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0前言轮毂轴承单元主要用于承受通过悬架系统传递而来的汽车重量,以及为轮毂的转动提供精确引导,是汽车载重和转动的重要组成部分,下文对轮毂轴承单元的应用、常见故障进行阐述。
1发展概况20世纪50年代,汽车前轮、后轮轴承采用的分别是两套角接触球轴承和一套单列向心球轴承,到60年代,前轮、后轮轴承采用的分别是两套圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承,60年代后期随着汽车出现前轮驱动,因驱动轴加粗需加大轴承孔径,同时轴向空间受限,需减少轴承宽度,开始研制出带有组合密封的双列轴承,70年代开始研发轿车用双列轴承单元,90年代中期后,轮毂轴承单元开始广泛应用在各种汽车上,向集成化、轻量化、装配简便化方向发展。
2轮毂轴承单元的类型轮毂轴承单元具有组装性能好、免调整游隙、免维护、重量轻、结构紧凑、载荷容量大的性能,已广泛应用于各类轿车及载重汽车,目前在广泛使用的轮毂轴承单元有第一代、第二代、第三代,处于研发试制阶段的有第四代。
第一代轮毂轴承单元如图1所示,是外圈整体型双列轴承,出厂前预先设定好最佳工作游隙,使用安装时无需调整,并采用多唇迷宫式密封结构,一次性专业润滑,安装方便、结构紧凑、性能可靠。
第二代轮毂轴承单元如图2所示,是将轮毂轴承外圈与相配合的安装凸缘制成一体的结构,除具有第一代的全部优点外,由于其外圈与安装凸缘整合为一体,因此刚性好,可靠性高。
第三代轮毂轴承单元如图3所示,是将轮毂轴承与联接轮毂的安装凸缘、联接万向节的凸缘芯轴以及传感器集成为一个总成部件,对轴承用户来说,这意味着简化了轴承设计与安装,并可以减小重量和外形尺寸,其中内置轮速传感器已成为发展趋势,实现了机电一体化发展,与第二代轮毂轴承单元相比,其整体刚性更好、承载能力更强、可靠性更高。
第四代轮毂轴承单元如图4所示,是把万向节与轮毂轴承单元做成整体,有效减小了万向节的轴向尺寸,其结构更紧凑、零件功能集成度更高,在保证轴承可靠性的同时,还可使得整个系统更进一步地小型化、轻量化。
摘要在石油资源紧缺和环境污染日益严重的背景下，某车企为满足油耗法规要求，急需对某款油耗较高的前置前驱MPV车型进行阻力优化研究。
本课题采用理论分析与试验研究相结合的方法，探究目标车型传动系统的阻力水平与分布规律，明确关键传动部件-轮毂轴承对传动系阻力特性的影响比重与优化空间。
分析影响轮毂轴承摩擦力矩的相关因素，试验探究各因素对其摩擦力矩的影响规律，并制定优化方案。
将优化后的样件装车并进行整车阻力与油耗试验，验证优化措施的有效性。
本文的研究工作及成果如下：（1）分析车辆动力传递过程中传动系的能耗损失，使用逐级拆解的测试方法对目标车和对标车传动系进行阻力分布测试。
试验结果表明，目标车的整车空挡平均阻力分别高于两对标车14N与33.4N。
传动系中轮毂轴承+轮胎部分的阻力占总传动阻力的比重最大。
且与对标车相比，目标车轮毂轴承阻力性能存在较大的优化提升空间。
（2）对轮毂轴承单元所受摩擦力矩进行分析，明确影响其摩擦力矩的相关因素。
研究表明轮毂轴承的密封和润滑脂部件对其摩擦力矩有重要影响。
对密封型式与结构参数进行优化，优化后的密封件可降低轮毂轴承摩擦力矩12%。
对润滑脂配方进行优化，试验表明所得测试油脂最高可降低轮毂轴承摩擦力矩9.9%。
（3）对轮毂轴承的最佳工作游隙进行研究，分析负游隙对轴承摩擦力矩与疲劳寿命的影响。
摩擦力矩试验表明，负游隙绝对值越小，轴承摩擦力矩越小，在轴承要求的公差范围内最高可降低摩擦力矩11%。
将负游隙绝对值减小并控制在0.01~0.02mm之间，经疲劳寿命试验验证，该范围的轮毂轴承可满足疲劳及可靠性要求。
（4）制定轮毂轴承的优化方案，并进行样件试制。
将原厂轮毂轴承与优化后的样件先后装车，进行整车阻力及整车燃油经济性试验。
试验结果表明，优化后的轮毂轴承可使整车传动系阻力矩大幅降低，其中左前轮阻力矩降低6.35%~19.28%，右前轮阻力矩降低18.41%~21.22%；同时整车油耗降低了80mL/100km，降低百分比为1.1%。
8ＪＢ／Ｔ１０２３８—２００１《汽车轮毂轴承单元》介绍 洛阳轴承研究所□李飞雪1 概述轮毂轴承的主要作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导，它既承受轴向载荷又承受径向载荷，是一个非常重要的零部件。
传统的汽车车轮用轴承是由两套圆锥滚子轴承或球轴承组合而成的，轴承的安装、涂油、密封以及游隙的调整都是在汽车生产线上进行的。
这种结构使得其在汽车生产厂装配困难、成本高、可靠性差，而且汽车在维修点维护时，还需要对轴承进行清洗、涂油和调整。
轮毂轴承单元是在标准角接触球轴承和圆锥滚子轴承的基础上发展起来的，它将两套轴承做为一体，具有组装性能好、可省略游隙调整、重量轻、结构紧凑、载荷容量大、为密封轴承可事先装入润滑脂、省略外部轮毂密封及免于维修等优点，已广泛用于轿车中 ， 在载重汽车中也有逐步扩大应用的趋 势。
随着汽车产量和保有量的增加，轮毂轴承单元的需求量也在日益增大，许多轴承厂纷纷开始生产轮毂轴承单元。
轮毂轴承单元属于技术含量较高的产品，对其设计和生产均有较高要求，可是目前市场上尤其是维修市场上的轮毂轴承单元良莠不齐，产品质量高低不一，因此需要对其制定标准，来规范和指导轮毂轴承单元的生产，以保证产品质量和安全使用性能的要求。
JB/T 10238—2001《汽车轮毂轴承单元》就是这样一项标准。
2 JB/T 10238规定的主要内容及说明 （1）结构型式从基本结构上看，第一代轮毂轴承单元是预调游隙、带或不带密封圈的双列轴承，第二代轮毂轴承单元是外圈带凸缘的双列轴承，第三代轮毂轴承单元的内、外圈均带凸缘，第四代轮毂轴承单元则进一步将双列轴承、连接法兰以及等速万向节的外套集成为一个整体。
各代轮毂轴承及单元的基本结构和特征见表1。
9轮毂轴承单元分为两大类，一类是双列圆锥滚子轴承，现已发展到第三代产品，另一类是双列角接触球轴承，现已发展到第四代产品。
美国以双列圆锥滚子轴承为主，而日本和欧洲国家则以双列角接触球轴承为主。
我国在汽车轮毂轴承单元开发研制方面起步较晚，对产品的设计和制造尚停留在仿制阶段，目前成系列开发生产的轮毂轴承单元只到第二代，第三代还处于试制阶段。
DACF2126A轮毂单元设计DACF2126A的结构设计属于双列角接触球轴承，第三代轿车轮毂轴承，配装在吉利GL型轿车上，适用于汽车在恶劣的环境使用。
因此，该轴承的设计及检测与常规的双列角接触球轴承大不相同，轴承的设计既要符合常规轴承的设计原理与方法，又要考虑结构的特殊性。
本文对DACF2126A轮毂轴承的设计进行分析。
简图如下：1、轴承的结构外圈带凸缘且有4个安装小孔，可分离式半内圈，另一个半内圈与轴肩、法兰盘连体，其结构紧凑，安装方便。
轴向游隙装配时已调好，安装时无需调整2、轴承主要参数设计2.1接触角a角接触球轴承的接触角15°---40°，承受轴向载荷大时，a取大些，根据轴承的载荷特点与装配性能要求，取a=36°。
2.2轴向游隙根据轴承的安装及所承受的载荷情况，按以往轴承的设计经验，选取游隙0~0.017，检测游隙载荷±200N2.3钢球直径Dw根据轴承设计理论，钢球直径大小与所承受的额定载荷成正比关系，一般Dw取大些，根据轴承设计理论公式：0.3(D-d)≤Dw≤0.33(D-d)式中D和d,由于外圈和内法兰均选用材料65Mn，热外理采用中频感应淬火，受淬硬层深度的影响取D=Ø70,取d= Ø28，代入公式0.3（70-28）≤Dw≤0.33（70-28）12.6≤Dw≤13.86根据轴承结构除考虑径向尺寸外，还要考虑轴承的轴向尺寸、装配空间、装ABS空间、两列钢球互不干涉、合理放置保持架等因素。
取Dw=12.7更为合适。
2.4钢球中心圆直径Dpw的确定按轴承设计理论公式：0.5（D+d）≤Dpw≤0.515(D+d)代入数据得49≤Dpw≤50.47取Dpw=492.5钢球数量Z的确定钢球数量由下列条件约束Z≤(πDpw)/(K2Dw) 常数K2=0.91+1.5/12.7算得Z≤11.79，取Z=112.6径向加载作用中心位置Pi的确定径向加载作用中心位置的确定通常由整车数据确定或按提供的样件检测得出按样件检测得出Pi =41.45,同时求得两列钢球中心间距Pi2=25.1243、轴承主要尺寸的设计3.1内、外沟沟曲率Ri、Re的确定内沟沟曲率Ri=0.515Dw=0.515*12.7=6.54取Ri=6.57公差为±0.03外沟沟曲率Re=0.525Dw=0.525*12.7=6.67取Ri=6.7公差为±0.033.2内、外沟径di、De内沟径di=Dpw-2Ri+(2Ri-Dw)COS a=49-2*6.57+(2*6.57-12.7)COS36°=36.216外沟径di=Dpw+2Re-(2Re-Dw)COS a=49+2*6.7-(2*6.7-12.7)COS36°=61.8343.3内圈大档边外径d2、外圈中档边内径D2d2=0.85Dw+di=0.85*12.7+36.216=47.011 取d2=47.1D2=De-0.85Dw=61.834-0.85*12.7=51.039 取D2=513.4外圈两滚道的中心距离Pe的确定Pe= Pi2+[Dpw-(De-2Re)]tga=25.124+[49-(61.834-2*6.7)]tg36°=25.5354、密封结构的设计根据本公司以往的设计经验，此结构例轴承均采用三唇口接触式密封结构，技术标准采用JBT/6639-1993.5、基本额定动载荷的计算理论计算公式Cr=bm fc(iCOSa)7.0Z3/2Dw8.1= 1.3*59.9*(2COS36°)7.0*113/2*12.78.1=52.3KNi—滚动体列数2a—接触角z-- 滚动体个数Dw-- 钢球直径bm-- 系数取1.3fc-- 系数取59.96、修正寿命Lna的计算根据Bundberg和Palmgren的理论计算公式基本额定寿命L10=(Cr/P)3=(53200/9160)3=195.91(*106) 即旋转总转数为195910000 如以公里数加以表达如下：195.91*106*2πr*103 =38.2*104(千米)修正寿命Lna =a1a3L10=98%*0.33*38.2*104=12.3*104(千米)Lna—修正寿命L10—基本额定寿命Cr—基本额定动载荷P —径向载荷a1—可靠度修正系数取98%a3—运转条件修正系数0.33r—车轮半径(米)设计：余祖辉审核：日期：2007/10/30。
5-5 滚动轴承及其画法滚动轴承是一种标准部件，其作用是支承轴的旋转，它具有结构紧凑、摩擦力小等特点，能在较大载荷、较高转速下工作。
转动精度较高，在工业中应用十分广泛。
滚动轴承的结构及尺寸已经标准化，由专门的厂家生产，选用时可查阅有关标准。
一、滚动轴承的结构和种类1、滚动轴承的结构滚动轴承的结构一般由四部分组成，如图5—52所示。
外圈：装在机体或轴承座内，一般固定不动。
内圈：装在轴上，与轴紧密配合且随轴转动。
滚动体：装在内外圈之间的滚道中，有短圆柱滚子、圆锥滚子、鼓形滚子、空心螺旋滚子、长圆柱滚子和滚针等，如图5—53所示。
保持架:用来均匀分隔滚动体，防止滚动体之间相互摩擦与碰撞。
（a）（b）（c）(d) (e) (f)图5—52 滚动轴承结构图5—53 滚动体2、滚动轴承的种类滚动轴承按所承受载荷的方向可分为以下三种类型，如图5—54所示：向心轴承——主要承受径向载荷，常用的向心轴承如深沟球轴承。
推力轴承——只承受轴向载荷，常用的推力轴承如推力球轴承。
向心推力轴承——同时承受轴向和径向载荷，常用的如圆锥滚子轴承。
(a)深沟球轴承 (b)圆锥滚子轴承 (c)推力球轴承图5—54 滚动轴承二、滚动轴承的代号滚动轴承的代号一般印在轴承内圈的端面上，由基本代号、前置代号和后置代号三部分组成，排列顺序如下：前置代号基本代号后置代号1、基本代号基本代号表示滚动轴承的基本类型、结构及尺寸，是滚动轴承代号的基础。
基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号和内径代号构成（滚针轴承除外），其排列顺序如下：类型代号尺寸系列代号内径代号(1）类型代号轴承类型代号用阿拉伯数字或大写拉丁字母表示，其含义见表5—8。
表5—8 滚动轴承类型代号（GB/T272-1993）代号轴承类型代号轴承类型0 双列角接触球轴承 6 深沟球轴承1 调心球轴承7 角接触球轴承2 调心滚子轴承和推力调心滚子轴承8 推力圆柱滚子轴承3 圆锥滚子轴承N 圆柱滚子轴承双列或多列用字母NN表示4 双列深沟球轴承U 外球面球轴承5 推力球轴承QJ 四点接触球轴承注：在表中代号后或前加字母或数字表示该类轴承中的不同结构。
第三代汽车轮毂轴承游隙的分析与检测研究叶凯锋（浙江丰波机电科技有限公司浙江杭州311221）摘要：当前，我国的轮毂轴承通常都是利用正游隙技术来进行生产的，这样生产出来的轴承使用期限一般都不会很长。
本文根据第三代的汽车轮毂轴承单元智能安装项目，针对该单元负游隙技术，展开了相关的研究，依照相匹配的合套技术及铆合工艺，对轴承的游隙值进行一定程度上的掌控，实现轴承的负游隙化。
本文基于赫兹接触理论来构建一个轮毂轴承弹性变量与负游隙之间的相关关系，以及从负距离测量到零弹性变形测量——实现成品轴承游隙和弹性变形的一个例子，最终使第三代轮毂轴承提供快速、轻松测量的能力。
关键词：轴承的滚动测量游隙技术负距离中图分类号：U463.343文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)02(c)-0079-04汽车的核心功能部件之一就是轮毂轴承，它的运行状态直接决定了整车的安全性、舒适性和可靠性［1-2］。
现在，全球范围内在市场上出售或正在使用的轿车基本都是利用的第三代轮毂轴承，对比一代和二代，第三代具备非常高的集成度，能够更好地帮助汽车实现轻量化，高的集成度不仅有效缓解了滚动轴承在高速转动时会产生的打滑现象，汽车的安全性也得到了一定的保证。
一般来说，有预紧会在结束第三代轮毂轴承安装之后来施加，形成负游隙。
相关研究［2］中，非线性弹簧质量系统与轮毂轴承相等，并且经过测量轴承触点的固有频率侧面地，获得轴承的负间隙。
有研究［3］首创了一种由多体力学为根本的光线追踪算法，该算法使用轮毂轴承单元的内圈旋转情况来说明负游隙。
也有研究［4］提出一种用建立轴承预压与负间隙之间的关系并测量轴承预压来计算轴承负游隙的方式。
还有研究［5-8］根据完成钢球接触副和轮毂轴承外圈对超声频率回馈信号的检查，以此来初步预算轴承预紧力。
基于上述研究，根据赫兹接触理论，构建赫兹弹性变量与负游隙差的相关关系［9-14］。
测量负游隙能够变成测量弹性变化的差。
轴承行业国家标准：JB／T 10238—2001 汽车轮毂轴承单元汽车轮毂轴承单元Automotive wheel bearing units1 范围本标准规定了汽车用双列角接触球轮毂轴承单元、双列圆锥滚子轮毂轴承单元的代号方法、外形尺寸及技术条件。
本标准适用于轿车、轻型车用轮毂轴承单元的生产、检验和用户验收。
2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本啕为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB／T272—1993 滚动轴承代号方法GB／T307．2—1995 滚动轴承测量和检验的原则及方法GB／T307．3—1996 滚动轴承通用技术规则GB／T699—1999 优质碳素结构钢GB／T2828—1987 逐批检查计数抽样程序及抽样表(适用于连续批的检查) GB／T2829—1987 周期检查计数抽样程序及抽样表(适用于生产过程稳定性的检查)GB／T5671—1995 汽车通用锂基润滑脂GB／T7811—1999 滚动轴承参数符号GB／T8597—1988滚动轴承包装GB／T18254—2000 高碳铬轴承钢JB／T1255—2001 高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件JB／T2974—1993 滚动轴承代号方法的补充规定JB／T3574—1997 滚动轴承产品标志JB／T6638—1993 滚动轴承保持架用玻璃纤维增强聚酰胺66 技术条件JB／T6641—1993 滚动轴承残磁及其评定方法JB／T7048—1993 滚动轴承工程塑料保持架技术条件JB／T7050—1993 滚动轴承清洁度及评定方法JB／T7051—1993 滚动轴承零件表面粗糙度测量和评定方法JB／T7361—1994 滚动轴承零件硬度试验方法JB／T8571—1997 滚动轴承密封深沟球轴承防尘、漏脂、温升性能试验规程JB／T8881—2001 滚动轴承零件渗碳热处理技术条件3 符号和缩略语4 代号方法4．1 类型代号4．2 尺寸代号4．3 后置代号4．4 示列5 外形尺寸5．1 双列角接触球轴承单元5．2 外圈带凸缘的双列角接触球轴承单元5．3 双列圆锥滚子轴承单元5．4 外圈带凸缘的双列圆锥滚子轴承单元外圈带凸缘的双列圆锥滚子轴承单元外形尺寸按表6的规定。
轴承基本知识轴承主要是在机械传动过程中起固定和减少载荷摩擦系数的零部件。
一个完整的轴承代号是由基本代号加上一个或多个补充代号组成。
基本代号是用来表示轴承的类型、轴承的基本设计、轴承的外形尺寸。
补充代号是指轴承的部件、与基本设计有不同结构或有其它特性的变型。
一般所说的轴承多为滚动轴承(ball and roller bearing)。
滚动轴承就是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。
滚动轴承中的向心轴承（主要承受径向力）通常由内圈、外圈、滚动体和滚动体保持架4部分组成。
内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转，外圈装在轴承座孔中。
在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。
当内外圈相对转动时，滚动体即在内外圈的滚道上滚动，它们由保持架隔开，避免相互摩擦。
滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。
与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。
轴承的类型很多，大体包括：直线轴承、滚子轴承、调心轴承、球轴承、推力轴承、球面轴承、双列多列轴承、带座轴承、关节轴承、组合轴承、轧机轴承等。
★轴承常规分类：按公称外径分为：(1) 微型轴承----公称外径尺寸范围为26mm以下的轴承（孔径10mm以下）；(2) 小型轴承----公称外径尺寸范围为28-55mm的轴承；(3) 中小型轴承----公称外径尺寸范围为60-115mm的轴承；(4) 中大型轴承----公称外径尺寸范围为120-190mm的轴承(5) 大型轴承----公称外径尺寸范围为200-430mm的轴承；(6) 特大型轴承----公称外径尺寸范围为440-2000mm轴承。
(7) 重大型轴承----公称外径尺寸范围为2000mm以上的轴承。
按轴承工作的摩擦性质：可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。
滑动轴承不分内外圈也没有滚动体，一般是由耐磨材料制成，常用于要求不高或有特殊要求的场合，如高速、精度要求较高或低速、重载、冲击较大及需要剖分结构等加注润滑油及维护困难的机械转动部位。
汽车车桥轮毂轴承圆锥滚子轴承广泛地应用在汽车底盘中，特别是主减、差速，轮毂部位。
本文对应用在轮毂部位的圆锥滚子轴承进行分析。
汽车底盘的传动系统：发动机→离合器→变速器→传动轴→主减速器→差速器→半轴→轮毂。
1轮毂轴承1.1 轮毂结构经主减速器减速增扭，差速器调整左右轮毂速度后，半轴通过一端的花键与半轴齿轮连接，半轴另一端通过螺栓与轮毂连接，将扭矩传递给轮毂，轮毂与半轴同时旋转。
见图1、图2。
图1 底盘传动系统示意图1.2 轮毂轴承本文仅对驱动桥轮毂轴承进行分析，转向桥轴承（见图3）另议。
1轮毂轴承主要承受径向负荷，因此接触角不宜过大，多选择外圈接触角α：12~17°。
根据工作跨度需要多采用两套圆锥滚子轴承背对背（两个内圈窄端面相对）安装。
轴承外圈与壳体孔以过盈配合压入。
轴承外圈与壳体孔一起旋转。
轴承内圈与半轴套管以过渡配合推（压）入。
轴承内圈与半轴套管不转起支撑作用。
两轴承装配前注入锂基脂或复合锂基脂，注脂量不超过轴承有效空间的2/3，避免因散热不良引起轴承温升、变色。
通过调整螺母对轴承施以预加负荷，使内组件与外圈紧密接触，在接触处产生一定的弹性变形，接触面积增大，参与受力的滚动体数量增多，使大于180°甚至360°范围内的滚动体受力。
然后将调整螺母松开1/8~1/4螺距，调整轴向游隙。
轴向游隙的调整十分关键，游隙过大会造成振动、噪音大，导致轴承早期疲劳失效；游隙过小会造成温度急剧上升，破坏油膜，甚至出现轴承抱死现象。
为防止漏脂，内、外轴承须加油封密封。
2图2 驱动桥结构1.3 轮毂轴承失效分析由于设计、制造、安装、润滑、调试等方面的原因，轮毂轴承在工作期间会出现不同形式的失效模式。
下面对经常发生的失效形式进行分析。
1.3.1 轮毂轴承抱死；轮毂轴承抱死属于恶性事故，后果是十分严重的。
轴向游隙调整量过小，导致轮毂轴承运转期间游隙消失，甚至出现过盈，轴承抱死。
在安装过程中由于某种原因造成保持架变形或保持架窗孔倾斜度过大，导致轮毂轴承运转期间滚子倾斜。
