轮毂套入桥壳套管上，放入注好油脂的外侧轴承的内圈，拧紧所述测试轴承螺母，转动轮毂消除间隙；

S4、将角度测量仪吸座于测试轴承螺母的外侧；

S5、将磁性跳动表吸座于桥壳套管的左端，磁性跳动表的指针压靠于轮毂的端面；

S6、以杠杆回退测试轴承螺母一定角度，此时将三爪支架挂住轮毂的法兰孔内，另一端挂住弹簧秤，通过弹簧称施加恒定的拉力带动轮毂向外侧移动；

S7、拆下弹簧秤和三爪支架，并将其移到轮毂的内侧依次挂上，通过弹簧称施加前述拉力带动轮毂向内侧移动；

S8、记录磁性跳动表在上述步骤S6、S7前后的跳动值S0，此S0值即为初始正游隙值；

S9、以杠杆带动测试轴承螺母旋入角度α1，此时通过扭矩扳手读取轮毂旋转力矩T1，此时T1对应的游隙值即 S1=S0-2α1/360，式中“2”为测试轴承螺母的螺纹牙距；

S10、不断重复步骤S9，依次取得T2、T3、T4…下的S值，据此绘制轮毂旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线（以下简称“转角法”）。

进一步，所述步骤S9中，将轴向游隙S转化为轮毂总成旋转力矩T后，通过控制轮毂总成旋转力矩T来实现对轴向游隙S的精确控制，进一步确定合适的轴向游隙S并优化轮毂旋转力矩，其方法包括如下步骤：

S91、根据SMT软件分析结果，初定轮毂最佳寿命的轴向游隙S0区间；

S92、采用轮毂轴承耐久疲劳试验台架分别搭载轴向游隙S0max、S0min、S0max±0.02mm、S0min±0.02mm共计六种状态的轮毂总成进行强化疲劳耐久试验，收集相应的试验结果并对理论轴向游隙S0进行修正，得到修正轴向游隙S1；

S93、统计分析采用“转角法”测量旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线组，截取可适配修正游隙S1的旋转力矩范围T1；

S94、补充优化：由于正游隙下旋转力矩不变，为消除正游隙的不可在线测量问题，将旋转力矩T1的下限值加大，使得修正游隙S1进一步优化至间接易测得的负游隙S2区间。

一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法的应用，形成免维护轮毂的结构方案，具体如下：

S1、将定量的润滑脂分别注进内侧轴承和外侧轴承的内圈和滚子中，待用；

S2、将内侧轴承的外圈、外侧轴承的外圈依次压入轮毂的内腔中，再放入注好油脂的内侧轴承的内圈并装入内油封；

S3、将上述带轴承及油封的轮毂套入桥壳套管上，依次放入刚性隔套、注好油脂的外侧轴承的内圈，拧紧轴承螺母至规定力矩，拧紧过程转动轮毂，最后将外油封平敲入轮毂内，至此完成轮毂的装配；

S4、轴承厂控制内侧轴承和外侧轴承的小装配高，假定该组轴承的总装配高为a±0.03mm，即出厂游隙设定公差±0.03mm，轮毂的轴承安装距设定为b±0.025，刚性隔套的高度设定为（a+b）±0.005mm；轴承螺母拧紧后保证轮毂的游隙区间控制在±0.06mm范围内；

S5、将上述轴承组的小装配高分为两档，定义a（0/+0.03）为小游隙A组、a（0/-0.03）为大游隙B组；将轮毂的轴承安装距分为两档，定义b（0/-0.025）为小游隙X组，b（0/+0.025）为大游隙Y组；

S6、采用AX配对装配、保证游隙控制在-0.035～+0.03mm之间，或采用BY配对装配、保证游隙控制在-0.03～+0.035mm之间。

通过上述错位配对法，只需将分组好的轴承、轮毂和刚性隔套等零部件装好并以轴承螺母紧固，即可将游隙区间缩减至0.65mm区间内、同步的也将旋转力矩范围进一步优化，提高了免维护轮毂的游隙的装配控制精度。

本发明的有益效果为：通过上述结构和方法，不仅细述了合理的定义轴向游隙，同时可将晦涩难测的轴向游隙转化为可测可控的旋转力矩，极大的提升了装配合格率、降低轴承烧死故障、大大延长轴承的使用寿命；从工艺上讲，只需对轴承、轮毂的部分尺寸做简单控制，便可实现免维护轮毂的低成本化和装配简易化。

本发明与CN202022283747.6及CN202022602250.6对比，有如下创新：1、本发明首创的“转角法”既可精确测量轴承轴向游隙（包含正游隙、负游隙）、也可通过同步描绘出的轮毂旋转力矩相对轴向游隙的关系曲线实现对轴向游隙的精确控制；2、本发明采用弹簧秤和三爪支架施加一固定的拉力，保证了测量基准的恒定； 3、本发明采用的测试专用轴承螺母，其两侧加焊长条状铁板，便于角度测量仪吸附，可直观的读取轴承螺母的旋转角度、精度高达0.01°；

本发明与CN201721229973.8对比，有如下创新：1、本发明提出了如何确定合适的轴向游隙及优化轮毂旋转力矩的技术方案，为后续应用提供了实用可靠的理论支持； 2、本发明提出了基于“转角法”和优化轮毂旋转力矩方法形成的免维护轮毂的装配方案，采用错位配对法使游隙区间缩减至0.65mm的区间内，保证免维护轮毂处于最佳寿命使用区间，实现免维护轮毂的低成本化和装配简易化。

附图说明

图1是本发明中的转角法测试轴承游隙时的示意图；

图2是本发明的测试轴承螺母的结构示意图；

图3是本发明中免维护轮毂安装结构的示意图；

图4为本发明轮毂旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线图。

具体实施方式

如图1至3所示，一种轮毂安装结构,包括桥壳套管1，套设在桥壳套管1外侧的轮毂7以及安装在轮毂7和桥壳套管1之间的内侧轴承3、外侧轴承5，内侧轴承3和外侧轴承5之间设有刚性隔套13，刚性隔套13套设在所述桥壳套管1的外侧；所述桥壳套管1的端部安装轴承螺母14，桥壳套管1靠近所述轴承螺母14的一端外侧带有外油封6，桥壳套管1的另一端带有内油封2。

该结构配备测试轴承螺母8、角度测量仪9、三爪支架10、弹簧秤11、磁性跳动表12。

一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法，包括如下步骤：

S1、将定量的润滑脂4分别注进内侧轴承3和外侧轴承5的内圈和滚子中，待用；

S2、将内侧轴承3的外圈、外侧轴承5的外圈依次压入轮毂7的内腔中，再放入注好油脂的内侧轴承3的内圈并装入内油封2；

S3、将上述带轴承及油封的轮毂7套入桥壳套管1上，放入注好油脂的外侧轴承5的内圈，拧紧所述测试轴承螺母8，转动轮毂7消除间隙；

S4、将角度测量仪9吸座于测试轴承螺母8的外侧；

S5、将磁性跳动表12吸座于桥壳套管1的左端，磁性跳动表12的指针压靠于轮毂7的端面；

S6、以杠杆回退测试轴承螺母8一定角度，此时将三爪支架10挂住轮毂7的法兰孔内，另一端挂住弹簧秤11，通过弹簧称11施加恒定的拉力带动轮毂7向外侧移动；

S7、拆下弹簧秤11和三爪支架10，并将其移到轮毂7的内侧依次挂上，通过弹簧称11施加前述拉力带动轮毂7向内侧移动；

S8、记录磁性跳动表12在上述步骤S6、S7前后的跳动值S0，此S0值即为初始正游隙值（推荐+0.04～+0.1mm内为宜）；

S9、以杠杆带动测试轴承螺母8旋入角度α1，此时通过扭矩扳手读取轮毂旋转力矩T1，此时T1对应的游隙值即 S1=S0-2α1/360，式中“2”为测试轴承螺母8的螺纹牙距；

S10、不断重复步骤S9，依次取得T2、T3、T4…下的S值，据此绘制轮毂旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线，如图4所示。

其中，通过弹簧秤11和三爪支架10施加一固定的拉力，可直观的读取磁性跳动表12的数值，从而定量的定义0游隙状态。通过拧紧轴承螺母14对轴承施加轴向预紧时，可以直观即时的读取旋转角度α、轮毂端面的轴向位移S（仅表示为内轴承的位移）并测量轮毂总成旋转力矩T。 多组样品下测量记录和分析旋转角度α和旋转力矩T关系，统计出轴向游隙S区间对应的旋转力矩T范围。综上方案，便可实现通过直观测量旋转力矩来实现对晦涩难测的轴向游隙的精确测量（以下简称“转角法”）。

测试轴承螺母8的两侧分别焊有一长条状铁板81，便于角度测量仪吸附，这样便可直观的读取测试轴承螺母8的旋转角度，精度可达0.01°

所述步骤S9中，将轴向游隙S转化为轮毂总成旋转力矩T后，通过控制轮毂总成旋转力矩T来实现对轴向游隙S的精确控制，进一步确定合适的轴向游隙S并优化轮毂旋转力矩，其方法包括如下步骤：

S91、根据SMT软件分析结果，初定轮毂最佳寿命的轴向游隙S0区间（假定-0.08mm～+0.04mm）；

S92、采用轮毂轴承耐久疲劳试验台架分别搭载轴向游隙S0max、S0min、S0max±0.02mm、S0min±0.02mm共计六种状态的轮毂总成进行强化疲劳耐久试验，收集相应的试验结果并对理论轴向游隙S0进行修正，得到修正轴向游隙S1；

S93、统计分析采用“转角法”测量旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线组，截取可适配修正游隙S1的旋转力矩范围T1；

S94、补充优化：由于正游隙下旋转力矩不变，为消除正游隙的不可在线测量问题，将旋转力矩T1的下限值加大，使得修正游隙S1进一步优化至间接易测得的负游隙S2区间。

一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法的应用，形成免维护轮毂的结构方案，具体如下：

S1、将定量的润滑脂4分别注进内侧轴承3和外侧轴承5的内圈和滚子中，待用；

S2、将内侧轴承3的外圈、外侧轴承5的外圈依次压入轮毂7的内腔中，再放入注好油脂的内侧轴承3的内圈并装入内油封2；

S3、将上述带轴承及油封的轮毂7套入桥壳套管1上，依次放入刚性隔套13、注好油脂的外侧轴承5的内圈，拧紧轴承螺母14至规定力矩，拧紧过程转动轮毂7，最后将外油封6平敲入轮毂7内，至此完成轮毂的装配；

S4、轴承厂控制内侧轴承3和外侧轴承5的小装配高，假定该组轴承的总装配高为a±0.03mm，即出厂游隙设定公差±0.03mm，轮毂7的轴承安装距设定为b±0.025，刚性隔套13的高度设定为（a+b）±0.005mm；轴承螺母14拧紧后保证轮毂的游隙区间控制在±0.06mm范围内；

S5、将上述轴承组的小装配高分为两档，定义a（0/+0.03）为小游隙A组、a（0/-0.03）为大游隙B组；将轮毂7的轴承安装距分为两档，定义b（0/-0.025）为小游隙X组，b（0/+0.025）为大游隙Y组；

S6、采用AX配对装配、保证游隙控制在-0.035～+0.03mm之间，或采用BY配对装配、保证游隙控制在-0.03～+0.035mm之间。

通过上述错位配对法，只需将分组好的轴承、轮毂和刚性隔套等零部件装好并以轴承螺母紧固，即可将游隙区间缩减至0.65mm区间内、同步的也将旋转力矩范围进一步优化，提高了免维护轮毂的游隙的装配控制精度。

通过上述结构和方法，不仅细述了合理的定义轴向游隙，同时可将晦涩难测的轴向游隙转化为可测可控的旋转力矩，极大的提升了装配合格率、降低轴承烧死故障、大大延长轴承的使用寿命；从工艺上讲，只需对轴承、轮毂的部分尺寸做简单控制，便可实现免维护轮毂的低成本化和装配简易化。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种轮毂安装结构, 其特征在于，包括桥壳套管（1），套设在桥壳套管（1）外侧的轮毂（7）以及安装在轮毂（7）和桥壳套管（1）之间的内侧轴承（3）、外侧轴承（5），所述内侧轴承（3）和外侧轴承（5）之间设有刚性隔套（13），刚性隔套（13）套设在所述桥壳套管（1）的外侧；所述桥壳套管（1）的端部安装轴承螺母（14），桥壳套管（1）靠近所述轴承螺母（14）的一端外侧带有外油封（6），桥壳套管（1）的另一端带有内油封（2）。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂安装结构, 其特征在于，该结构配备测试轴承螺母（8）、角度测量仪（9）、三爪支架（10）、弹簧秤（11）、磁性跳动表（12）。

3.一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将定量的润滑脂（4）分别注进内侧轴承（3）和外侧轴承（5）的内圈和滚子中，待用；

S2、将内侧轴承（3）的外圈、外侧轴承（5）的外圈依次压入轮毂（7）的内腔中，再放入注好油脂的内侧轴承（3）的内圈并装入内油封（2）；

S3、将上述带轴承及油封的轮毂（7）套入桥壳套管（1）上，放入注好油脂的外侧轴承（5）的内圈，拧紧所述测试轴承螺母（8），转动轮毂（7）消除间隙；

S4、将角度测量仪（9）吸座于测试轴承螺母（8）的外侧；

S5、将磁性跳动表（12）吸座于桥壳套管（1）的左端，磁性跳动表（12）的指针压靠于轮毂（7）的端面；

S6、以杠杆回退测试轴承螺母（8）一定角度，此时将三爪支架（10）挂住轮毂（7）的法兰孔内，另一端挂住弹簧秤（11），通过弹簧称（11）施加恒定的拉力带动轮毂（7）向外侧移动；

S7、拆下弹簧秤（11）和三爪支架（10），并将其移到轮毂（7）的内侧依次挂上，通过弹簧称（11）施加前述拉力带动轮毂（7）向内侧移动；

S8、记录磁性跳动表（12）在上述步骤S6、S7前后的跳动值S0，此S0值即为初始正游隙值；

S9、以杠杆带动测试轴承螺母（8）旋入角度α1，此时通过扭矩扳手读取轮毂旋转力矩T1，此时T1对应的游隙值即 S1=S0-2α1/360，式中“2”为测试轴承螺母（8）的螺纹牙距；

S10、 不断重复步骤S9，依次取得T2、T3、T4…下的S值，据此绘制轮毂旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线。

4.根据权利要求3所述的一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法，其特征在于，所述步骤S9中，将轴向游隙S转化为轮毂总成旋转力矩T后，通过控制轮毂总成旋转力矩T来实现对轴向游隙S的精确控制，进一步确定合适的轴向游隙S并优化轮毂旋转力矩，其方法包括如下步骤：

S91、根据SMT软件分析结果，初定轮毂最佳寿命的轴向游隙S0区间。

5.根据权利要求4所述的一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法，其特征在于，确定合适的轴向游隙S并优化轮毂旋转力矩的方法还包括如下步骤：

S92、采用轮毂轴承耐久疲劳试验台架分别搭载轴向游隙S0max、S0min、S0max±0.02mm、S0min±0.02mm共计六种状态的轮毂总成进行强化疲劳耐久试验，收集相应的试验结果并对理论轴向游隙S0进行修正，得到修正轴向游隙S1；

S93、统计分析采用“转角法”测量旋转力矩T相对轴向游隙S的关系曲线组，截取可适配修正游隙S1的旋转力矩范围T1；

S94、补充优化：由于正游隙下旋转力矩不变，为消除正游隙的不可在线测量问题，将旋转力矩T1的下限值加大，使得修正游隙S1进一步优化至间接易测得的负游隙S2区间。

6.根据权利要求3所述的一种轮毂安装结构内部轴承游隙的测量、控制方法的应用，形成免维护轮毂结构，其特征在于，免维护轮毂结构组装时，包括如下步骤：

S1、将定量的润滑脂（4）分别注进内侧轴承（3）和外侧轴承（5）的内圈和滚子中，待用；

S2、将内侧轴承（3）的外圈、外侧轴承（5）的外圈依次压入轮毂（7）的内腔中，再放入注好油脂的内侧轴承（3）的内圈并装入内油封（2）；

S3、将上述带轴承及油封的轮毂（7）套入桥壳套管（1）上，依次放入刚性隔套（13）、注好油脂的外侧轴承（5）的内圈，拧紧轴承螺母（14）至规定力矩，拧紧过程转动轮毂（7），最后将外油封（6）平敲入轮毂（7）内，至此完成轮毂的装配；

S4、轴承厂控制内侧轴承（3）和外侧轴承（5）的小装配高，假定该组轴承的总装配高为a±0.03mm，即出厂游隙设定公差±0.03mm，轮毂（7）的轴承安装距设定为b±0.025，刚性隔套（13）的高度设定为（a+b）±0.005mm；轴承螺母（14）拧紧后保证轮毂的游隙区间控制在±0.06mm范围内；

S5、将上述轴承组的小装配高分为两档，定义a（0/+0.03）为小游隙A组、a（0/-0.03）为大游隙B组；将轮毂（7）的轴承安装距分为两档，定义b（0/-0.025）为小游隙X组，b（0/+0.025）为大游隙Y组；

S6、采用AX配对装配、保证游隙控制在-0.035～+0.03mm之间，或采用BY配对装配、保证游隙控制在-0.03～+0.035mm之间。

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