【正文】 a HBU4 b HBU5 c HBU6圖12 正在設(shè)計開發(fā)的新一代轎車輪轂軸承示意圖 隨著現(xiàn)代社會的需求，除了第一到第四代輪轂軸承單元以外還出現(xiàn)了第五代（Integrated brake drum，制動轉(zhuǎn)子一體化，1997）；第六代（Integrated brake disk制動盤安裝組合）。輪轂軸承單元的發(fā)展是汽車的快速發(fā)展的重要組成部分。 當(dāng)前代汽車輪轂軸承單元的裝配形式輪轂軸承單元是一個由多個零件合成的組件，經(jīng)過預(yù)先調(diào)節(jié)并一次性終身潤滑。潤滑后要進行裝配以使輪轂軸承獲得最佳的預(yù)緊量和防止輪轂軸承的松脫。目前，國內(nèi)外大多數(shù)的汽車企業(yè)大多都應(yīng)用第三代的輪轂軸承單元，輪轂軸承單元的裝配一直是一個值得深入著重深入研究的一個問題。一個輪轂單元的裝配好壞，裝配形式直接影響到該單元的使用壽命，更直接關(guān)系到汽車的安全性，可靠性。當(dāng)代國內(nèi)外輪轂軸承的裝配形式只有有兩種：一種是鎖緊螺母連接，另一種是軸斷鉚合緊固連接。（如圖13所示） 圖13軸端鉚合裝配可采用旋壓成形（又稱為擺輾）工藝（如圖14所示）進行，其特點是：傳統(tǒng)的模壓使整個工件壓縮，產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)運用于軸承上時，在加工過程中變形往往超出中心區(qū)域，在這種巨大壓力作用下，球與滾道受到擠壓，在加工過程中軸承很可能損壞；而旋壓成形只在局部產(chǎn)生變形，所需的壓力很小，通過控制加載的壓力，就可實現(xiàn)軸承的裝配。圖14 軸鉚合旋壓成形工藝示意圖軸鉚合裝配通過軸端的旋壓成形，使帶凸緣的內(nèi)圈產(chǎn)生塑性變形，從而與小內(nèi)圈壓緊。這種方式的優(yōu)點在于：因去掉螺母，從而有助于減小輪轂單元的重量和尺寸，降低成本，使緊固部分更加緊湊，提高燃油經(jīng)濟性，而且旋壓過程中對軸向載荷（卡緊力）可實時精確控制，消除零件制造誤差的影響，從而使預(yù)緊量的波動大大減少，保證每個輪轂單元都在裝配后獲得最佳預(yù)緊量，提高軸承使用壽命，并使韋布爾分布曲線的斜率變大，產(chǎn)品可靠性得到顯著提高；由于鉚合聯(lián)接是不可逆裝配，不會因使用過程中的振動等因素發(fā)生變化，從而消除螺紋防松結(jié)構(gòu)中可能的卸載隱患，大大提高可靠性，也就提高了產(chǎn)品的安全性。這種裝配技術(shù)克服了現(xiàn)有的螺母卡緊式的缺點，具有諸多優(yōu)勢：省材——用于非驅(qū)動輪的軸鉚合式輪轂軸承單元可比傳統(tǒng)的螺母卡緊式單元減輕重量400g以上；節(jié)能——軸鉚合式裝配節(jié)省單元的零件數(shù)量，簡化工藝，能減少制造環(huán)節(jié)的能量消耗；使用輕量化的軸鉚合式輪轂單元可減輕轎車車輪質(zhì)量，降低燃油消耗率，節(jié)省燃油；安全——不可逆的鉚合裝配，能避免螺紋防松結(jié)構(gòu)所存在的安全隱患，提高汽車使用的安全性；高效——制造一個螺母需用時1分鐘，車削凸緣軸上的螺紋需用時30秒以上，再完成單元裝配及軸向卡緊力的調(diào)整需用時2分鐘以上；而軸鉚合式裝配省去了螺母制造的螺紋車削，整個裝配過程用時在5~7秒以內(nèi)，單是裝配效率就可提高20倍以上！環(huán)?！档驼嚾加拖牡耐瑫r，減少了汽車的排放，有利于環(huán)保；近凈成型——無切削加工方法，可實現(xiàn)凈形加工。由于軸鉚合裝配方式的先進性，其代表了轎車輪轂單元裝配技術(shù)的發(fā)展方向，在新一代轎車輪轂單元中必須采用軸端鉚合裝配，因為包含外圈、滾動體、凸緣軸和小內(nèi)圈的軸承組件是新一代轎車輪轂單元的基礎(chǔ)，這些組件在裝配成一個單元的過程中，采用鉚合裝配是保證其高性能的關(guān)鍵，因而掌握旋壓鉚合裝配技術(shù)，具有十分重要的意義。傳統(tǒng)設(shè)計的輪轂單元在裝配時兩個內(nèi)圈是用鎖緊螺母牢固地連接在一起的，如圖15（a）所示。這種方式所存在的缺點是：需要在裝配的時候通過控制螺母的預(yù)緊量來控制輪轂單元的軸向卡緊力，由于單元中的零件存在制造誤差而使卡緊力的控制不精確，預(yù)壓量的波動較大，從而導(dǎo)致軸承的負游隙量偏離最優(yōu)值而使軸承壽命下降，壽命離散度大大增加，使得其韋布爾分布中的斜率較大，90%可靠性下降；在使用過程中，由于螺紋卡緊采用的螺紋防松結(jié)構(gòu)可能因振動等因素而松動，從而導(dǎo)致預(yù)載荷卸載，嚴(yán)重時甚至失效，存在重大安全隱患。而新的結(jié)構(gòu)是通過軸端的旋壓成形，使帶凸緣的內(nèi)圈產(chǎn)生塑性變形，從而與小內(nèi)圈壓緊。這種方式使車輪支架和車輪法蘭不再是安裝驅(qū)動軸之后才相互連接．而是經(jīng)卷邊鉚接成為具有正常功能的輪轂軸承單元，大大減輕了下一步的裝配工作。采用軸鉚合裝配方式，對非驅(qū)動輪而言（如圖15（b）所示），可直接去掉螺母；對驅(qū)動輪而言（如圖15（c）所示），因為不再需要較大的擰緊力矩，可以使用輕型螺母將驅(qū)動軸固定在車輪法蘭中，驅(qū)動軸帶齒的軸頸也可大大縮短，從而有助于減小輪轂單元的重量和尺寸，降低成本，使緊固部分更加緊湊，提高燃油經(jīng)濟性。而且旋壓過程中對軸向載荷（卡緊力）可實時精確控制，消除零件制造誤差的影響，從而使預(yù)緊量的波動大大減少，保證每一個輪轂單元都在裝配后獲得最佳預(yù)緊量，這意味著可以大大提高軸承使用壽命，并使韋布爾分布曲線的斜率變小，90%可靠性得到顯著提高；且由于鉚合聯(lián)接是不可逆裝配，不會因使用過程中的振動等因素發(fā)生變化，從而消除螺紋防松結(jié)構(gòu)中可能的卸載隱患，大大提高可靠性，也就提高了產(chǎn)品的安全性。（a） （b） （c） 圖15另一方面，因為輪轂單元的最薄弱的環(huán)節(jié)不是鎖緊位置，而是凸緣根部，而通過FEM分析可知，小內(nèi)圈在汽車行駛過程中所承受的軸向載荷不是很高，通過對當(dāng)前的輪轂單元的結(jié)構(gòu)分析，我們認為其軸承組件部分還可進一步精減，只要將帶凸緣的軸在端部直接旋壓成滾道形狀，就可省略小內(nèi)圈，達到軸承組件零件數(shù)目的絕對最小化，進一步精減輪轂單元的結(jié)構(gòu)，提高可靠性，降低生產(chǎn)成本。 本課題的研究意義與主要任務(wù)輪轂軸承單元的鉚合技術(shù)顯然在當(dāng)代和將來的汽車發(fā)展中都起到十分重大的作用，但是當(dāng)代的中國的大部分工廠都沒有相應(yīng)的專用鉚合設(shè)備或者是工廠因受到技術(shù)的封鎖而不能引進國外的設(shè)備和技術(shù)。國內(nèi)的輪轂軸承的市場大部分都由國外的廠家占用。本課題是為填補這一空白的輪轂軸承鉚合專用設(shè)備的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。輪轂軸承單元專用鉚合設(shè)備的鉚合過程的壓力都由液壓系統(tǒng)的主油缸提供，其工作遠遠壓力高于其他的工作要求。工進是的速度要實現(xiàn)對不同的輪轂軸承單元可調(diào)整。快退時要有較快的速度進行，以省加工時間，使工作效率的到提高。送料缸除了要快速上、下料外，還要求工作時的速度要平穩(wěn)。為滿足以上的要求，本課題要對主油缸，送料缸和液壓系統(tǒng)的各組成元件的連接和型號進行選擇和設(shè)計。 軸承鉚合技術(shù)和專用設(shè)備在國內(nèi)外發(fā)展概況國外對輪轂單元軸鉚合技術(shù)的研究，最初報道是由NSK公司于2001年前后成功開發(fā)了端部旋壓成形的鉚裝第三代輪轂軸承，此后KOYO、SKF等國際著名的軸承制造企業(yè)也相繼推出了軸鉚裝的輪轂軸承。但是，出于各自的發(fā)展戰(zhàn)略和利益的競爭，輪轂軸承的軸鉚裝工藝技術(shù)對中國是保密的，而軸承則只以成品的形式以較高的價格提供給中國的中高檔汽車市場，就連掌握了其核心技術(shù)的外國公司在我國興建的轎車輪轂軸承合資企業(yè)，所提供的技術(shù)也是傳統(tǒng)的“螺帽卡緊式”裝配技術(shù)。所以，到目前為止，國內(nèi)的轎車輪轂軸承生產(chǎn)企業(yè)尚未能掌握軸鉚合裝配技術(shù)，更缺乏對轎車輪轂單元實施鉚合裝配的關(guān)鍵設(shè)備，從而成為限制我國新型轎車輪轂軸承產(chǎn)品競爭力的技術(shù)瓶頸。中國的擺輾研究開始于70年代初期。我國的擺輾理論研究和工藝應(yīng)用研究方面已達到世界先進水平。但由于缺乏資金，缺少機械設(shè)備專業(yè)制造廠的參與，由使用單位將國外主要用于冷擺輾的擺輾機結(jié)構(gòu)簡化或者照搬而制造出擺輾機用于熱擺輾，結(jié)果不合理，制造水平低等原因使得軸承易壞、導(dǎo)軌易損。剛度低，其結(jié)果造成產(chǎn)品精度低，設(shè)備維修頻繁而不能正常生產(chǎn)。因此，80年代中期以來，中國擺輾設(shè)備的研制開發(fā)處于停止?fàn)顟B(tài)，而只是進口瑞士和波蘭的擺輾機。我們應(yīng)當(dāng)吸收國外的經(jīng)驗，由機械設(shè)備專業(yè)制造廠制造I型擺輾機用于熱擺輾，則能克服上述缺點，促進這種先進的塑性加工工藝在我國的推廣應(yīng)用。 轎車輪轂軸承的形狀和工藝分析 轎車輪轂軸承的形狀如圖16所示,汽車輪轂軸承單元軸鉚合裝配工藝主要是將圖A中的法蘭盤內(nèi)圈1鉚合成圖B所示的的形狀。此零件是筒形件，材料為50號鋼適合于擺輾成形，而且只對軸端進行鉚合加工因此可一次擺輾成形。對此零件的擺輾加工是軸向鉚裝，適于采用立式加工避免受自身重力的影響。 A B圖16鉚裝輪轂軸承單元對比 工藝分析(1)材料 旋壓的零件為法蘭盤外圈，法蘭盤外圈的材料為5055，毛坯鍛造后進行正火處理，硬度不大于HB210，可在常溫下旋壓，一次旋成。(2)幾何要素 幾何要素是機床設(shè)計的主要依據(jù)，機床形式、規(guī)格、精度等都要由它來決定。如圖16為法蘭盤外圈的幾何要素(3)零件極限尺寸統(tǒng)計與機床幾何尺寸 在同一機床上加工零件的范圍太 大，會使機床過于復(fù)雜，從而給設(shè)計、制造、使用帶來不必要的麻煩。因此，應(yīng)將零件的形狀分類，尺寸分級，把機床系列化來解決這一矛盾。機床的幾何尺寸一般是由零件極限尺寸決定的，旋壓力的大小主要由零件的最大厚度來決定；鉚頭到工作臺的距離主要由旋壓件的最大長度確定。 汽車輪轂軸承單元的3D建模與分析對加工對像的深入了解是設(shè)計設(shè)備的第一步。為了對加工對象有一個非常清晰的認識與研究。我們利用CAD技術(shù)， 采用國際先進的3D設(shè)計軟件pro/engineer進行汽車輪轂軸承單元的3D建模，并對產(chǎn)品的裝配關(guān)系結(jié)構(gòu)進行必要的分析。圖18鉚合裝配式第三代汽車輪轂軸承3D模型 圖18所示為鉚合式第三代輪轂軸承單元（非驅(qū)動輪）3D模型示意圖，該軸承單元用pro/engineer軟件進行1 ：1的繪畫,一共有11個零件。在畫零件實體過程中，我們設(shè)計小組發(fā)現(xiàn)實體模型與實物某些細節(jié)部分不相符，經(jīng)過到工廠進行實物觀察，作了修改。模型裝配先加載內(nèi)法蘭盤1，再裝內(nèi)圈密封圈3，接著裝,保持架4與滾珠5的組合體，緊接著裝法蘭外圈6；下道“工序”再裝保持架7與滾珠8的組合體，再次裝另一個內(nèi)圈9，最后裝感應(yīng)圈10與感應(yīng)圈外罩11。裝配過程中的定位都采用設(shè)計的定位基準(zhǔn)。裝配時發(fā)現(xiàn)最難的部分是保證滾珠的壓力角。每個零件都是按工程圖所給的尺寸畫出來的，裝配才發(fā)現(xiàn)有的零件之間產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。從以上在實體建模與虛擬裝配過程中發(fā)現(xiàn)的問題中看出，CAD可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的不足，有利于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計，可以降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。 軸承單元軸鉚合裝配的認識 軸承單元軸鉚合裝配的過程在韶關(guān)東南軸承有限公司參觀中，了解到以普通車床改裝的簡易旋壓試驗裝置。通過實地考察了解到軸承單元軸鉚合裝配的鉚接過程，由于鉚接力的作用，（圖18所示）內(nèi)半蘭盤（圖中B部分）產(chǎn)生了徑向的塑性鉚合變形，實際變形效果如圖中B所示。由于擺動旋壓具有力量大的特點，鉚接非?？欤麄€純鉚接時間僅為8秒多，而且鉚接過程未產(chǎn)生任何切屑。因此，擺動旋壓是一種高效、清潔和安全的加工技術(shù)。圖19 壓制成形的輪轂軸承 輪轂軸承單元軸鉚合裝配旋壓過程的分析傳統(tǒng)的軸鉚裝工藝采用所謂的“回轉(zhuǎn)式鍛壓” 或“搖擺模鍛”。在這種方法