【正文】 術(shù)?？焱藭r(shí)要有較快的速度進(jìn)行 ，以省加工時(shí)間，使工作效率的到提高。國(guó)內(nèi)的輪轂軸承的市場(chǎng)大部分都由國(guó)外的廠家占用。采用軸鉚合裝配方式， 對(duì)非驅(qū)動(dòng)輪而言（如圖15（ b）所示），可直接去掉螺母；對(duì)驅(qū)動(dòng)輪而言（如圖 15（ c）所示）， 因?yàn)椴辉傩枰^大的擰緊力矩，可以使用輕型螺母將驅(qū)動(dòng)軸固定在車輪法蘭中，驅(qū)動(dòng)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(jì)性。 輪轂軸承單 元旋壓鉚合技術(shù)的優(yōu)越性 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的輪轂單元在裝配時(shí)兩個(gè)內(nèi)圈是用鎖緊螺母牢固地連接在一起的，如圖15（ a）所示。 8 圖 14 軸鉚合旋壓成形工藝示意圖 軸鉚合裝配通過(guò)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。 目前，國(guó)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(gè)值得深入著重深入研究的一個(gè)問(wèn)題。 a HBU4 b HBU5 c HBU6 圖 12 正在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的新一代轎車輪轂軸承示意圖 隨著現(xiàn)代社會(huì)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(dòng)轉(zhuǎn)子一體化 ， 1997）；第六代（ Integrated brake disk制動(dòng)盤(pán)安裝組合 ） 。型輪轂軸承單元采用終身潤(rùn)滑和密封，對(duì)主動(dòng)和非主動(dòng)車輪均適用。外圈的凸緣 6 用螺釘固定到懸掛系統(tǒng)架上。 第三代輪轂軸承單元系以雙列角接觸球軸承為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，是一種全面合成的車輪軸承系統(tǒng)。可在裝置中配置一個(gè) ABS 傳感器。外圈的滾道經(jīng)過(guò)感應(yīng)淬硬處理，以提高軸承性能。選用的滑脂可保證最長(zhǎng)的工作壽命和最小的假硬化風(fēng)險(xiǎn)。其設(shè)計(jì)針對(duì)轎車車輪的特殊運(yùn)行特征進(jìn)行優(yōu)化，尤其是對(duì)拐彎過(guò)程 中施加在軸承上的力矩載荷提供支持。在社會(huì)的不斷發(fā)展和對(duì)輪轂軸承的要求中，輪轂軸承有了很大程度的變化和發(fā)展 。輪轂軸承既承受徑向載荷又承受軸向載荷 ，因此 對(duì)汽車輪轂軸承的性能要求是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕和可靠性高。本文從汽車輪轂軸承單元的發(fā)展開(kāi)始，逐步介紹了輪轂軸承單元的產(chǎn)品特點(diǎn)，擺輾技術(shù)的國(guó)內(nèi)外概況，擺輾加工基本原理和特點(diǎn)；介紹了對(duì)總體方案的分析與設(shè)計(jì)以及機(jī)床床身基礎(chǔ)件的裝配圖設(shè)計(jì)、液壓元件在這一設(shè)備中所起到的重要作用，將著重介紹油路的 設(shè)計(jì)分析，液壓元器件的設(shè)計(jì)計(jì)算。 關(guān)鍵詞： 汽車、輪轂軸承單元、旋壓、液壓系統(tǒng)、設(shè)計(jì) 2 The design of hydraulic system to spinning equipment for automobile wheel bearing units riveting assembly Abstract: the riveting assembly of automobile wheel bearing units has significant advantages, but there still no special equipment used for domestic automobile wheel bearing units of the riveting assembly, this designed to fill this gap. This paper begin from the car wheel bearing units of development, gradually introduced the characteristics of a wheel bearing unit product, rotary fing technology profile at home and abroad, basic principles and characteristics of rotary fing processing。 汽車輪轂軸承的結(jié)構(gòu)緊湊可以減少零件的加工時(shí)間，但是零件的加工會(huì)變得復(fù)雜，同時(shí)輪轂軸承的結(jié)構(gòu)緊湊可以提高軸承的裝配時(shí)間和提高裝配精度。 自從 1938 年 SKF 公 5 司開(kāi)發(fā)出輪轂軸承單元以來(lái)，國(guó)外生產(chǎn)的輪轂軸承單元已經(jīng)開(kāi)發(fā)到第六代的新型輪轂軸承單元，其中第一、二、三代的輪轂軸承已經(jīng)大量應(yīng)用到市場(chǎng)當(dāng)中，其余的新型輪轂軸承應(yīng)用范圍還比較小。軸承的主要部件，即一個(gè)外圈和兩個(gè)內(nèi)圈中配備軸承球組，并設(shè)定正確的間隙。 第二代輪轂軸承單元 （如圖 ） 是 在第一代裝置的設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ) 上 改進(jìn)而成。軸承的凸緣質(zhì)地堅(jiān)硬，上有螺紋孔或短柱及一個(gè)插孔，以用于安裝制動(dòng)器和車輪并 對(duì)中。也可提供適用于主動(dòng)車輪的替代軸承。其內(nèi)圈和外圈都有法蘭或凸緣。旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈配有堅(jiān)硬的凸緣、插孔及其他螺紋孔或螺柱，用于安裝到制動(dòng)器和車輪上。 1993， 裝有傳感器的第三代輪轂軸承組件首次用于防抱死剎車系統(tǒng)。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。一個(gè)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。這種方式的優(yōu)點(diǎn)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(jì)性，而且旋壓過(guò)程中對(duì)軸向載荷（卡緊力）可實(shí)時(shí)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(dòng)大大減少，保證每個(gè)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(huì)因使用過(guò)程中的振動(dòng)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。這種方式所存在的缺點(diǎn)是：需要在裝配的時(shí)候通過(guò)控制螺母的預(yù)緊量來(lái)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(dòng)較大，從而導(dǎo)致軸承的負(fù)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(guò)程中，由于螺紋卡緊采用的螺紋防松結(jié)構(gòu)可能因振動(dòng)等因素而松動(dòng)，從而導(dǎo)致預(yù)載荷卸載，嚴(yán)重時(shí)甚至失效，存在重大安全隱患。而且旋 壓過(guò)程中對(duì)軸向載荷（卡緊力）可實(shí)時(shí)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(dòng)大大減少，保證每一個(gè)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(huì)因使用過(guò)程中的振動(dòng)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。 本課題是為填補(bǔ)這一空白的輪轂軸承鉚合專用設(shè)備的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。送料缸除了要快速上、下料外，還要求工作時(shí)的速度要平穩(wěn)。所以， 到目前為止，國(guó)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(duì)轎車輪轂單元實(shí)施鉚合裝配的關(guān)鍵設(shè)備， 從而成為限制我國(guó)新型轎車輪轂軸承產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)瓶頸。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)。此零件是筒形件，材料為 50 號(hào)鋼適合于擺輾成形，而且只對(duì)軸端進(jìn)行鉚合加工因此可一次擺輾成形。如圖 16為法蘭盤(pán)外圈的幾何要素 (3)零件極限尺寸統(tǒng)計(jì)與機(jī)床幾何尺寸 在同一機(jī)床上加工零件的范圍太 大，會(huì)使機(jī)床過(guò)于復(fù)雜，從而給 設(shè)計(jì)、制造、使用帶來(lái)不必要的麻煩。為了對(duì)加工對(duì)象有一個(gè)非常清晰的認(rèn)識(shí)與研究。模型裝配先加載內(nèi)法蘭盤(pán) 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(gè)內(nèi)圈 9，最后裝感應(yīng)圈 10 與感應(yīng)圈外罩 11。從以上在實(shí)體建模與虛擬裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題中看出， CAD 可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，有利于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。因此，擺動(dòng)旋壓是一種高效、清潔和安全的加工技術(shù)。沖頭中心軸 OB與輪轂 中心軸 OA的夾角為θ。鉚裝工藝的優(yōu)點(diǎn)在于減小了加工載荷 (沖頭 壓力 15 P)，這是因?yàn)闇p小了沖頭與工件之間的接觸面積。 在第一階段中，幾乎所有的沖頭壓力都用于輪轂軸的最初成形，內(nèi)圈載荷很小且恒定。 傳統(tǒng)的模鍛使整個(gè)工件壓縮，產(chǎn)生塑性變形。通過(guò)重載下的運(yùn)轉(zhuǎn)耐久性試驗(yàn)檢驗(yàn)了鉚壓成形緣的疲勞強(qiáng)度和內(nèi)圈抗蠕變能力，進(jìn)行靜強(qiáng)度試驗(yàn)以考察鉚壓成形緣的靜強(qiáng)度以及軸承的力矩載荷剛變?cè)囼?yàn)，因?yàn)檩S承的剛性會(huì)影響車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱穩(wěn)定性 ，結(jié)果表明，軸鉚合裝配式輪轂軸承性能合格。 3）主軸需采用重型滾動(dòng)軸承承受較大的工作壓力。 擺動(dòng)輾壓和我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的搟餃子皮道理相似。與此同時(shí)，滑塊 3在油缸 4 作用下上升對(duì)毛坯施壓，這樣上模母線就 在毛坯上連續(xù)不斷的滾動(dòng)，最后達(dá)到整體成形的目的。 內(nèi)、外偏心套不同的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)主要是用它們的速比來(lái)表現(xiàn)的 , 即： 17 圖 22 擺頭的四種軌跡 1)圓軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 1AB???時(shí)，擺頭軌跡為圓軌跡； 2)直線軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 1AB?? ??時(shí)，擺頭軌跡為直線軌跡； 3)螺旋線軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 ?? ?時(shí)，擺頭軌跡為螺旋線軌跡 ； 4)多葉玫瑰線軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 ?? ??時(shí)，擺頭軌跡為多葉玫瑰線軌跡。如果模具制造尺寸精度很高，且進(jìn)行過(guò)拋光，則輾壓件垂直尺寸精度可達(dá) ，表面粗糙度可達(dá) ～ μ m。擺輾時(shí)機(jī)器無(wú)噪聲、震動(dòng)小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。在圖示 23 所示的三維坐標(biāo)系中，該平面方程為（將螺旋曲面簡(jiǎn)化為螺旋面）： cos sinz x s???? 擺輾的擺動(dòng)模錐面方程為 2 2 2()zxy tg??? 圖 23 擺輾的接觸面積 聯(lián)立上式，解得接觸輪廓曲線方程 222 2 22c o s c o ss sxy tg tg? ? ? ??? 0 cos 1????當(dāng) 時(shí) ， ( 7 c o s 7 0 .9 9 2 5 51 0 c o s 1 0 0 .9 8 5 )?? ????如 時(shí) ，時(shí) , 19 上式可簡(jiǎn)化為： 2 1s xtgY tg s ???? 擺輾的接觸面投影面積 (1) 圓盤(pán)件 其受力后的投影圖如土 24所示。對(duì)于小功率的情況，變形情度可以控制在允許的范圍之內(nèi)，另外結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，操作方便 ，開(kāi)敞性好，工件裝卸方便；但剛性不好，對(duì)中性差；并在加工過(guò)程中，由于工作臺(tái)處于懸臂，而使工作臺(tái)受力不均，產(chǎn)生震動(dòng)和噪音，影響了零件的加工精度，難保零件的合格。其優(yōu)點(diǎn)在于：可大大降低了液壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)上面板的厚度，不僅節(jié)省材料、降低了制造成本，同時(shí)還能保證機(jī)器的強(qiáng)度和加工精度，因此該結(jié)構(gòu)具有較為廣闊的發(fā)展前景。使鉚接過(guò)程更節(jié)省時(shí)間。主傳動(dòng)系主要布置在動(dòng)力頭處，包括電動(dòng)機(jī)、偏心機(jī)構(gòu)?？紤]到工人操作的方便和效率的提高，選用用腳踏開(kāi)關(guān)作為操作的控制，結(jié)合安全操作，腳踏開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)設(shè)置在底座的開(kāi)槽內(nèi)。大大簡(jiǎn)化了動(dòng)力頭里面的機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，另外用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)也是比較容易實(shí)現(xiàn)的。 四柱式液壓機(jī)床結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 精密四柱導(dǎo)向承載機(jī)構(gòu)有潤(rùn)滑加油系統(tǒng)，保證機(jī)床長(zhǎng)期使用壽命； 更加獨(dú)特的是，四柱尾部有定位套，確保機(jī)床在承受側(cè)向負(fù)荷時(shí)，工作可靠 ,四柱式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算來(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來(lái)選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 工況分析確定主要參數(shù) 載荷的組成和計(jì)算 26 工作流程分析： ； ；； 。主油缸要求運(yùn)動(dòng)速度在 2mm/s～ 12mm/s，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向精度高，自動(dòng)化程度高，而且要求速度可隨時(shí)精確調(diào)整。 初選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小合設(shè)備類型而定。所以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，按載荷選擇工作壓力。 28 ?? 1?? Dd。這里采用法蘭（使用內(nèi)六角圓柱頭螺釘）連接，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，連接可靠。 4）缸底厚度計(jì)算 ? ? ()ypDhD Dd ?? ? py －試驗(yàn)壓力（ Mpa） 工作壓力≤ 16Mpa 時(shí)， py = 顯然要先確定缸底油孔的直徑 d， 0 vdDv? d0 －液壓缸油口直徑（ m） D －液壓缸內(nèi)徑（ m） v －液壓缸最大輸出速度（ m/min） v0 －油口液流速度（ m/s） ??? — 法蘭材料的許用應(yīng)力（ pa） 根據(jù)先前求得的流量，以及速度要求，代入數(shù)據(jù)得： 0 0 0 . 1 7 5 2 6 00 . 1 3 0 . 1 3 0 . 2 2 0 . 0 1 4 6 6 1 4 . 6 64vd D m m mv ?? ? ? ? ? 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四部分 23186 頁(yè)表 ，選取管接頭 螺母為 M22 31 。 計(jì)算各液壓缸所需要的流量 主油缸流量計(jì)算： 主油缸只有工進(jìn)鉚合和快退兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程： 工進(jìn)時(shí)且速度為 ： 32 m i n/3 5 ??????? ?? 快退 的 速度為 )(41)41 221222 ?????? ?? vdDvAq （快退退 sm / 34??? min/ L? 送料油缸流量計(jì)算 送料缸上料時(shí)： m i n/1 8 4 /105