汽车轮毂轴承设计1

双列圆锥滚子汽车轮毂轴承的标准化设计[转载]
目前，轴承行业的设计部门所处的环境在发生变化。

这主要表现在两个方面：一是技术的进步和变化非常快；二是市场对产品质量、价格、交货期的要求水平不断提高。

可以说，企业如何应对如此激烈的市场竞争，已经成为各企业需要面对的重大问题。

近几年，我国汽车行业处于高速发展时期，产销量不断提高，从长远发展考虑，各制造商和用户对整车质量提出了更高的要求，而对汽车轮毂轴承更是提出了非常苛刻的要求。

例如不断地降低成本，高使用寿命，高可靠性，进一步提高汽车能源效率等等。

如图1所示为汽车行业对汽车轮毂轴承及其结构的要求。

国内的汽车轴承生产商在产品开发环节上多处于模仿设计(订货型设计)，设计上缺乏自主设计要求，设计人员的随意性较大，在设计过程中缺乏产品系列标准化思想的指导，这样不可避免地就会在设计和管理环节上产生和累积一些问题。

对保证系列产品的整体质量、设计管理和生产成本控制等方面都是很不利的。

为满足越来越广泛的市场需求，提高产品的竞争能力，在产品设计中“零件标准化、部件通用化、产品系列化”是提高产品质量、降低成本、得到多品种多规格产品的重要途径。

同时采用标准化零件，在不同规格或不同产品中都能提高部分零件或部件的通用程度，便于管理、维修，且能大大降低成本。

从设计管理角度来讲，产品的结构设计决定产品的价值和生产效率，对产、销活动的影响很大，技术上和管理上存在很大的不确定性，并且对设计人员个体的技术和经验的依赖性非常大，所以产品设计工作掌握和管理起来难度较大。

我们都会尽可能通过在管理上一些有效的方法措施来降低产品设计和管理的风险，其中标准化最为直接有效。

汽车轮毂轴承属于非标准轴承，并且轴承结构设计发展得非常快。

汽车轮毂轴承可分为汽车轮毂球轴承和汽车轮毂圆锥滚子轴承两个大类，其中汽车轮毂球轴承的标准化程度比较高，汽车轮毂圆锥滚子轴承的标准化程度很低。

对于汽车轮毂圆锥滚子轴承来说，轴承的外形尺寸及内部沟道结构等都没有统一的标准化设计方法和标准，各个生产商相同外形尺寸的产品的内部结构相差很大，缺乏统一的设计方法和设计理论支持。

不仅国内、外的产品结构系列差别大，而且国外先进的汽车轴承生产商之间的产品结构系列相差也是比较大的，此系列轴承产品的结构设计、互换性、标准化及通用化等诸多方面还存在很大的提高空间，其标准化道路势在必行。

结构特点
对于汽车轮毂轴承系列产品来说，汽车轮毂轴承的特点是双列双内圈轴承结构，具有一定的接触角；可承受重负荷、冲击负荷，使用范围广；可施加预压来提高轴系刚性；适宜于背对背安装；安装时无须调
整轴承游隙，安装简便，相关部位的结构紧凑、重量轻；轴承的滚动体常用有钢球和圆锥滚子两种选择。

对比双列汽车轮毂球轴承来说，双列圆锥滚子汽车轮毂轴承在轴承内部结构设计方面的系列化、标准化、通用化和互换性设计方面还做的远远不够，包括轴承的外形尺寸及内部沟道结构等都没有统一的标准化设计方法和标准，各个生产商相同外形尺寸的产品的内部结构相差很大，缺乏统一的设计方法和设计理论支持，在此系列轴承产品的结构设计、互换性、标准化及通用化等诸多方面还存在很大的提高空间。

一般来说，双列圆锥滚子轴承适合承受复合(径向与轴向)负荷，在两个方向都能轴向固定轴，带有一定的轴向游隙或一定的预负荷。

相同外形尺寸规格的双列圆锥滚子轴承与双列球轴承的额定动载荷之比为1.55~1.75倍，额定静载荷之比为1.8~2.0倍，所以说圆锥滚子轴承的动载荷容量和静载荷容量要比球轴承的大50%以上。

双列圆锥滚子轴承因其能够承受重负荷，刚性强及具有更长的使用寿命而被广泛的应用。

如图2所示为双列圆锥滚子汽车轮毂轴承结构。

双列圆锥滚子汽车轮毂轴承结构设计的关键就是整个沟道结构的设计，其中包括滚子规格的选用及该系列轴承产品接触角范围的选定等内容，设计上需要考虑的问题比较多。

对于类似此类非标准圆锥滚子轴承，现有的圆锥滚子轴承的设计方法就不一定适用，因此寻求一种简单、实用，快速和准确的设计方法非常有必要。

标准化设计原则及思路
为使机械装置发挥出预期的性能，选用或设计最适当的轴承是至关重要的，对于汽车而言其关键部分的轴承使用也是如此。

为选定轴承，需要分析诸多要因，从各个角度进行研究、评价：
1.掌握机械装置和轴承的使用条件等。

2.明确对轴承的要求。

3.选择轴承的类型、尺寸规格、配置方式和安装方法等。

双列圆锥滚子汽车轮毂轴承的系列化产品设计也同样要求遵循一定的原则，根据设计经验，在此我们可以进行初步的分析和归纳。

双列圆锥滚子汽车轮毂轴承的结构及使用条件的特点为非标准化轴承、系列轴承外形尺寸段小、轴承内外径尺寸差较小以及轴承承载的接触角范围等。

参考现有双列汽车轮毂球轴承结构及圆锥滚子轴承设计方法，我们可以总结出双列圆锥滚子汽车轮毂轴承结构的一些设计要点：
第一点，在结构设计上，轴承接触角α的确定是比较关键的。

我们经过对汽车轮毂轴承的使用条件及环境条件，分析轴承的承载情况，结合圆锥滚子轴承自身的一些特点等方面的分析可以得出这样一个限制条件，双列圆锥滚子汽车轮毂轴承接触角范围15°≤α≤20°或更小范围或为某个确定的数值。

在具体设计时，我们发现该轴承接触角α的取值范围的大小在设计上作为一个条件限制，对其它设计参数的选取影响很大，于是我们就可以围绕接触角α展开设计，从而减少一些设计上的不确定因素。

第二点，就是有关圆锥滚子规格的选定问题。

设计时常选用的是标准规格的圆锥滚子，所以设计时应
避免设计新品种的圆锥滚子规格。

具体设计时要求设计人员最好围绕目前现有的标准圆锥滚子来设计开发轴承产品。

我们在了解我们所需要设计产品的产品特征及常规的设计思路之后，经过对于汽车轮毂轴承系列产品分析，我们注意到在产品的结构设计上有很多隐含的条件限制，我们可以结合该产品系列本身的特点把这些设计上需要注意的条件找出来帮助我们来简化设计。

经过分析，我们可以发现双列双内圈圆锥滚子汽车轮毂轴承系列产品的结构设计上的条件限制主要有一下几点：
1.轴承接触角α：15°≤α≤20°
2.圆锥滚子锥角Ψ：3°≤Ψ≤4°
3.轴承内径d尺寸范围：25~55mm
4.轴承外径D尺寸范围：52~90mm
由以上四个条件限制我们可以得到双列圆锥滚子汽车轮毂轴承选用的圆锥滚子大端直径D 的取值范围为4.6~8.8mm。

这个条件是我们从众多的标准圆锥滚子当中选择适合该系列轴承产品设计的圆锥滚子规格。

第三点，双列汽车轮毂轴承的外形尺寸(如内径尺寸d、外径尺寸D和宽度尺寸B等)应该有一个主导设计思路。

具体设计步骤如下：
1.产品主要的内径尺寸d选取等差数列，我们就能得到内径尺寸数列：25、30、35、40、45、50、55⋯⋯
2.再依据产品的内、外径尺寸差(D~d)的要求确定一个等差数列：25、30、35、40、45⋯⋯具体选取要求与内径尺寸数列大小匹配。

3.外径尺寸D我们可以依据内径尺寸d与内、外径尺寸差(D~d)之和来确定。

4.关于轴承宽度尺寸B的确定，其设计要求比较低，一般来说汽车轴承的宽度尺寸B的取值范围为36~55mm。

这样我们就能产生一个标准的轴承外形尺寸系列(标准产品系列)。

第四点, 当遇到计算出来的Cr不能满足要求时，我们可以依据相同条件下的比值(Ln/Dw)的大小[一般情况比值Ln/Dw的取值范围：1.2≤(Ln/Dw)≤2.3]与轴承的承载能力成比关系，重新选择圆锥滚子以满足轴承的载荷要求，一般我们在选择圆锥滚子时也可以根据它们自身的特点分类。

我们可以把圆锥滚子比值(Ln/Dw)和轴承内外径尺寸差(D~d)等条件一起来考虑设计，把圆锥滚子比值(Ln/Dw)大致可分成：1.2~1.5，1.6~1.8，2.0~2.3三段，同样把优选(D-d)大致可分成：25mm，30mm，35mm三段。

这样我们就可依据圆锥滚子比值(Ln/Dw)和优选(D~d)把此系列的轴承再进一步细分为轻、中、重三个不同承载能力系列的双列圆锥滚子汽车轮毂轴承，以满足各种承载情况的使用要求。

例如某个产品选定了圆锥滚子规格7.811×9.93，通过简单的计算，我们可以得到，仅仅这一种规格的圆锥滚子所覆盖的系列尺寸范围占到75%，即[(82-33)/(90-25)]×100%，如果我们再能找出2个型号的圆锥滚子轴承来填补其它空白尺寸段时，我们就可以用3个滚子来完成全部(轻承载能力)系列尺寸产品的设计。

最后说明一下，对于其它非标准外形尺寸轴承的设计，我们可以通过产品变形设计，调整某个外形尺寸近似的成熟产品内部的沟道结构来满足其设计要求。

同时，我们在进行产品结构的参数设计和细节设计
时可以参考《圆锥滚子轴承设计方法》。

杭州硕业轴承有限公司。