国外汽车轮毂轴承的发展
发布时间：2013-10-18肖晖 编译
汽车轮毂轴承的作用主要是承受汽车的重量及为轮毂的传动提供精确的向导。轮毂轴承既随径向载荷又承受轴向载荷，是一个非常重要的安全件。现在国产车大多仍采用传统的两套单独的圆锥滚子轴承或角接触球轴承，这种结构在汽车装配时要经过调整游隙、预紧、加脂等诸多工序，参杂较多人为控制因素，装配难度较大，从而造成汽车装配线加长，成本过高且可靠性差，难以适应激烈的市场竞争。
近年来，随着前置前驱动轿车的飞速发展，轮毂轴承发生了很大变化，尤其是国外知名的汽车生产厂家与轴承制造商联合研发，新型轮毂轴承单元不断涌现，目前已进入第四代。
代轮毂轴承
代是外圈整体型双列角接触球轴承或圆锥滚子轴承。它由一个外圈和两个内圈组成。为了确保装到车轮上时轴承的预紧力，要求沟心距有很高的精度。为此，砂轮用一个具有高尺寸精度的旋转成形修形器来进行修形。外圈滚道进行同步磨削可以达到理想的高加工精度。内圈滚道也必须有一个非常精确的定位，应用与外圈一样的成形旋转修形器，通过多角度磨削可以实现高精密的加工。
这种结构的主要优点是可靠、有效载荷间距短、易安装、无需调整、结构紧凑等。这种轴承已经相当实用化，我国引进车型大多采用此类轴承。
第二代轮毂单元
第二代是将与轴承相配合的零件即轮毂或转向节与轴承套圈制成一体的结构型式（图1）。开发该单元的重点是了为保证质量和尽可能缩短生产周期，为此这种单元Z终采用了流水线生产。
近年来，随着前置前驱动轿车的飞速发展，轮毂轴承发生了很大变化，尤其是国外知名的汽车生产厂家与轴承制造商联合研发，新型轮毂轴承单元不断涌现，目前已进入第四代。
代轮毂轴承
代是外圈整体型双列角接触球轴承或圆锥滚子轴承。它由一个外圈和两个内圈组成。为了确保装到车轮上时轴承的预紧力，要求沟心距有很高的精度。为此，砂轮用一个具有高尺寸精度的旋转成形修形器来进行修形。外圈滚道进行同步磨削可以达到理想的高加工精度。内圈滚道也必须有一个非常精确的定位，应用与外圈一样的成形旋转修形器，通过多角度磨削可以实现高精密的加工。
这种结构的主要优点是可靠、有效载荷间距短、易安装、无需调整、结构紧凑等。这种轴承已经相当实用化，我国引进车型大多采用此类轴承。
第二代轮毂单元
第二代是将与轴承相配合的零件即轮毂或转向节与轴承套圈制成一体的结构型式（图1）。开发该单元的重点是了为保证质量和尽可能缩短生产周期，为此这种单元Z终采用了流水线生产。
图1 第二代轮毂单元
1.带凸缘的外圈；2.保持架；3.内圈；4.球
代产品的淬火是分批完成的，而第二代则采用在线高频加热的方式进行淬火。在回火工艺中也使用了感应加热系统以节省空间并缩短生产周期。
为了减少热处理变形所需的磨削时间，在热处理后紧接着引入一次装夹车削两个滚道的工序，以减少车削时刀架的重复拆卸时间。
第三代轮毂单元
日本公司已经成功开发出了获得Z佳预紧力（负游隙）的技术，它既能提高汽车悬架所需的车轮稳定性，又能提高轴承寿命。该技术已经能加工出满足刚度和寿命的Z佳间隙和结构变形，带凸缘的内圈和另一个内圈是一体的，这使装配变得极其困难。以前普遍接受的常规设计（图2）是小内圈与带凸缘的内圈进行压配合，并用锁紧螺母把它们固定在一起。
为了减少热处理变形所需的磨削时间，在热处理后紧接着引入一次装夹车削两个滚道的工序，以减少车削时刀架的重复拆卸时间。
第三代轮毂单元
日本公司已经成功开发出了获得Z佳预紧力（负游隙）的技术，它既能提高汽车悬架所需的车轮稳定性，又能提高轴承寿命。该技术已经能加工出满足刚度和寿命的Z佳间隙和结构变形，带凸缘的内圈和另一个内圈是一体的，这使装配变得极其困难。以前普遍接受的常规设计（图2）是小内圈与带凸缘的内圈进行压配合，并用锁紧螺母把它们固定在一起。
图2 第三代轮毂单元
1.带凸缘的外圈；2.保持架；3.小内圈；4.锁紧螺母；5.球；6.带凸缘的内圈
对装配的要求包括：小内圈与带凸缘的较大内圈必须确保固定在一起。一旦小内圈从带凸缘的内圈上松脱会导致轮子与车身脱离，因此必须防止这种情况的发生。
轴向力的产生应确保小内圈的轴向紧固：防止两个内圈之间相对旋转（蠕变），确定合适的预紧力以提高寿命、刚性和旋转精度。当受到外力时，防止两个内圈上相互配合的接触表面发生分离。
（1）SKF带有ABS传感器的第三代轮毂轴承单元
制动系防抱死系统（ABS）对车辆安全性作出了巨大贡献。据报道，从2000年起，欧洲所有的轿车及轻型商用车都要将ABS作为标准配置安装。把ABS传感器安装到轮毂单元中，有许多优点，其中汽车制造商Z感兴趣的是节约成本。
SKF为汽车工业生产轮毂轴承已经近60年。由SKF提出的整体环状传感器是基于感应原理的被动ABS传感器。一个带有29齿的脉冲环经过一个外部有线圈的永久磁场铁旋转。当车轮转动时，线圈产生一个感应电信号，电信号的频率及大小与车辆转速有关。SKF的这种结构在技术上有下列几点：防锈性能提高，节省重量和空间，由于传感器和脉冲环间存在空气间隙更加耐用，信号强等优势。信号强意味着速度极限更低，通常为3.7km/h，甚至降到2.0km/h，这意味汽车的安全性进一步提高。
内置ABS传感器的第三代驱动轮毂单元已成为发展趋势，各大轴承公司都在积极研制。
（2）NSK旋压成形第三代轮毂轴承
在传统的第三代轮毂轴承单元的设计中，两个内圈是用锁紧螺母牢固地连接在一起的，而NSK开发的新结构是通过轴端的旋压成形，轴向力使带凸缘的内圈产生塑性变形，与小内圈压紧。去掉螺母有助于减小轮毂单元的重量和尺寸，提高可靠性。驱动轮和非驱动轮都适用。采用旋压成形技术，可靠性将得以提高，即使连接螺母松动轴承自身也可以提供预载保证。
旋压成形采用的是旋转模锻工艺（如图3），倾斜的上模在轴承组件上转动时，带凸缘内圈的轴端受到来自下部的压力产生塑性变形，直至小内圈牢固地连在一起。
轴向力的产生应确保小内圈的轴向紧固：防止两个内圈之间相对旋转（蠕变），确定合适的预紧力以提高寿命、刚性和旋转精度。当受到外力时，防止两个内圈上相互配合的接触表面发生分离。
（1）SKF带有ABS传感器的第三代轮毂轴承单元
制动系防抱死系统（ABS）对车辆安全性作出了巨大贡献。据报道，从2000年起，欧洲所有的轿车及轻型商用车都要将ABS作为标准配置安装。把ABS传感器安装到轮毂单元中，有许多优点，其中汽车制造商Z感兴趣的是节约成本。
SKF为汽车工业生产轮毂轴承已经近60年。由SKF提出的整体环状传感器是基于感应原理的被动ABS传感器。一个带有29齿的脉冲环经过一个外部有线圈的永久磁场铁旋转。当车轮转动时，线圈产生一个感应电信号，电信号的频率及大小与车辆转速有关。SKF的这种结构在技术上有下列几点：防锈性能提高，节省重量和空间，由于传感器和脉冲环间存在空气间隙更加耐用，信号强等优势。信号强意味着速度极限更低，通常为3.7km/h，甚至降到2.0km/h，这意味汽车的安全性进一步提高。
内置ABS传感器的第三代驱动轮毂单元已成为发展趋势，各大轴承公司都在积极研制。
（2）NSK旋压成形第三代轮毂轴承
在传统的第三代轮毂轴承单元的设计中，两个内圈是用锁紧螺母牢固地连接在一起的，而NSK开发的新结构是通过轴端的旋压成形，轴向力使带凸缘的内圈产生塑性变形，与小内圈压紧。去掉螺母有助于减小轮毂单元的重量和尺寸，提高可靠性。驱动轮和非驱动轮都适用。采用旋压成形技术，可靠性将得以提高，即使连接螺母松动轴承自身也可以提供预载保证。
旋压成形采用的是旋转模锻工艺（如图3），倾斜的上模在轴承组件上转动时，带凸缘内圈的轴端受到来自下部的压力产生塑性变形，直至小内圈牢固地连在一起。
图3 旋压成形工艺示意图
1.内置内圈；2.冲头；3.轮毂轴
在成形过程中，轮毂变形分为三个阶段：阶段，冲头下降，与轮毂轴接触，变形开始。第二阶段，变形进一步扩展，轮毂轴沿径向扩展，与内圈倒角接触。Z后是第三阶段，铆合过程完成。在阶段，几乎所有的冲头压力都用于轮毂轴的Z初成形，内圈载荷很小且恒定。进入第二阶段，冲头压力传递到内圈，内圈载荷迅速增大。在第三阶段，由于冲头压力使内圈载荷逐渐增大直至饱和，旋压结束后，甚至冲头已抬起，内圈载荷仍未消除，仍保留某些载荷。可以认为残余载荷形成了卡紧力。
传统的模锻使整个工件压缩，产生塑性变形。因此，加工大尺寸工件时，需要很大的压力，而且当运用于轴承上时，变形往往超出中心区域。在这种巨大压力作用下，球与滚道受到挤压，在加工过程轴承很可能损坏，而旋压模锻只在局部产生变形并且只用很小的压力。通过控制加载的压力，这种加工用于轴承的装配十分适合。
通过重载下的运转耐久性试验检验了旋压成形缘的疲劳强度和内圈抗蠕变能力。进行静强度试验以考察旋压成形缘的静强度以及轴承的力矩载荷刚变试验，因为轴承的刚性会影响车辆转弯时的操纵稳定性。
根据各项试验的结果，NSK新开发的旋压成形内圈自锁第三代轮毂轴承等同于甚至优于带锁紧螺母的传统型轮毂轴承。在保证高可靠性的前提下，重量和尺寸减小，满足了当前的市场需求，降低了车辆燃料消耗。
第四代轮毂轴承单元
第四代是把等速万向节与轴承做成整体化，这种形式Z引注目的是废除轮毂花键轴，更加小型化，安装更加合理，如图4所示。
传统的模锻使整个工件压缩，产生塑性变形。因此，加工大尺寸工件时，需要很大的压力，而且当运用于轴承上时，变形往往超出中心区域。在这种巨大压力作用下，球与滚道受到挤压，在加工过程轴承很可能损坏，而旋压模锻只在局部产生变形并且只用很小的压力。通过控制加载的压力，这种加工用于轴承的装配十分适合。
通过重载下的运转耐久性试验检验了旋压成形缘的疲劳强度和内圈抗蠕变能力。进行静强度试验以考察旋压成形缘的静强度以及轴承的力矩载荷刚变试验，因为轴承的刚性会影响车辆转弯时的操纵稳定性。
根据各项试验的结果，NSK新开发的旋压成形内圈自锁第三代轮毂轴承等同于甚至优于带锁紧螺母的传统型轮毂轴承。在保证高可靠性的前提下，重量和尺寸减小，满足了当前的市场需求，降低了车辆燃料消耗。
第四代轮毂轴承单元
第四代是把等速万向节与轴承做成整体化，这种形式Z引注目的是废除轮毂花键轴，更加小型化，安装更加合理，如图4所示。
图4 第四代轮毂轴承单元
汽车轮毂轴承已从传统的分离式轴承发展到轴承单元。轮毂轴承正逐步成为与车轮支承总成连为—体的内部部件，第四代已研制成功，距离实用化不会遥远。这些单元产品的特点是：不需要调整轴承组装间隙（过去选择间隔形式或按照力矩调整间隙），轴承组装工艺合理化，轻量化和小型化，提高可靠性、一次性装脂，免维护，降低整体成本。
来源：《现代零部件》2003年01期