(整理)轮毂轴承单元结构图
汽车轮毂轴承单元应用及其常见故障解析
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。
轮毂轴承对汽车传动系统阻力影响及其优化研究
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%。
轮毂单元资料
Cone 内圈
内圈，保持架加滚珠， 上法兰 ，下法兰
ABS
轮毂单元的配件材料
法兰：常规用55#钢、个别型号会用到65MN 如果是做长寿命会用到40MN 85MN。
内圈： 都用GCR15#轴承钢。 滚动体：都用GCR15#轴承钢（球、圆锥）。 保持架： PA (Nylon增强尼龙+玻璃纤维材料） 油脂：常规的用台湾国光、日本埃索（ESSO)还有稍微差一点的国产长城，
客人特别要求的话还用 日本协同(KYODO YUSHI） 。 密封圈：丁晴橡胶 耐温在-30℃--120℃ 更好的用氟橡胶 耐高温、耐磨、抗
老化等优点，耐温性提高：-40℃--150℃ 传感器（ABS）：A：ABS磁性密封圈 B:ABS齿圈 C：ABS传感器，a:线束
式的 b:盖式的 线束式的和盖式的又分主动与被动两种。主动式的成本要比 被动式的高一倍左右。
8/23/2019
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Wheel Bearing Nomenclature 轮毂轴承术语
Ball Bearing球类
Tapered Roller Bearing圆锥类
Outer Ring 外圈 Seal油封 Inner Ring 内圈 Cage 保持架 (Retainer)
Ball 钢球
Cup 外圈 Cage (Retainer) 保持架
单元常见的号码
1：美国FEDERAL MOGUL 公司的BCA NO:(513121,515050 515036),常规：512*** 513***（基本上都是球结构） 515***（基本上 都是圆锥结构）。
2：OE NO： (7470017，1L24-1104AC,15102294,42410-01010)。
SKF轴承单元故障判断及维修作业指导书
2.1 检查是否漏油
观察轮胎及刹车制动系统是否有齿轮 油泄露。
如刹车系统如制动蹄，轮毂内侧有大 量齿轮油泄露，则检查漏油途径：
o 如O型圈有损伤则更换O型圈（无需更换轮 毂总成）。 o 如O型圈无损伤则更换轮毂总成，并将制动 器表面油污清理干净。
如密封圈表面有少量油脂附着、渗出 属于正常情况。
三、轮毂轴承单元更换
3.2.6 安装半轴和半轴螺栓
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四、注意事项
禁止打开轴承单元 禁止清洗轴承单元 禁止加热轴承单元 禁止使用金属锤（如有需要可使用橡胶锤）。 严禁压轴承内圈和密封圈（只能通过外圈施加作用 力）。
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谢谢！
© SKF Group
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三、轮毂轴承单元更换
3.2.4 安装完成后手动转动轮毂，检查是否转动灵活。 如安装无问题，锁止中心大螺母并用白色油漆笔标记锁止位置。
锁止螺母， 用白色记号笔标记
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三、轮毂轴承单元更换
3.2.5 安装隔环
安装过程中，切勿 漏装隔环！！！
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简易测量方法仅用于初步判断，不作为更换轴承单元总成的依据。 如需要更换轴承单元总成则需要精确测量方法确认。
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二、轮毂轴承单元故障诊断
2.3 检车轴承游隙（精确）
支起车桥，旋转轮胎并用力沿车轴方向推拉车轮边缘，并用百分表检测轴向间隙。
若轴向间隙小于0.2mm，轮毂轴承单元正常 若轴向间隙大于0.2mm，须检查锁紧螺母是否松动，如锁紧螺母也无松动，则需要更换轮 毂轴承单元总成。
注：当轴向游隙超过0.2mm时，须先确认轮毂 锁紧螺母状态，判断该游隙是锁紧螺母 松动导致。
免维护轮毂单元课件
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二、轮毂生产过程简介：
1、轮毂铸件的生产
铸造-自动线
金相分析
粗加工
检测
精加工： 螺栓孔加工
精加工： 轴承孔加工
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2、免维护轮毂单元的装配过程：
1)、宁波展欣的生产设备： 展欣免维护轮毂单元自动生产、检测线的设计、调试由FAG专家团队指导、审核， 满足FAG的装配、质量要求。
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3）、国产轴承、油封等零件材质、加工精度等与 进口轴承有较大差距。以上几点是传统轮毂需要 频繁维护保养，且使用寿命不长的主要原因。
1）、展欣免维护轮毂单元选用FAG轴承、油封、长寿 命润滑脂，这些零部件组成一密闭系统，装配到车桥上 仅需保证固定螺母的预紧力即可正常工作；
2）、展欣免维护轮毂单元轴承、油封摩擦阻力小，产 生的热量少，同时，专用润滑脂耐高温，即使有其他的 热量传入免维护轮毂单元也能承受170℃高温； 3）、展欣免维护轮毂单元选用的FAG轴承、油封、长 寿命润滑脂，经过专门设计，严格测试，能满足长寿命 的使用要求。
安装方便
集成化的轮毂单元
低成本
相对于其他供应商，有更低的使用成本
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1、展欣免维护轮毂单元与传统轮毂单元结构的比较
传统轮毂
展欣免维护轮毂单元
1）、传统轮毂轴向游隙由于轮毂单元发热等原因 无法保证最佳状态，并且，由于装配条件及操作 者技术水平的制约，游隙在轮毂单元装配时调整 就很困难； 2）、轴承的润滑、散热不充分；
汽车轮毂
前桥轮毂单元
后桥轮毂单元
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2、展欣免维护轮毂单元组成
展欣免维护轮毂单元采用的是脂润滑方 案。展欣免维护轮毂单元由精加工的轮毂铸 件、FAG专用轮毂轴承、内外油封、中间密 封圈、中间卡环、润滑脂等组成，这些零部 件组装成一个单元，整体装配到车桥上。也 可根据要求，配置客户所需的制动盘、制动 鼓、轮辋螺栓、ABS齿圈等零部件。
滚动轴承滚动轴承的结构及类型PPT课件
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由于结构的不同，各类轴承的使用 性能如下：
1．承载能力
在同样外形尺寸下。滚子轴承的承 载 能 力 约 为 球 轴 承 的 1.5~3 倍 。 所 以 ， 在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子 轴承。但当轴承内径d20mm时，滚子 轴承和球轴承的承载能力已相差不多， 而球轴承的价格一般低于滚子轴承，故 可优先选用球轴承。
滚动轴承
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整体概况
概况一
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概况二
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概况三
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滚动轴承的结构及类型
一、滚动轴承的结构 滚动轴承一般是由内圈、外圈、
滚动体和保持架组成。 滚动轴承的具体结构见图1。
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图1滚动轴承结构
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滚动轴承的安装与工作
通常内圈随轴颈转动，外圈装在机 座或零件的轴承孔内固定不动。
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前置代号 基本代号 后置代号
类型代号 尺寸系列代号 内径代号
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（1）内径尺寸代号：右起第一、二位 数字表示内径尺寸，表示方法见表3。 特别要记住的是直径为20~480mm的表 示方法。
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（2） 尺寸系列代号：右起第三、四 位表示尺寸系列（第四位为0时可不写 出）。为了适应不同承载能力的需要， 同一内径尺寸的轴承，可使用不同大 小的滚动体，因而使轴承的外径和宽 度也随着改变。这种内径相同而外径 或宽度不同的变化称为尺寸系列，见 表4。
（1） 径向轴承，主要用于承受径向载 荷，其公称接触角从0到45；
（2） 推力轴承，主要用于承受轴向载 荷，其公称接触角从大于45到 90（表2）。
JB_T102382001_汽车轮毂轴承单元_介绍
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。
第三代轮毂轴承设计实例
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
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。
汽车轮毂轴承有限元仿真分析
预设多种凸度匹配关系，分析其在不同载荷作用下，最大主应力，接触长度的变 化情况，综合总体分析结果，确定最佳凸度及匹配关系。通过理论计算，给出凸 度控制方程。 这种方法的优点是考虑整体应力、 变形情况， 确定的凸度更为合理； 缺点是模型复杂，计算量大，收敛性差。 （3）凸度混合有限元分析 凸度混合有限元分析采用凸度局部有限元分析确定若干组凸度， 用凸度整体 有限元分析对所确定的凸度进行分析，综合优化分析结果，确定最终凸度方程。 这种方法模型相对简化， 减小了计算量、 提高了收敛性， 凸度计算结果更趋合理。 2. 第二代圆锥滚子轮毂轴承凸度局部有限元分析 分析对象为轿车前轮毂双列圆锥滚子轴承，结构型式为；内圈分离，外圈整 体结构，带法兰盘，属第二代产品。 2．1 滚子与滚道凸型和凸度量的确定 根据国内外轴承样品的对比分析结果及在滚子与滚道多种设计方案进行分 析的基础上， 仅对滚子与内圈有凸度的情况进行仿真分析，并提出如下滚子与滚 道凸度设计原则，在轻载时，滚子的有效接触长度为滚子长度的 60%-70%，重载 时，不出现应力集中。在此选择的凸型为修正对数曲线，采用滚子、内圈滚道带 凸度的“2 凸”设计，并对四种情况的凸度匹配关系进行对比分析。 四种情况所给出的凸度量分别为： 滚子和滚道无凸度； 滚子凸度： 2.4μm, 内 圈滚道凸度：5μm；滚子凸度：8μm, 内圈滚道凸度：10μm；滚子凸度：15μ m, 内圈滚道凸度：15μm。 2．2 滚子和滚道凸度有限元模型及仿真分析 在轴承中， 由于滚子和滚道的接触特征完全一致，因此用一个滚子和滚道接 触的局部模型就能够进行整体的凸度仿真分析。采用 ANSYS 有限元分析软件进 行分析，图 2.1 给出了有限元分析网格划分模型。 2．3 分析结果
（轴承承受的径向载荷为 0.3Cr，滚
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（五）建设项目环境影响评价文件的审批
1）地方环境标准是对国家环境标准的补充和完善。在执行上，地方环境标准优先于国家环境标准。
三代角接触球轴承单元（非驱动轮用） Nhomakorabea1.法律
（3）环境影响评价中应用环境标准的原则。
一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用
三代角接触球轴承单元（驱动轮用带传感器）
一代圆锥滚子轴承单元
一代角接触球轴承单元
二代双列圆锥滚子轴承单元
二代角接触球轴承单元（外圈旋转型）
二代角接触球轴承单元（内圈旋转型）
三代角接触球轴承单元（驱动轮用）
2.环境影响报告表的内容三代角接触球轴承单元（非驱动轮用）
（2）安全验收评价。
（四）安全预评价内容
1）按类型分。环境标准按类型分为环境质量标准、污染物排放标准（或控制标准）、环境基础标准、环境检测方法标准、环境标准样品标准。