NSK第三代轮毂轴承的开发_蒋兴奇
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3
由 ( 1) 式可得轮毂轴承轴向刚度
KL = (δ ) Q
1/ 3
i o xKL KL i
- 1
ρ3∑ ρ ∑
3
[
2
(
1 - v2 1
E1
+
1 - v2 2
E2
f =
1 2 ζ π 1- 2 2
K M
( 5)
( 2)
o sin
K=2 ∑
L =1
Z
2
KL + KL
α
( 3)Biblioteka Baidu
式中 M — — — 外圈的重量 ζ— — — 阻尼比 由 ( 3) ～ ( 5) 式可知 , 共振频率与预紧载荷成 正比 。知道共振频率 ,就能确定预紧载荷的大小 。 为此 ,NSK 开发了利用共振法测量预紧载荷的装 置 。其原理如图 2a 所示 。给内圈施加幅值恒定 频率变化的轴向振动信号 , 测量外圈的振动响应 信号 ,就能得到共振频率进而确定预紧载荷的大 小 。外圈振动响应频谱见图 2b 。
求轮毂轴承具有支承和运转功能 , 而且要求具有 转速检测功能 。为此 ,NSK 重点开发了 4 种 ABS 用传感器 ,不仅具有极高的可靠性 ,而且易与轮毂 轴承形成一体化 ,以满足客户不同的需要 。
NSK 开发的 4 种 ABS 传感器列于图 4 , 分别
为环形无源传感器 、 列间整体式传感器 、 多极磁性
式中 KL — — — 第 L 个钢球与沟道的赫兹接触刚 度 K — — — 轮毂轴承轴向刚度 Z— — — 单列钢球数 α— — — 接触角
i,o— — — 分别代表钢球与内沟道和外沟道的
图2 预紧载荷测量原理及频率响应曲线
2 轮毂轴承密封技术
汽车对轮毂轴承的密封性能有非常苛刻的要 求 。不仅要求轮毂轴承具有良好的防漏脂性能 , 还要有良好的防尘 、 防水及防泥浆性能 。轮毂轴 承的密封性能与密封圈设计有关 , 与轮毂轴承周 围的结构设计也有密切的关系 。为此 ,NSK 开发 了一系列轮毂轴承密封圈 , 可根据不同的密封性 能要求进行选择 。不同密封圈的耐泥浆寿命试验 结果见图 3 。不同密封圈的性能比较列于表 1 。 可以根据轮毂轴承周围结构 , 选择既经济又能满
随着汽车工业的 发展 , 对支承车体的 轮毂轴承提出了更高 的要求 。降低摩擦力 矩 ,减轻重量 ,实现结 构紧凑以及单元化设 计可以显著提高汽车 能源效率 ; 改善密封 性能和设计技术可以 提高寿命和可靠性以 及提高刚度和速度性 能 ; 轮毂轴承的智能 化 促 进 了 ABS 技 术 的采用 , 显著改善汽 车行驶的安全性 。图 1 给出了汽车技术的 发展趋势和对轮毂 轴承的技术要求 。 传统的单列球和圆锥滚子轮毂轴承已被轴承 单元所取代 。与第一代轮毂轴承相比 , 第三代轮 毂轴承具有安装方便 ,预置预紧载荷 ; 高刚性和易 安装 ABS 传感器等优点 ,因此第三代轮毂轴承单 元的使用正变得越来越广[1 ] 。本文将介绍 NSK 第三代轮毂轴承的一些最新研发成果 。
《轴承》 2005. №. 4
图3 不同密封圈的耐泥浆性能比较
3 智能技术
ABS (Anti - Brake System) 技术的采用 ,不仅要
编码器和端盖型传感器 。 环形无源传感器结构紧凑 、 增益大 、 信号不随 载荷而变化 , 适合非驱动轮 。列间整体式传感器 可靠性高 、 结构紧凑 、 输出为有源信号 , 适合驱动 轮 。多极磁性编码器具有结构紧凑 、 重量轻 、 低速 状态下也有稳定的输出 、 输出为有源信号 、 容许大 的间隙等优点 , 适用于驱动轮和非驱动轮 。端盖 型传感器具有结构紧凑 、 输出为有源信号 、 低速下 输出信号稳定 、 适用非驱动轮等特征 。
(2) 外圈法兰盘的倾斜角对轮毂轴承的刚性
通过耐久性试验和静强度试验 , 以及实际车
5 刚性分析
轮毂轴承的刚性对车辆行驶的平稳性 、 加速 性能及安全性都有重要的影响 。因此 , 计算并预 测轮毂轴承的刚性对提高轮毂轴承的设计水平和 保证汽车的安全性和可靠性具有重要的意义 。 第三代轮毂轴承的刚性定义为轮毂法兰盘相 对外圈法兰盘的倾斜角 。轮毂轴承的刚性由三部 分组成 ,即轮毂法兰盘的倾斜角 、 轮毂主轴与外圈 的相对倾斜角以及外圈法兰盘的倾斜角之和 。 为此 ,NSK 利用有限元法 ( FFM) 实现了计算 和预测轮毂轴承的刚性 。图 6 给出了一套轮毂轴 承刚性的计算结果 。图中同时列出了轮毂法兰盘 的倾斜角 、 轮毂主轴与外圈的相对倾斜角以及外 圈法兰盘的倾斜角 , 并且图中同时列出了轮毂轴 承刚性的试验测量结果 。从计算结果和试验结果 的对比可以得到 :
蒋兴奇等 :NSK 第三代轮毂轴承的开发
・4 7 ・ 接触预紧状态下 , 赫兹接触载荷 Q 与预紧载荷之 间的关系 ( 4) F a = ZQ sinα 由 ( 2) ～ ( 4) 式可知 , 当轮毂轴承设计参数已 知时轴向刚度与预紧载荷成正比 , 因此 , 只要测量 出轮毂轴承的轴向刚度 , 就能确定预紧载荷的大 小。 如果轮毂轴承内圈承受幅值恒定频率变化的 轴向正弦振动 , 则外圈的轴向共振频率为
蒋兴奇等 :NSK 第三代轮毂轴承的开发
・4 9 ・
图5 采用摇辗技术的第三代轮毂轴承
( 3) 提高轮毂轴承的可靠性 。( 4) 方便安装 。
辆的试验验证 , 摇辗工艺等同甚至优于带锁紧螺 母的传统型轮毂轴承 [3 ] 。 ( 1) 轮毂轴承的刚性主要由轮毂法兰盘的倾 斜角和轮毂主轴与外圈的倾斜角构成 。
摘要 : 文中从预紧载荷控制和测量 ; 轮毂轴承密封技术 ; 智能技术 ; 摇辗技术和刚性分析等方面介绍了 NSK 第 三代轮毂轴承的一些最新研发成果 。 关键词 : 滚动轴承 ; 轮毂轴承 ;NSK; 研究成果 中图分类号 :TH133. 33 ;TH136 文献标识码 :B 文章编号 :1000 - 3762 (2005) 04 - 0046 - 04
)]
- 2/ 3
由赫兹接触理论可知 [2 ]
(1 (1 δ= δ3 [ 3 Q ( + ρ 2∑ E1 E2 δ 式中 赫兹接触变形 δ3 接触变形常数 Q
2 v1 ) 2 v2 )
]2/ 3
∑ ρ ( 1) 2
ρ ∑
v E
赫兹接触载荷 两接触体接触点曲率和 两接触体泊松比 两接触体弹性模量
足密封性能要求的密封圈 。
表1 不同密封圈的性能比较
密封圈型式 轴密封 密封圈 双唇密封 低摩擦整体式密封 具有侧密封唇的轴密封 具有侧密封唇的密封圈 整体式密封 耐泥浆性能 一般 良 优 极优 极优 极优 极优 摩擦力矩 极优 优 极优 优 优 优 一般 成本 极优 优 优 良 优 良 一般
・48 ・
图1 汽车发展趋势对轮毂轴承的要求以及 NSK 的开发成果
摩擦发热 。为此 ,NSK 开发了测量和控制轮毂轴 承预紧载荷的方法 。
1 预紧载荷控制和测量
为保证汽车运行的平稳和安全性 , 必须对轮 毂轴承进行预紧 。顶紧载荷太大 , 会使赫兹接触 应力显著增加 ,降低轴承疲劳寿命 ,增加轴承内部
收稿日期 :2004 - 12 - 21
影响很小 。
( 3) 轮毂轴承刚性的计算值与试验值接近 。
因此 ,NSK 不仅可以实现轮毂轴承刚性的最 优设计 ,而且在轮毂轴承的设计阶段就可以准确 预测轮毂轴承的刚性 。
6 结束语
NSK 自从 20 世纪 80 年代末推出第三代轮毂
轴承以来 , 加大研发力度 , 采用最新技术 , 不断推 出新的轮毂轴承 , 市场占有率不断提高 。目前
轴承 2005 年第 4 期 ISSN 1000 - 3762 46 - 49 CN41 - 1148/ TH Bearing 2005 ,No. 4
! 国外轴承科技 #
NSK 第三代轮毂轴承的开发
蒋兴奇 ,黄志强
(NSK 中国技术中心 ,江苏 昆山 215335)
机械工业出版社 ,2003.
[3 ] Ishida H , Kaneko T. Development of Hub Unit Bearings with Swaging[J ] . Motion & Control ,2001 (10) .
( 编辑 : 赵金库)
图6 轮毂轴承刚性计算和测量结果
NSK 第三代轮毂轴承市场月需求量已达 100 万
套 。能实时测量路面切向力的智能化轮毂轴承也 已开发成功 ,投放市场 。 参考文献 :
[1 ] Suzuki H , Takei K. NSK Products and Technologies Con2 tribute Energy Conservation [ J ] . Motion& Control , 2002 (12) . [2 ] 冈本纯三 . 球轴承设计计算 [M] . 黄志强 , 译 . 北京 :
图4 带 ABS 传感器的 NSK 第三代轮毂轴承
4 摇辗技术
传统的第三代轮毂轴承设计中 , 轮毂轴与半 内圈通过螺母紧固成一体 ,见图 5a 。采用摇辗技 术 ,使轮毂主轴端产生塑性变形 ,将半内圈与轮毂
主轴紧固成一体 ,如图 5b 和 5c 所示 。 摇辗技术适用于驱动轮和非驱动轮 。相比于 螺母紧固方法 , 摇辗紧固具有许多优点 : ( 1) 使第 三代轮毂轴承单元结构紧凑 , 有助于减小轮毂单 ( 2 ) 可以得到最佳预紧载荷 。 元 的重量和尺寸 。
由 ( 1) 式可得轮毂轴承轴向刚度
KL = (δ ) Q
1/ 3
i o xKL KL i
- 1
ρ3∑ ρ ∑
3
[
2
(
1 - v2 1
E1
+
1 - v2 2
E2
f =
1 2 ζ π 1- 2 2
K M
( 5)
( 2)
o sin
K=2 ∑
L =1
Z
2
KL + KL
α
( 3)Biblioteka Baidu
式中 M — — — 外圈的重量 ζ— — — 阻尼比 由 ( 3) ～ ( 5) 式可知 , 共振频率与预紧载荷成 正比 。知道共振频率 ,就能确定预紧载荷的大小 。 为此 ,NSK 开发了利用共振法测量预紧载荷的装 置 。其原理如图 2a 所示 。给内圈施加幅值恒定 频率变化的轴向振动信号 , 测量外圈的振动响应 信号 ,就能得到共振频率进而确定预紧载荷的大 小 。外圈振动响应频谱见图 2b 。
求轮毂轴承具有支承和运转功能 , 而且要求具有 转速检测功能 。为此 ,NSK 重点开发了 4 种 ABS 用传感器 ,不仅具有极高的可靠性 ,而且易与轮毂 轴承形成一体化 ,以满足客户不同的需要 。
NSK 开发的 4 种 ABS 传感器列于图 4 , 分别
为环形无源传感器 、 列间整体式传感器 、 多极磁性
式中 KL — — — 第 L 个钢球与沟道的赫兹接触刚 度 K — — — 轮毂轴承轴向刚度 Z— — — 单列钢球数 α— — — 接触角
i,o— — — 分别代表钢球与内沟道和外沟道的
图2 预紧载荷测量原理及频率响应曲线
2 轮毂轴承密封技术
汽车对轮毂轴承的密封性能有非常苛刻的要 求 。不仅要求轮毂轴承具有良好的防漏脂性能 , 还要有良好的防尘 、 防水及防泥浆性能 。轮毂轴 承的密封性能与密封圈设计有关 , 与轮毂轴承周 围的结构设计也有密切的关系 。为此 ,NSK 开发 了一系列轮毂轴承密封圈 , 可根据不同的密封性 能要求进行选择 。不同密封圈的耐泥浆寿命试验 结果见图 3 。不同密封圈的性能比较列于表 1 。 可以根据轮毂轴承周围结构 , 选择既经济又能满
随着汽车工业的 发展 , 对支承车体的 轮毂轴承提出了更高 的要求 。降低摩擦力 矩 ,减轻重量 ,实现结 构紧凑以及单元化设 计可以显著提高汽车 能源效率 ; 改善密封 性能和设计技术可以 提高寿命和可靠性以 及提高刚度和速度性 能 ; 轮毂轴承的智能 化 促 进 了 ABS 技 术 的采用 , 显著改善汽 车行驶的安全性 。图 1 给出了汽车技术的 发展趋势和对轮毂 轴承的技术要求 。 传统的单列球和圆锥滚子轮毂轴承已被轴承 单元所取代 。与第一代轮毂轴承相比 , 第三代轮 毂轴承具有安装方便 ,预置预紧载荷 ; 高刚性和易 安装 ABS 传感器等优点 ,因此第三代轮毂轴承单 元的使用正变得越来越广[1 ] 。本文将介绍 NSK 第三代轮毂轴承的一些最新研发成果 。
《轴承》 2005. №. 4
图3 不同密封圈的耐泥浆性能比较
3 智能技术
ABS (Anti - Brake System) 技术的采用 ,不仅要
编码器和端盖型传感器 。 环形无源传感器结构紧凑 、 增益大 、 信号不随 载荷而变化 , 适合非驱动轮 。列间整体式传感器 可靠性高 、 结构紧凑 、 输出为有源信号 , 适合驱动 轮 。多极磁性编码器具有结构紧凑 、 重量轻 、 低速 状态下也有稳定的输出 、 输出为有源信号 、 容许大 的间隙等优点 , 适用于驱动轮和非驱动轮 。端盖 型传感器具有结构紧凑 、 输出为有源信号 、 低速下 输出信号稳定 、 适用非驱动轮等特征 。
(2) 外圈法兰盘的倾斜角对轮毂轴承的刚性
通过耐久性试验和静强度试验 , 以及实际车
5 刚性分析
轮毂轴承的刚性对车辆行驶的平稳性 、 加速 性能及安全性都有重要的影响 。因此 , 计算并预 测轮毂轴承的刚性对提高轮毂轴承的设计水平和 保证汽车的安全性和可靠性具有重要的意义 。 第三代轮毂轴承的刚性定义为轮毂法兰盘相 对外圈法兰盘的倾斜角 。轮毂轴承的刚性由三部 分组成 ,即轮毂法兰盘的倾斜角 、 轮毂主轴与外圈 的相对倾斜角以及外圈法兰盘的倾斜角之和 。 为此 ,NSK 利用有限元法 ( FFM) 实现了计算 和预测轮毂轴承的刚性 。图 6 给出了一套轮毂轴 承刚性的计算结果 。图中同时列出了轮毂法兰盘 的倾斜角 、 轮毂主轴与外圈的相对倾斜角以及外 圈法兰盘的倾斜角 , 并且图中同时列出了轮毂轴 承刚性的试验测量结果 。从计算结果和试验结果 的对比可以得到 :
蒋兴奇等 :NSK 第三代轮毂轴承的开发
・4 7 ・ 接触预紧状态下 , 赫兹接触载荷 Q 与预紧载荷之 间的关系 ( 4) F a = ZQ sinα 由 ( 2) ～ ( 4) 式可知 , 当轮毂轴承设计参数已 知时轴向刚度与预紧载荷成正比 , 因此 , 只要测量 出轮毂轴承的轴向刚度 , 就能确定预紧载荷的大 小。 如果轮毂轴承内圈承受幅值恒定频率变化的 轴向正弦振动 , 则外圈的轴向共振频率为
蒋兴奇等 :NSK 第三代轮毂轴承的开发
・4 9 ・
图5 采用摇辗技术的第三代轮毂轴承
( 3) 提高轮毂轴承的可靠性 。( 4) 方便安装 。
辆的试验验证 , 摇辗工艺等同甚至优于带锁紧螺 母的传统型轮毂轴承 [3 ] 。 ( 1) 轮毂轴承的刚性主要由轮毂法兰盘的倾 斜角和轮毂主轴与外圈的倾斜角构成 。
摘要 : 文中从预紧载荷控制和测量 ; 轮毂轴承密封技术 ; 智能技术 ; 摇辗技术和刚性分析等方面介绍了 NSK 第 三代轮毂轴承的一些最新研发成果 。 关键词 : 滚动轴承 ; 轮毂轴承 ;NSK; 研究成果 中图分类号 :TH133. 33 ;TH136 文献标识码 :B 文章编号 :1000 - 3762 (2005) 04 - 0046 - 04
)]
- 2/ 3
由赫兹接触理论可知 [2 ]
(1 (1 δ= δ3 [ 3 Q ( + ρ 2∑ E1 E2 δ 式中 赫兹接触变形 δ3 接触变形常数 Q
2 v1 ) 2 v2 )
]2/ 3
∑ ρ ( 1) 2
ρ ∑
v E
赫兹接触载荷 两接触体接触点曲率和 两接触体泊松比 两接触体弹性模量
足密封性能要求的密封圈 。
表1 不同密封圈的性能比较
密封圈型式 轴密封 密封圈 双唇密封 低摩擦整体式密封 具有侧密封唇的轴密封 具有侧密封唇的密封圈 整体式密封 耐泥浆性能 一般 良 优 极优 极优 极优 极优 摩擦力矩 极优 优 极优 优 优 优 一般 成本 极优 优 优 良 优 良 一般
・48 ・
图1 汽车发展趋势对轮毂轴承的要求以及 NSK 的开发成果
摩擦发热 。为此 ,NSK 开发了测量和控制轮毂轴 承预紧载荷的方法 。
1 预紧载荷控制和测量
为保证汽车运行的平稳和安全性 , 必须对轮 毂轴承进行预紧 。顶紧载荷太大 , 会使赫兹接触 应力显著增加 ,降低轴承疲劳寿命 ,增加轴承内部
收稿日期 :2004 - 12 - 21
影响很小 。
( 3) 轮毂轴承刚性的计算值与试验值接近 。
因此 ,NSK 不仅可以实现轮毂轴承刚性的最 优设计 ,而且在轮毂轴承的设计阶段就可以准确 预测轮毂轴承的刚性 。
6 结束语
NSK 自从 20 世纪 80 年代末推出第三代轮毂
轴承以来 , 加大研发力度 , 采用最新技术 , 不断推 出新的轮毂轴承 , 市场占有率不断提高 。目前
轴承 2005 年第 4 期 ISSN 1000 - 3762 46 - 49 CN41 - 1148/ TH Bearing 2005 ,No. 4
! 国外轴承科技 #
NSK 第三代轮毂轴承的开发
蒋兴奇 ,黄志强
(NSK 中国技术中心 ,江苏 昆山 215335)
机械工业出版社 ,2003.
[3 ] Ishida H , Kaneko T. Development of Hub Unit Bearings with Swaging[J ] . Motion & Control ,2001 (10) .
( 编辑 : 赵金库)
图6 轮毂轴承刚性计算和测量结果
NSK 第三代轮毂轴承市场月需求量已达 100 万
套 。能实时测量路面切向力的智能化轮毂轴承也 已开发成功 ,投放市场 。 参考文献 :
[1 ] Suzuki H , Takei K. NSK Products and Technologies Con2 tribute Energy Conservation [ J ] . Motion& Control , 2002 (12) . [2 ] 冈本纯三 . 球轴承设计计算 [M] . 黄志强 , 译 . 北京 :
图4 带 ABS 传感器的 NSK 第三代轮毂轴承
4 摇辗技术
传统的第三代轮毂轴承设计中 , 轮毂轴与半 内圈通过螺母紧固成一体 ,见图 5a 。采用摇辗技 术 ,使轮毂主轴端产生塑性变形 ,将半内圈与轮毂
主轴紧固成一体 ,如图 5b 和 5c 所示 。 摇辗技术适用于驱动轮和非驱动轮 。相比于 螺母紧固方法 , 摇辗紧固具有许多优点 : ( 1) 使第 三代轮毂轴承单元结构紧凑 , 有助于减小轮毂单 ( 2 ) 可以得到最佳预紧载荷 。 元 的重量和尺寸 。