矿车车桥轮毂单元轴承寿命分析和装车验证

矿车车桥轮毂单元轴承寿命分析和装车验证

金毅

河北恒昇机械科技有限公司 河北邯郸 056800

摘要：矿车车桥轮毂总成一般由轮毂、轮毂内外轴承、油封及ABS齿圈等零部件组成，用于装配整车车轮和制动鼓，是汽车车桥轮边部位必不可少的总成件，而其中最重要的核心件当属轮毂轴承。轮毂轴承是用来承重和为轮毂的转动提供精确引导的零部件，既承受轴向载荷又承受径向载荷，是汽车载重和转动的重要组成部分。作为汽车重要的行走部件，轮毂轴承担负着降低底盘运转时的摩擦阻力，维持汽车正常行驶。如果轮毂轴承出现故障，可能会引起噪声、轴承发热等现象，轮毂轴承的寿命直接决定了整个轮边总成的寿命。轮毂单元是将轮毂与轮毂轴承通过更加合理的结构设计组合成为一个单元体，相比普通结构轮毂总成，轮毂单元具有免维护和寿命长的优势。

关键词：矿车；车桥轮毂

一、结构特征

1.结构分解

图1所示为该轮毂单元的结构组成，其中包含了轮毂单元的各组成部件。

2.结构优势

与普通结构轮毂总成相比，该轮毂单元的结构优势主要体现在以下方面：

1）在内外两个轴承与轮毂空腔间分别增加了隔圈，外轴承处增加了油封，这样两个锥轴承就各自拥有了独立的适度空间。在此空间内加注适量的润滑脂，可以保证两轴承能够长时间保持优良的润滑效果，使得车桥保养里程成倍增加，保养里程可以从原来的5万km提高到40万～50万km。

图1 轮毂单元结构组成

1-外油封2-垫圈3-锁紧螺母4-外卡簧5-外轴承6-外隔圈7-轮毂8-内隔圈9-内轴承10-油封座圈11-轴头12-内油封13-内卡簧14-制动鼓

2）通过增加两个卡簧的设计将轮毂单元真正结合为一个单元体，在多次的拆卸、安装过程中，始终是一个整体单元，内部结构和相互位置保留了原出厂状态，免除了轮毂油封划伤损坏等问题。此外还节省了拆卸、安装时间，方便了用户。

3）轮毂内外油封均为特制氟橡胶材料，耐高温、抗氧化、抗腐蚀性优，能够保持长寿命不损坏。

4）内外轴承跨距大，轴承受力较好，轴承规格和布置借用行业经典布置形式，久经市场检验；采用油脂润滑，免除了油润滑的漏油风险。

5）该结构适应性非常强，既可以用于较好路况（典型车辆：牵引车、公路运输车等），又可以用于相对恶劣路况（典型车辆：自卸车）。

6）与其他国外品牌轮毂单元相比，成本相对更低。

轴承寿命分析

1.建立模型

如图2所示，在Romax下对轮毂轴承单元进行参数化建模，模型包括轮毂、内轴承、外轴承、轴头和半轴，其中要重点分析的轮毂轴承的具体参数见表1。

图2 轮毂单元参数化建模

2.输入载荷谱

按整桥承载13t、车辆工作运行时间10年计，整车工况包括平直路面、平直带冲击路面、坏路、车辆向左、向右转弯以及向左、向右急转弯共7种工况，输入载荷谱参数，见表2、表3。

注：以上左、右转弯工况横向载荷方向相反。

经计算，车速在80km/h下的轮边转速为：

3.运行分析结果

图3所示为综合全部工况分析得到的轮毂轴承寿命汇总结果。

图4和图5所示分别为轮毂内轴承、外轴承在各细分工况下分析得到的结果。

由以上分析数据可见，在现有载荷谱下，轮毂内外轴承的最大损伤分别为26.8%和67.8%，最差静态安全系数充分，满足使用要求。造成轮毂损伤排行前三位的工况依次为坏路、平直路面和平直带冲击工况。

图6所示为现有载荷谱下对轮毂的有限元分析结果。由分析结果可见，轮毂的最大应力和应变分别为44MPa和3.9×10-4，均满足材料可靠性要求。

图3 轴承寿命分析结果

图4 轮毂内轴承分析结果

图5 轮毂外轴承分析结果

、

图6 轮毂有限元分析结果

二、装车验证

为验证轮毂单元的实际装车使用可靠性情况，2016年在售后市场确定更换用车3辆，具体为东营某红岩6×4半挂油罐车用户，并于同年11月完成了轮毂单元的更换，装配过程顺利，用户非常满意。

普通轮毂总成维修保养里程周期通常为10万～15万km，对轴头、轮毂、轴承做彻底清洁，重新加入新的油脂。此轮毂单元可以大大延长维修保养时间达1倍以上。经2020年12月底确认，该3辆车自2016年11月至今已运行4年以上，每辆车运行里程近60万km，运行线路为在东营至龙口间的原油运输，道路为省道、国道，使用情况始终良好，未发生任何普通轮毂经长久使用后产生的高温、异响、拆卸填脂等故障，期间仅保养过2次。

三、结语

针对轮毂单元的结构优势，在Romax下建立模型，导入各种实际使用工况下的载荷谱参数，重点对轮毂轴承的寿命进行了分析计算，通过实车验证证明了轮毂轴承单元的使用性能可靠，能够满足长寿命的使用要求。