轮毂轴承单元力矩刚性测试装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种轮毂轴承单元力矩刚性测试装置及方法。其中，测试装置包括底座平台、非旋转件转接工装、轴承外圈、法兰、轴承预紧组件、旋转件转接工装、对称工字梁、滑块、四个位移传感器和轴向加载模块，对称工字梁通过螺栓与旋转件转接工装连接紧固；滑块套于对称工字梁上，滑块上表面设有半球面，用于放置钢球，轴向加载模块设在钢球上方；四个位移传感器分别设置在法兰和非旋转转接工装的表面。本发明能够更加准确可靠地完成对轮毂轴承的力矩刚性测试，最真实地模拟出轮毂轴承受载工况，使小载荷力矩刚性测试的误差大幅降低，同时提升测试工装材料在不同型号产品上的重复利用率。
【专利说明】
轮毂轴承单元力矩刚性测试装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及机械工程领域与汽车领域，特别是一种轮毂轴承单元力矩刚性测试装 置。
【背景技术】
[0002] 现有技术方案中，针对现有的轮毂轴承单元力矩刚性检测，与本方案较接近的两 个方案如下：
[0003] (1)如图1所示，第一种方案，轮毂轴承非旋转零件102被固定于底座101，旋转零件 103与一刚性板104连接，轴向加载模块106对刚性板104在轴向加载点105进行加载，加载半 径保持与车轮半径相同，在加载过程中通过位移传感器108测量读取轴承的形变，计算得到 力矩刚性。
[0004] (2)如图2所示，第二种方案，轮毂轴承旋转零件103被固定于底座101，通过刚性板 104与轮毂轴承非旋转零件102连接，分别采用径向加载模块107与轴向加载模块106对测试 样件施加径向载荷与轴向载荷，加载过程中通过位移传感器108测量读取轴承的形变，计算 得到力矩刚性。
[0005] 针对与本方案较接近的两个技术方案，缺陷如下：
[0006] (1)第一种方案的缺点在于采用刚性板104,刚性板104自重导致的额外弯矩将对 刚性测试的小载荷测试精度产生较大的影响，同时采用刚性板104不具有互换性，在针对不 同的型号的轴承需要重新设计制作连接刚性板104,耗费材料。
[0007] (2)第二种方案的缺点在于采用法兰盘与底座101连接固定，在非旋转零件102上 加载，这种加载方式无法模拟出实际轿车轮毂轴承旋转件受载的工况特征，载荷传递的方 式与真实特征存在较大的差异，难以较真实地反映出加载工况。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题之一是提供一种轮毂轴承单元力矩刚性测试装置。
[0009] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0010] 轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，包括底座平台、非旋转件转接工装、轴承外圈、 法兰、轴承预紧组件、旋转件转接工装、对称工字梁、滑块、四个位移传感器和轴向加载模 块，底座平台上平面设有若干T形槽，底座平台通过压板和T形槽与非旋转件转接工装连接 紧固；轴承外圈与法兰组成了轮毂轴承，轴承外圈与法兰通过轴承预紧组件实现轴向预紧； 对称工字梁通过螺栓与旋转件转接工装连接紧固；滑块套于对称工字梁上，滑块上表面设 有半球面，用于放置钢球，轴向加载模块设在钢球上方；四个位移传感器分别设置在法兰和 非旋转转接工装的表面。
[0011] 作为优选，四个位移传感器的架设表座为磁性表座，该磁性表座吸附于底座平台 上。
[0012] 作为优选，滑块通过小螺钉在对称工字梁上固定。
[0013] 作为优选，旋转件转接工装上均匀设有五个螺栓连接沉孔。
[0014] 作为优选，对称工字梁中部设有四个小光孔，旋转件转接工装上设有两个小光孔， 四个位移传感器的探头分别通过小光孔伸入到法兰的表面及非旋转转接工装的表面。
[0015] 作为优选，外圈通过三至四颗螺栓与非旋转件转接工装进行旋紧连接紧固；法兰 通过五颗螺栓与旋转件转接工装进行旋紧连接紧固。
[0016] 作为优选，旋转件转接工装上设有四个螺纹孔，对称工字梁中部设有四个光孔，对 称工字梁通过四颗螺栓、四个螺纹孔与旋转件转接工装连接紧固。
[0017] 本发明所要解决的技术问题之二是提供一种轮毂轴承单元力矩刚性测试方法。
[0018] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0019] 轮毂轴承单元力矩刚性测试方法，通过轴向加载模块在滑块上施加轴向压力F，轴 向压力F加载点位置距离轴承中心轴线的距离为R，该载荷通过工字梁传递至轮毂轴承单元 与转接工装上;整个测试装置在轴向压力F作用下将发生形变，该形变通过四个位移传感器 进行测量，第二位移传感器与第三位移传感器的间距为L1，第一位移传感器与第四位移传 感器的间距为L2,在轴向压力F作用下，第一传感器与第二传感器的探针发生向下的位移， 第三传感器与第四传感器探针发生向上的位移，四个位移传感器所发生的位移分别为dl、 d2、d3、d4,计算得到轴承法兰或旋转件上的倾角al以及非旋转件转接工装上的倾角a2,计 算公式如下：
[0020] al =arctan( ( | d2 | + | d3 | )/Ll)
[0021] a2 = arctan( ( | dl | + | d4 | )/L2)
[0022] 计算轮毂轴承单元所发生的倾角，计算公式如下：
[0023] Aa = al-a2 = arctan( ( | d2 | + | d3 | )/Ll )-arctan( ( | dl | + | d4 | )/L2)
[0024]计算轮毂轴承单元的力矩刚性K(单位:N.m/度)表达公式：
[0025] K=FR/Aa=FR/(arctan( ( | d2 | + | d3 | )/Ll )-arctan( ( | dl | + | d4 | )/L2)
[0026] 作为优选，轴向压力F小于等于10kN。其优点在于，
[0027] 本发明能够消除加载刚性板连接的额外自重弯矩，提高低载荷的力矩刚性的测试 精度;在工装设计上考虑针对不同型号轮毂轴承产品的互换性，提升试验工装材料的重复 利用率;模拟出轮毂轴承安装于车轮上的真实载荷工况，客观评价力矩刚性。
[0028]本发明所述的力矩刚性(Moment Stiffness):物质承受弯矩载荷下的变形程度， 变形程度越小，力矩刚性越好，反之越差。轮毂轴承力矩刚性用所施加的力矩与形变角度的 比值来衡量。
[0029] 本发明的轴承外圈为轮毂轴承的非旋转零件，法兰为轮毂轴承的旋转零件。
[0030] 本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0031] 1、由于本发明采用一种对称工装设计，完全消除加载工装自重引起的额外弯矩， 提升了测试精度。
[0032] 2、由于本发明采用一种具有互换性的通用刚性连接工装，并设计一种的减重结构 工装，提升通用工装在不同型号样品的重复利用率。
[0033] 3、由于本发明采用轮毂轴承非旋转件与底座连接固定的方式，旋转件或法兰盘与 加载臂连接加载，实现对于车轮轮毂轴承的真实受载工况，满足客观真实评价力矩刚性。
[0034] 4、由于本发明所研究的测试方法与测试装置能够更加准确可靠地完成对轮毂轴 承的力矩刚性测试，最真实地模拟出轮毂轴承受载工况，使小载荷力矩刚性测试的误差大 幅降低，同时提升测试工装材料在不同型号产品上的重复利用率。
【附图说明】
[0035]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为现有技术方案一的结构不意图。
[0037] 图2为现有技术方案二的结构示意图。
[0038] 图3为本发明轮毂轴承单元力矩刚性测试装置结构原理示意图。
[0039] 图4为本发明旋转件转接工装的结构示意图。
[0040] 图5为本发明的传感器形变结构示意图。
[0041 ] 标号说明：
[0042]现有技术方案中：
[0043] 101、底座102、非旋转零件103、旋转零件104、刚性板105、轴向加载点106、轴向加 载模块107、径向加载模块108、位移传感器 [0044] 本发明中：
[0045] 201、底座平台202、非旋转件转接工装203、轴承外圈204、法兰205、轴承预紧组件 206、旋转件转接工装207、对称工字梁208、滑块209、轴向加载模块211、第一位移传感器 212、第二位移传感器213、第三位移传感器214、第四位移传感器
【具体实施方式】
[0046]下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而 本发明并不局限于以下实施例。
[0047] 实施例1:
[0048]如图3至5所示，本实施例的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置由底座平台201、非旋 转件转接工装202、轴承外圈203、法兰204、轴承预紧组件205、旋转件转接工装206、对称工 字梁207、滑块208、四个位移传感器和轴向加载模块209。
[0049] 底座平台201平放于平直的场地，底座下平面与地面紧贴，底座上平面处开设有T 形槽，采用多块压板通过T形槽实现对非旋转件转接工装202与底座平台201的连接紧固。
[0050] 轴承外圈203与法兰204组成了轮毂轴承，轴承外圈203与法兰204通过轴承预紧组 件205实现轴向预紧，该预紧连接过程通过扭力扳手在单独的工作台上实现。完成该预紧动 作后，轴承处于工作预紧状态。接下来，轴承外圈203通过三-四颗螺栓与非旋转件转接工装 202进行旋紧连接紧固。
[0051]法兰204通过五颗螺栓与旋转件转接工装206进行旋紧连接紧固。在旋转件转接工 装206上均匀分布有五个螺栓连接沉孔。同时，旋转件转接工装206也分布有四个螺纹孔，对 称工字梁207中部分布有四个光孔，对称工字梁207采用四颗螺栓通过旋转件转接工装206 上的四个螺纹孔而实现与旋转件转接工装206的连接紧固。
[0052]在对称工字梁207与旋转件转接工装206上均分布设有两个小光孔，第二位移传感 器212与第三位移传感器213的探头通过这两个小光孔而伸入至法兰204的表面，测量变形。 对称工字梁207在中部较远处也设有两个小光孔，第一传感器与第四传感器的探头通过这 两个小光孔而伸入至非旋转转接工装的表面，测量变形。
[0053]对称工字梁207与旋转件转接工装206上开设的四个小光孔保证四个位移传感器 位于同一条水平面上。四个位移传感器的架设表座为磁性表座，该磁性表座吸附于底座平 台201上。
[0054]对称工字梁207被采用的目的在于对车轮轮毂的模拟，滑块208套于对称工字梁 207上，可实现水平滑动，可调整滑块208中心线至轴承中心线的间距，可实现对不同轮胎中 心半径的模拟，当进行测试时，通过小螺钉旋进滑块208的螺纹孔上，实现滑块208在对称工 字梁207上的固定，滑块208上表面开设有半球面，放置一颗钢球在半球面上，上方轴向加载 模块209的加载杆直达钢球表面，实现对对称工字梁207的加载。并把载荷传递于测试轮毂 轴承上。
[0055]本实施例的装置安装过程为:把轴承外圈203、法兰204、轴承预紧组件205三者在 单独的工工作台上进行连接锁紧，轴承预紧组件205中规格为M16X 1.5的中心螺杆的锁紧 扭矩为360N.m，然后把这三者所组成的总成件，分别与非旋转件转接工装202、旋转件转接 工装206连接，与非旋转件转接工装202的连接采用3颗均匀分布的M14X 1.5的螺栓每颗均 按照150N.m的锁紧扭矩进行锁紧，与旋转件转接工装206的连接采用五颗均匀分布的M12X 1.5的螺栓每颗均按照120N.m的锁紧扭矩进行锁紧。
[0056]然后，把非旋转件转接工装202、轴承外圈203、法兰204、轴承预紧组件205、旋转件 转接工装206五部分所组成的新总成采用压板实现新总成与底座平台201的连接固定。采用 四根M12 X 1.5的长螺杆实现新总成与对称工字梁207的连接固定，四根螺杆按照120N.m的 锁紧扭矩进行锁紧。移动滑块208,使得R = 335mm，采用小螺钉旋紧固定滑块208。架设四个 位移传感器，把四个位移传感器的磁性表座固定在底座平台201上，并调整好位移传感器的 位置，保证四个位移传感器分别与非旋转件转接工装202、法兰204表面良好接触。第二位移 传感器212与第三位移传感器213的间距通过事先设计好的工装保证Ll = 130mm，第一位移 传感器211与第四位移传感器214的间距通过事先设计好的工装保证L2 = 186mm。
[0057]本实施例的轮毂轴承单元力矩刚性测试方法如下：
[0058]通过轴向加载模块209在滑块208上施加轴向压力F，轴向压力F加载点位置距离轴 承中心轴线的距离为R，该距离值相当于车轮半径，该载荷通过工字梁传递至轮毂轴承单元 与转接工装上，所施加的轴向压力F应控制在10kN范围内，否则过大的轴向力所导致的大弯 矩会引起试验总成发生塑性变形，而导致刚性测量结果失真。整个测试装置在轴向压力F作 用下将发生形变，该形变通过布置好的所述四个位移传感器得到测量。第二位移传感器212 与第三位移传感器213的间距为L1，第一位移传感器211与第四位移传感器214的间距为L2。 四个位移传感器的形变特征如图5所示。在轴向压力F作用下，第一位移传感器211与第二位 移传感器212的探针发生向下的位移，第三位移传感器213与第四位移传感器214探针发生 向上的位移。令四个位移传感器所发生的位移分别为(11，(12，(13，(14，由于四个传感器所发生 的位移相比于传感器跨距L1与L2非常小。可计算得到轴承法兰204的倾角al以及非旋转件 转接工装202上的倾角a2,计算公式如下：
[0059] al =arctan( ( I d2 I + I d3 I )/Ll)
[0060] a2 = arctan( ( I dl I + I d4 I )/L2)
[0061 ]据此，能够得到轮毂轴承单元所发生的倾角，计算公式如下：
[0062] Aa = al-a2 = arctan( ( | d2 | + | d3 | )/Ll )-arctan( ( | dl | + | d4 | )/L2)
[0063] 最终得到轮毂轴承单元的力矩刚性K (单位:N. m/度)表达公式：
[0064] K=FR/Aa=FR/(arctan( ( | d2 | + | d3 | )/Ll )-arctan( ( | dl | + | d4 | )/L2)
[0065] 采用轴向加载模块209对工字梁依次施加500N，1000N，1500N，2000N，2500N， 300(^，350(^，400(^，450(^，500(^的载荷，测量四个位移传感器在不同载荷下的变形。最 终，力矩刚性测量结果如下表：
[0068]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名 称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包 括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施 例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本 权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是：包括底座平台、非旋转件转接工 装、轴承外圈、法兰、轴承预紧组件、旋转件转接工装、对称工字梁、滑块、四个位移传感器和 轴向加载模块，所述的底座平台上平面设有若干T形槽，底座平台通过压板和T形槽与非旋 转件转接工装连接紧固；所述的轴承外圈与法兰组成了轮毂轴承，轴承外圈与法兰通过轴 承预紧组件实现轴向预紧;所述的对称工字梁通过螺栓与旋转件转接工装连接紧固；所述 的滑块套于对称工字梁上，滑块上表面设有半球面，用于放置钢球，轴向加载模块设在钢球 上方;所述的四个位移传感器分别设置在法兰和非旋转转接工装的表面。2. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是:所述的四个位移 传感器的架设表座为磁性表座，该磁性表座吸附于底座平台上。3. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是:所述的滑块通过 小螺钉在对称工字梁上固定。4. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是:所述的旋转件转 接工装上均匀设有5个螺栓连接沉孔。5. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是:所述的对称工字 梁中部设有四个小光孔，旋转件转接工装上设有两个小光孔，四个位移传感器的探头分别 通过小光孔伸入到法兰的表面及非旋转转接工装的表面。6. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是:所述的外圈通过 三至四颗螺栓与非旋转件转接工装进行旋紧连接紧固；法兰通过五颗螺栓与旋转件转接工 装进行旋紧连接紧固。7. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是:所述的旋转件转 接工装上设有四个螺纹孔，对称工字梁中部设有四个光孔，对称工字梁通过四颗螺栓、四个 螺纹孔与旋转件转接工装连接紧固。8. -种轮毂轴承单元力矩刚性测试方法，其特征是:根据权利要求1至7任一项所述的 轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，通过轴向加载模块在滑块上施加轴向压力F，轴向压力F 加载点位置距离轴承中心轴线的距离为R，该载荷通过工字梁传递至轮毂轴承单元与转接 工装上;整个测试装置在轴向压力F作用下将发生形变，该形变通过四个位移传感器进行测 量，第二位移传感器与第三位移传感器的间距为L1，第一位移传感器与第四位移传感器的 间距为L2,在轴向压力F作用下，第一位移传感器与第二位移传感器的探针发生向下的位 移，第三传感器与第四位移传感器探针发生向上的位移，四个位移传感器所发生的位移分 别为(11、(12、(13、(14，计算得到轴承法兰或旋转件上的倾角31以及非旋转件转接工装上的倾 角a2,计算公式如下： al = arctan( ( | d2 | +1 d3 | )/Ll) a2 = arctan( ( | dl | +1 d4 | )/L2) 计算轮毂轴承单元所发生的倾角，计算公式如下： Aa = al-a2 = arctan( (| d2 | +1 d3 | )/Ll )-arctan( (| dl | +1 d4 | )/L2) 计算轮毂轴承单元的力矩刚性K(单位:N.m/度)表达公式： K = FR/Aa = FR/(arctan( (| d2 | +1 d3 | )/Ll )_arctan( (| dl | +1 d4 | )/L2)。9. 根据权利要求8所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试装置，其特征是:所述的轴向压力 F小于等于10kN。
【文档编号】G01M13/04GK106092582SQ201610659397
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月12日 公开号201610659397.4, CN 106092582 A, CN 106092582A, CN 201610659397, CN-A-106092582, CN106092582 A, CN106092582A, CN201610659397, CN201610659397.4
【发明人】黄德杰, 罗彤
【申请人】浙江万向精工有限公司, 万向集团公司