CN113865540A - 轮毂轴承单元负游隙检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮毂轴承单元负游隙检测设备，包括机架，机架中部安装有工作平台和上工装；所述上工装和工作平台上下布置，通过立柱连接；所述工作平台上设有加载装置，用于轮毂轴承的从下向上轴向加载；所述上工装上安装有检测装置和夹紧提升装置，夹紧提升装置用于夹取固定轮毂轴承，所述检测装置用于配合加载装置的加载对轮毂轴承进行检测；所述检测装置包括法兰外套，用于套在轮毂轴承的外法兰上，并与外法兰的凸缘面接触；所述法兰外套内部设有位移测量块，用于与轮毂轴承的内圈端面贴合；所述法兰外套上表面设有位移传感器，所述位移传感器与位移测量块之间通过位移传递杆连接。本发明操作简单、测量结果精确。

Description

轮毂轴承单元负游隙检测设备及方法

技术领域

本发明涉及汽车轮毂轴承技术领域，更具体地说是一种轮毂轴承单元负游隙检测设备及方法。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，具有高集成度、高刚性、高可靠性、轻量化、易安装维护等技术优势的第三代轮毂轴承迅速占领广阔市场。目前，第三代轮毂轴承单元普遍采用负游隙设计，即通过预紧技术使滚动体与滚道之间产生一定的弹性变形。当负游隙值太小时，轮毂轴承容易松旷形成振动；当负游隙值过大时，滚道的接触应力过大而产生早期疲劳。合理的负游隙能够提高轮毂轴承的承载能力，提高使用寿命，因此在轮毂轴承生产制造过程中对其游隙值进行精确测量具有重要意义。

目前，普遍采用加载测位移的方法检测轮毂轴承负游隙。该方法是应用正游隙检测原理检测预设正游隙值，然后监测内圈压装的位移量，通过计算预设游隙值与位移量的差值来判断产品的游隙值。该方法仅适用于铆接前轮毂轴承的游隙检测与控制，且较为繁琐、效率低。另外，采用拨钢球的方式检测卸载力，从而间接反映轮毂轴承负游隙值，该方法测量数据不直观且重复性差，易划伤钢球。还有一种，采用激振装置及振动传感器检测轮毂轴承固有频率的方式，通过固有频率计算轮毂轴承负游隙值，该方法影响因素较多，检测可靠性较差且不易实现自动化。

中国专利CN110657772B公开了一种第三代轮毂轴承单元负游隙直接测量方法及装置，包括以下步骤，将轮毂轴承单元定位支撑在工作台上，对轴承单元的外圈上端面施加两个不同的预设轴向压力G1和G2，G1趋向于0，是轴向压力恰好刚接触外圈的状态下测量的力；G2为通过标准轴承测算出的达到负游隙时的外圈所受到的轴向压力，且G2与G1差值恒定。检测预设轴向压力下轴承单元的小内圈上端面的轴向位移S1和S2；数值S2与S1的差值即为待检轮毂轴承单元的负游隙。

实际生产过程中，被测工件游隙未知，在上述方法轴向压力G2条件下，滚动体与滚道之间的弹性变形有可能被过度释放，也可能未被完全释放，用此时的轴向位移S2与S1相减，不能反应被测工件的真实游隙。并且在测量过程中，设备及工装的弹性变形会对测量结果产生较大影响。

发明内容

本发明针对现有轮毂轴承单元负游隙检测技术的不足，提供一种操作简单、测量结果精确的轮毂轴承单元负游隙检测设备及方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：

包括机架1，机架1中部安装有工作平台4和上工装8；所述上工装8和工作平台4上下布置，通过立柱5连接；

所述工作平台4上设有加载装置2，用于轮毂轴承11的从下向上轴向加载；

所述上工装8上安装有检测装置6和夹紧提升装置7，所述夹紧提升装置7用于夹取固定轮毂轴承11，所述检测装置6用于配合加载装置2的加载对轮毂轴承11进行检测；

所述检测装置6包括法兰外套61，用于套在轮毂轴承11的外法兰114上，并与外法兰114的凸缘面接触；所述法兰外套61内部设有位移测量块62，用于与轮毂轴承11的内圈115端面贴合；所述法兰外套61上表面设有位移传感器64，所述位移传感器64与位移测量块62之间通过位移传递杆63连接。

进一步地，所述检测装置(6)还包括直线轴承安装座66，所述直线轴承安装座66固定在法兰外套61上，直线轴承安装座66内部安装有直线轴承65，与位移传递杆(63)配合；直线轴承安装座66与位移传递杆63之间设有弹簧装置67。

进一步地，所述上工装8下表面设有顶板84，所述工作平台4上表面设有底板22，所述顶板84和底板22之间的四个角处通过立柱5连接；所述顶板84下表面安装有上活动板85，所述法兰外套61安装在一检测装置6安装板81上，所述检测装置6安装板81与上活动板85之间通过两块左右对称布置的立板82连接。

进一步地，所述法兰外套61上设有定位销孔，通过紧固螺栓从下端穿过所述定位销孔将法兰外套61安装在检测装置6安装板81上。

进一步地，所述夹紧提升装置7包括提升气缸701，提升气缸701固定在一提升气缸安装板702上，提升气缸安装板702与所述立板82通过螺栓连接；所述提升气缸701的伸缩轴设有浮动接头一703，所述浮动接头一703通过连接块704连接有一C型提升板705，实现垂直方向的上下运动功能；还包括夹紧气缸706，夹紧气缸706通过一夹紧气缸安装座709安装在C型提升板705上，所述夹紧气缸706的伸缩轴设有浮动接头二707；所述C型提升板705下方还设有下推板710，下推板710与C型提升板705之间滑动连接，所述浮动接头二707通过连接板708与下推板710连接；所述下推板710上设有夹板712；所述夹紧提升装置7为一对，通过一对夹板712相互配合夹持轮毂轴承11。

进一步地，所述下推板710下面设有凹槽，夹板固定板713安装在下推板710下面覆盖住凹槽部位，夹板712从侧面插入下推板710的凹槽内；所述夹板固定板713上安装有旋钮柱塞711，紧固旋钮柱塞711用于固定夹板712。

进一步地，所述加载装置2包括安装在工作平台4下方的伺服电缸21，所述伺服电缸21顶部贯穿工作平台4，其顶部还通过工装连接板23安装有检测底座24，所述检测底座24用于直接接触轮毂轴承11。

进一步地，所述机架1上还安装有安全光栅10，位于设备前面立柱(5)侧边。

一种轮毂轴承单元负游隙检测方法，基于上述轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于包括以下步骤：

S1:将“零游隙”样件放在检测底座上，启动伺服电缸，顶升至位置H1，此时样件外法兰未与法兰外套下端面接触；

S2：夹紧气缸收缩，夹板运行至样件外法兰凸缘下面；提升气缸收缩，将样件提起并固定；此时样件与检测底座分离，样件外法兰凸缘面与法兰外套下端面接触，样件内圈端面与位移测量块接触并产生一定位移；

S3：，伺服电缸输出载荷归零，继续上升，检测底座与样件内法兰下盘面接触，伺服电缸输出载荷F1，并保压时间T，位移传感器读值S01；

S4：伺服电缸继续加载至F2，并保压时间T，位移传感器读值S02；

S5：伺服电缸下降至位置H1，提升气缸推出，将样件放至检测底座，夹紧气缸推出，松开被测样件；

S6：伺服电缸返回原点，取下被测样件；

S7：设定载荷条件下“零游隙”样件的刚性变形量即为S0＝S02－S01－A0，A0为此加载过程中除了滚动体和滚道变形之外的其他部分的变形量；

S8：换上待检测产品，重复S1-S6操作，计算待检测产品的刚性变形量S；

S9：根据赫兹接触理论对测量结果进行计算，得到待检测产品的负游隙值δ。

进一步地，所述样件上列滚道采用比待检测产品规格小的上列钢球。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明提出的一种轮毂轴承负游隙检测设备及方法，同时适用于铆接及非铆接类轮毂轴承单元的负游隙的量化检测，排除检测过程中滚动体以外变形对检测结果的影响，设备整体结构合理、刚性好，采用快速换模设计，操作简单、安全、方便，检测效率高，检测结果可再现、准确度高、可靠性好，适用于轮毂轴承成品游隙检测，保障轮毂轴承产品出厂游隙的合格，满足产品质量控制需求，有利于生产线产品质量的精确控制及一致性保障。

附图说明

图1是实施例中轮毂轴承单元负游隙检测设备的示意图。

图2是实施例中轮毂轴承单元负游隙检测设备核心部件的示意图。

图3是实施例中夹紧提升装置的示意图。

图4是实施例中检测装置的示意图。

图5是轮毂轴承单元样件的示意图。

图中：1.机架、2.加载装置、3.启动开关、4.工作平台、5.立柱、6.检测装置、7.夹紧提升装置、8.上工装、9.工控机、10.安全光栅、11.轮毂轴承、12地脚螺栓；

21.伺服电缸、22.底板、23.工装连接板、24.检测底座、81.安装板、82.立板、83.同轴校正块、84.顶板、85.上活动板；

61.法兰外套、62.位移测量块、63.位移传递杆、64.位移传感器、65.直线轴承、66.直线轴承安装座、67、弹簧装置；

701.提升气缸、702.提升气缸安装板、703.浮动接头一、704.连接块、705.C型提升板、706.夹紧气缸、707.浮动接头二、708.连接板、709.夹紧气缸安装座、710.下推板、711.旋钮柱塞、712.夹板、713.夹板固定板、7141.水平滑块、7142.水平导轨、7151.竖直导轨、7152.竖直滑块；

111.内法兰、112.下列钢球、113.上列钢球、114.外法兰、115.内圈。

具体实施方式

下面将结合具体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。

如图1、2、3、4、5所示，一种轮毂轴承单元负游隙检测设备，该设备包括有机架1、加载装置2、启动开关3、工作平台4、立柱5、检测装置6、夹紧提升装置7、上工装8、工控机9、安全光栅10、轮毂轴承11、地脚螺栓12。所述工作平台4位于机架1的中下部，用于轮毂轴承轴向加载的加载装置2通过螺栓固定在工作平台4上，启动开关3安装在工作平台4的正前方，方便启动设备进行检测。设备上下部工装通过4根两端具有法兰结构的立柱5连接，保证设备整体刚性良好。检测装置6通过螺栓与定位销安装在设备上工装8的下面，避免检测过程中反复加载导致固定螺栓疲劳断裂。用于固定轮毂轴承11的夹紧提升装置7对称安装在立板82上。配置工控机9用于伺服电缸加载力的精准控制以及测量数据的运算分析，并实现检测结果的显示与存储功能。安全光栅10安装在机架1上，光栅一旦被遮挡，设备立即停止动作并报警提醒，确保操作者人身安全。

其中，加载装置2包括固定在工作平台4上的底板22，伺服电缸21贯穿工作平台4用螺栓与底板22固定，伺服电缸21的伸缩轴穿过底板22上的圆孔与工装连接板23连接，检测底座24下端设有凸台，与工装连接板23上的圆孔小间隙配合，方便更换工作。

其中，检测装置6包括法兰外套61，法兰外套61上设有定位销孔，紧固螺栓从下端穿过检测装置6法兰外套61定位销孔安装在检测装置6的安装板81上，从下面安装检测装置6，使得加载力直接通过检测装置6法兰外套61传递到检测装置6安装板81，避免紧固螺栓反复受力产生疲劳断裂。

轮毂轴承11的外法兰114凸缘面与检测装置6法兰外套61接触时，位移测量块62与被测工件的内圈115端面贴合，并通过位移传递杆63将位移变化传递至位移传感器64，位移传感器64固定在检测装置6上面，除位移传感器测头外，位移传感器64相对法兰外套61无相对位移。

检测装置6还包括直线轴承安装座66，所述直线轴承安装座66固定在法兰外套61上，直线轴承安装座66内部安装有直线轴承65，与位移传递杆63配合，保证位移传递的垂直性。

直线轴承安装座66与位移传递杆63之间设有弹簧装置67，保障卸载后位移测量块62复位。

其中，上工装包含顶板84，上活动板85安装在顶板84下面，对称分布的两个立板82固定在检测装置6安装板81上，并通过螺栓与上活动板85固定安装。

其中，夹紧提升装置包含提升气缸701，提升气缸701固定在提升气缸安装板702上，提升气缸安装板702与立板82通过螺栓连接，提升气缸701的伸缩轴与浮动接头一703通过螺纹连接，并通过连接块704连接C型提升板705(C型提升板705上焊接有两块加强板用于提升整体刚性)，实现垂直方向的上下运动功能。

夹紧气缸706从前端固定在夹紧气缸安装座709上，夹紧气缸安装座709与C型提升板705固定连接，浮动接头二707与夹紧气缸706伸缩轴螺纹连接，并与连接板708配合连接，通过连接板708将夹紧气缸706的伸缩运动传递到下推板710。C型提升板705与下推板710之间设有水平导轨滑块机构(7142、7143),用于承载并执行水平夹紧运动。下推板710下面设有凹槽，夹板固定板713安装在下推板710下面覆盖住凹槽部位，夹板712从侧面插入下推板710凹槽内，与下推板710凹槽部位的导向柱配合；安装在夹板固定板713上的一旋钮柱塞711将夹板712固定住，实现快速更换工装。C型提升板705通过竖直导轨滑块机构(7151、7152)安装在立板82上，保证提升动作平顺。

本方案的轮毂轴承单元负游隙检测设备结构合理、操作简便、安全防护良好，采用快速换模设计，适宜在轮毂轴承的生产线上应用。

本方案的轮毂轴承单元负游隙检测设备实现负游隙检测的过程如下所述：

S1:将“零游隙”样件放在检测底座上，启动伺服电缸，顶升至位置H1，此时样件外法兰未与检测装置法兰外套下端面接触。

“零游隙”样件上列滚道采用较正常轮毂轴承产品更小规格的钢球，用于保证“零游隙”样件被夹紧提升装置固定时，内圈端面与位移测量块接触。

S2：夹紧气缸收缩，夹板位于被测样件外法兰凸缘下面，提升气缸收缩，将样件提起并固定，此时样件与检测底座分离，样件外法兰凸缘面与检测装置6法兰外套下端面接触，样件内圈端面与位移测量块接触并产生一定位移，伺服电缸输出载荷归零。

S3：伺服电缸缓慢上升，检测底座与样件内法兰下盘面接触，伺服电缸输出载荷F1，并保压时间T，位移传感器读值S01。

伺服电缸输出载荷F1，在保证大于被测工件内法兰及内圈组件自重的前提下，应当尽量的小。

S4：伺服电缸继续加载至F2，并保压时间T，位移传感器读值S02。

S5：伺服电缸下降至位置H1，提升气缸推出，将样件放至检测底座，夹紧气缸推出，松开被测样件。

S6：伺服电缸快速返回原点，取下被测样件。

S7：设定载荷条件下“零游隙”样件的刚性变形量即为S0＝S02－S01－A0，A0为此加载过程中，除了滚动体和滚道变形之外的其他部分的变形量。

S8：换上正常待检测产品，重复S1-S6操作，正常待检测产品的刚性变形量即为S＝S2－S1－A，A为此加载过程中，除了滚动体和滚道变形之外的其他部分的变形量。由于采用相同工装及设备进行检测，“零游隙”样件与正常被测产品同批次生产，可以认为除钢球外，两者其它部分的变形量相等，即：A0＝A。

S9：计算机对测量结果进行分析运算，输出正常待检测产品的游隙值δ。

基于赫兹接触理论，通过计算分析可以得到，在受到F2加载力时，负游隙为δ’的轮毂轴承的上列钢球刚好被顶松。

首先判断S0－S是否小于δ’/2，若S0－S＜δ’/2，则说明被测轴承上列钢球弹性变形被完全释放，则被测轴承的负游隙值即为δ＝S0－S。

若S0－S＞δ’/2，则说明上列钢球弹性变形未被完全释放。由力平衡关系及赫兹接触理论可以得到如下关系：

F_m2-F_m1＝f(n,α,F₂) ①

A_m1＝f₁(E,n,ρ,F_m1,α,δ) ②

A_m2＝f₂(E,n,ρ,F_m2,α,δ) ③

式①②③中，δ为轮毂轴承理论负游隙值；Fm1、Fm2分别为加载F2时，轮毂轴承下列钢球、上列钢球的受力；Am1、Am2分别为加载F2时，轮毂轴承下列钢球、上列钢球的轴向变形量。

在上列钢球弹性变形未被完全释放时，下列钢球压缩量与上列钢球放松量相等，则：

A_m2＝A_m1 ④

A_m1＝S-A ⑤

式④⑤中S为加载过程中位移传感器检测的总位移量，A为除滚动体和滚道变形以外的其它刚性变形量。

联立①②③④⑤得：S-A＝f(E,n,ρ,F₂,α,δ) ⑥

对于“零游隙”样件，在加载力F2作用下，下列钢球轴向变形量Am0为：

A_m0＝f(E,n,ρ,F₂,α) ⑦

A_m0＝S₀-A₀ ⑧

式⑧中S0为加载过程中位移传感器检测的总位移量，A0为除滚动体和滚道变形以外的其它刚性变形量。

则S₀-A₀＝f(E,n,ρ,F₂,α) ⑨

联立⑥⑨即可得出轮毂轴承游隙δ与位移量S、S0的函数关系式：

S-S₀＝f(E,n,ρ,F₂,α,δ) ⑩

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：

包括机架(1)，机架(1)中部安装有工作平台(4)和上工装(8)；所述上工装(8)和工作平台(4)上下布置，通过立柱(5)连接；

所述工作平台(4)上设有加载装置(2)，用于轮毂轴承(11)的从下向上轴向加载；

所述上工装(8)上安装有检测装置(6)和夹紧提升装置(7)，所述夹紧提升装置(7)用于夹取固定轮毂轴承(11)，所述检测装置(6)用于配合加载装置(2)的加载对轮毂轴承(11)进行检测；

所述检测装置(6)包括法兰外套(61)，用于套在轮毂轴承(11)的外法兰(114)上，并与外法兰(114)的凸缘面接触；所述法兰外套(61)内部设有位移测量块(62)，用于与轮毂轴承(11)的内圈(115)端面贴合；所述法兰外套(61)上表面设有位移传感器(64)，所述位移传感器(64)与位移测量块(62)之间通过位移传递杆(63)连接。

2.根据权利要求1所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：所述检测装置(6)还包括直线轴承安装座(66)，所述直线轴承安装座(66)固定在法兰外套(61)上，直线轴承安装座(66)内部安装有直线轴承(65)，与位移传递杆(63)配合；直线轴承安装座(66)与位移传递杆(63)之间设有弹簧装置(67)。

3.根据权利要求1所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：所述上工装(8)下表面设有顶板(84)，所述工作平台(4)上表面设有底板(22)，所述顶板(84)和底板(22)之间的四个角处通过立柱(5)连接；所述顶板(84)下表面安装有上活动板(85)，所述法兰外套(61)安装在一检测装置(6)安装板(81)上，所述检测装置(6)安装板(81)与上活动板(85)之间通过两块左右对称布置的立板(82)连接。

4.根据权利要求3所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：所述法兰外套(61)上设有定位销孔，通过紧固螺栓从下端穿过所述定位销孔将法兰外套(61)安装在检测装置(6)安装板(81)上。

5.根据权利要求4所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：所述夹紧提升装置(7)包括提升气缸(701)，提升气缸(701)固定在一提升气缸安装板(702)上，提升气缸安装板(702)与所述立板(82)通过螺栓连接；所述提升气缸(701)的伸缩轴设有浮动接头一(703)，所述浮动接头一(703)通过连接块(704)连接有一C型提升板(705)，实现垂直方向的上下运动功能；还包括夹紧气缸(706)，夹紧气缸(706)通过一夹紧气缸安装座(709)安装在C型提升板(705)上，所述夹紧气缸(706)的伸缩轴设有浮动接头二(707)；所述C型提升板(705)下方还设有下推板(710)，下推板(710)与C型提升板(705)之间滑动连接，所述浮动接头二(707)通过连接板(708)与下推板(710)连接；所述下推板(710)上设有夹板(712)；所述夹紧提升装置(7)为一对，通过一对夹板(712)相互配合夹持轮毂轴承(11)。

6.根据权利要求5所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：所述下推板(710)下面设有凹槽，夹板固定板(713)安装在下推板(710)下面覆盖住凹槽部位，夹板(712)从侧面插入下推板(710)的凹槽内；所述夹板固定板(713)上安装有旋钮柱塞(711)，紧固旋钮柱塞(711)用于固定夹板(712)。

7.根据权利要求6所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：所述加载装置(2)包括安装在工作平台(4)下方的伺服电缸(21)，所述伺服电缸(21)顶部贯穿工作平台(4)，其顶部还通过工装连接板(23)安装有检测底座(24)，所述检测底座(24)用于直接接触轮毂轴承(11)。

8.根据权利要求7所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于：所述机架(1)上还安装有安全光栅(10)，位于设备前面立柱(5)侧边。

9.一种轮毂轴承单元负游隙检测方法，基于权利要求1-8任一所述的轮毂轴承单元负游隙检测设备，其特征在于包括以下步骤：

S1:将“零游隙”样件放在检测底座上，启动伺服电缸，顶升至位置H1，此时样件外法兰未与法兰外套下端面接触；

S2：夹紧气缸收缩，夹板运行至样件外法兰凸缘下面；提升气缸收缩，将样件提起并固定；此时样件与检测底座分离，样件外法兰凸缘面与法兰外套下端面接触，样件内圈端面与位移测量块接触并产生一定位移；

S3：，伺服电缸输出载荷归零，继续上升，检测底座与样件内法兰下盘面接触，伺服电缸输出载荷F1，并保压时间T，位移传感器读值S01；

S4：伺服电缸继续加载至F2，并保压时间T，位移传感器读值S02；

S5：伺服电缸下降至位置H1，提升气缸推出，将样件放至检测底座，夹紧气缸推出，松开被测样件；

S6：伺服电缸返回原点，取下被测样件；

S7：设定载荷条件下“零游隙”样件的刚性变形量即为S0＝S02－S01－A0，A0为此加载过程中除了滚动体和滚道变形之外的其他部分的变形量；

S8：换上待检测产品，重复S1-S6操作，计算待检测产品的刚性变形量S；

S9：根据赫兹接触理论对测量结果进行计算，得到待检测产品的负游隙值δ。

10.根据权利要求9所述的轮毂轴承单元负游隙检测方法，其特征在于：所述样件上列滚道采用比待检测产品规格小的上列钢球。

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