轮毂轴承单元力矩刚性测试系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种轮毂轴承单元力矩刚性测试系统及方法。该系统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形槽与底板连接紧固；连杆与底板通过螺杆和螺纹孔连接紧固，连杆与车轮支架通过螺杆和螺纹孔连接紧固；轴承预紧组件穿过车轮支架的中心孔与轴承串联，并通过轴承预紧组件中的螺栓旋紧实现紧固；制动盘一个端面与法兰的端面紧贴，另一端面与车轮轮毂紧贴；测量转接工装与法兰过盈配合；测量杆上部分布有两个间距为L的测量点，两个测量点上分别设有位移传感器。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。
【专利说明】
轮毂轴承单元力矩刚性测试系统及方法
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系 统及方法。
【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系统。
[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系统，包括底座平台、底板、连杆、车轮支架、轴承预紧 组件、法兰、制动盘、车轮轮毂、测量转接工装、测量杆、球头销、两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形槽与底板连接紧固；连杆与 底板通过螺杆和螺纹孔连接紧固，连杆与车轮支架通过螺杆和螺纹孔连接紧固；轴承预紧 组件穿过车轮支架的中心孔与轴承串联，并通过轴承预紧组件中的螺栓旋紧实现紧固；制 动盘一个端面与法兰的端面紧贴，另一端面与车轮轮毂紧贴;测量转接工装与法兰过盈配 合;测量杆上部分布有两个间距为L的测量点，两个测量点上分别设有位移传感器;球头销 和车轮轮毂通过螺纹杆和螺纹孔连接，轴向加载模块的加载杆设置在球头销上方或与球头 销表面接触。
[0011] 作为优选，法兰、制动盘与车轮轮毂分别通过五颗均匀分布的螺栓实现连接紧固。
[0012]作为优选，测量转接工装的外径与法兰内径的配合过盈量为ο. 010-0.030mm。
[0013] 作为优选，测量杆与测量转接工装圆周面间隙配合，通过一颗螺杆穿入测量杆，并 旋入测量转接工装的中心螺纹孔中旋紧，实现对测量杆的固定。
[0014] 作为优选，两个位移传感器架设表座为磁性表座，且磁性表座吸附于车轮支架上 表面上。
[0015] 作为优选，车轮支架上设有横梁，用于对磁性表座的水平固定。
[0016] 作为优选，L的范围是10cm-30cm。
[0017] 作为优选，车轮轮毂的外环端面上设有螺纹孔，球头销上设有螺纹杆。
[0018] 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。
[0019] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0020] 轮毂轴承单元力矩刚性测试装置测试方法，将轴向加载模块下降至加载杆与球头 销表面接触，在球头销上施加轴向压力F，轴向压力F加载点位置距离轴承中心轴线的距离 为R，该轴向压力F通过车轮轮毂传递至轮毂轴承单元上;测试系统在轴向压力F作用下将发 生形变，该形变通过两个间距为L的位移传感器进行测量，两个位移传感器所发生的单侧侧 偏位移分别为dl，d2,通过如下公式计算得到测试轴承的总倾角a:
[0021] a = arctan( ( | dl | -1 d2 | )/L)
[0022] 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：
[0023] K=FR/a=FR/(arctan( ( | dl | -1 d2 | )/L))
[0024] 作为优选，轴向压力F小于等于10kN。其优点在于，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。
[0025] 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。
[0026]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。
[0027] 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。
[0028] 本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 4、由于本发明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】
[0033] 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。
[0034] 图1为现有技术方案一的结构示意图。
[0035] 图2为现有技术方案二的结构示意图。
[0036] 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。
[0037] 图4为本发明的传感器形变结构示意图。
[0038] 标号说明：
[0039]现有技术方案中：
[0040] 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 [0041 ] 本发明中：
[0042] 201、底座平台202、底座203、连杆204、车轮支架205、轴承预紧组件206、法兰207、 制动盘208、车轮轮毂209、测量转接工装210、测量杆211、球头销212、第一位移传感器213、 第二位移传感器214、轴向加载模块
【具体实施方式】
[0043] 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。
[0044] 实施例1:
[0045] 如图3所示，本实施例的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统包括底座平台201、底板 202、连杆203、车轮支架204、轴承预紧组件205、法兰206、制动盘207、车轮轮毂208、测量转 接工装209、测量杆210、球头销211、两个位移传感器和轴向加载模块214。
[0046] 底座平台201平放于平直的场地，底座202下平面与地面紧贴，底座202上平面处开 设有若干T形槽，采用多块压板通过T形槽实现对底板与底座平台201的连接紧固。
[0047]底板上开设有阶梯孔，连杆203端面设有加工出的螺纹孔，底板通过螺杆和螺纹孔 与多个连杆203连接紧固。连杆203通过螺杆和螺纹孔与车轮支架204实现连接紧固。轴承预 紧组件205穿过车轮支架204的中心孔与轴承串联在一起，并通过轴承预紧组件205中的螺 栓旋紧实现紧固。
[0048]制动盘207-个端面与法兰206的端面紧贴，车轮轮毂208与制动盘207的另一端面 紧贴，法兰206、制动盘207与车轮轮毂208三者通过五颗均匀分布的螺栓实现连接紧固。 [0049] 测量转接工装209与法兰206通过过盈配合实现匹配，测量转接工装209的外径与 法兰206内径的配合过盈量控制在0.010-0.030mm范围。
[0050] 测量杆210与测量转接工装209圆周面间隙配合，通过一颗螺杆穿入测量杆210,并 旋入测量转接工装209的中心螺纹孔中旋紧，实现对测量杆210的固定。测量杆210上部分布 有两个间距为L的测量点，L的范围是20Cm-200cm，第一位移传感器212与第二位移传感器 213分别接触该两个测量点，进行形变测量。两个位移传感器的架设表座为磁性表座，该磁 性表座吸附于车轮支架204上表面上，对于结构复杂的车轮支架204,若无法做到上表面水 平，可以在车轮支架204上架设一根横梁来实现对磁性表座的水平固定。
[0051]车轮轮毂208的外环端面上设有螺纹孔，球头销211上设有的螺纹杆旋入车轮轮毂 208外环端面上的螺纹孔中。测量时，上方轴向加载模块214的加载杆下降直达球头销211表 面，实现对对称车轮轮毂208的加载，并把载荷传递于测试轮毂轴承上。
[0052]本系统的安装过程如下：
[0053]把连杆203与底板202通过三颗M12 XI .5的螺杆进行锁紧连接，锁紧力矩为 120N.m。再把车轮支架204与连杆203也采用三颗M12X 1.5的螺杆进行锁紧连接，锁紧力矩 为120N.m。然后把底板202通过压板固定在底座平台201上。把车轮支架204、轴承预紧组件 205、法兰206三者通过轴承预紧组件205中的M16X 1.5中心螺杆在底座平台201上进行拧 紧，采用200N.m+185度的锁紧方式实现三者的紧固连接。
[0054]测量转接工装209与法兰206的过盈量为0.018mm，通过轴向加载模块214把测量转 接工装209压入法兰206的内径中。然后把制动盘207端面与法兰206的端面紧贴，把车轮轮 毂208与制动盘207另一端面紧贴，法兰206、制动盘207与车轮轮毂208三者通过五颗均匀分 布的螺栓M12X1.5实现连接紧固，每颗螺栓的锁紧扭矩为120N.m。通过一颗M8的普通螺杆 穿入测量杆210,并旋入测量转接工装209的中心螺纹孔中旋紧，实现对测量杆210的固定。 架设两个位移传感器，第一位移传感器212与第二位移传感器213的表杆穿过车轮轮毂208， 磁性表座吸附于车轮支架204的上表面上。调整好位第一位移传感器212与第二位移传感器 213的探头，使之与测量杆210上距离为L = 200mm的两个点接触。
[0055]本实施例的轮毂轴承单元力矩刚性测试方法如下：
[0056]通过轴向加载模块214在球头销211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轮毂208半径，该载荷通过车轮轮毂208传递 至轮毂轴承单元上，所施加的轴向压力F应控制在1 OkN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两个位移传感器得到测量。第一位移传感器 212与第二位移传感器213的间距为L。两个位移传感器的形变特征见图4。在轴向压力F作用 下，第一位移传感器212与第二位移传感器213的探针均发生单侧侧偏位移。令两个位移传 感器所发生的单侧侧偏位移分别为dl，d2,由于两个位移传感器所发生的位移相比于传感 器跨距L非常小。可计算得到测试轴承的总倾角a，计算公式如下：
[0057] a = arctan( ( | dl | -1 d2 | )/L)
[0058] 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：
[0059] K=FR/a=FR/(arctan( ( | dl | -1 d2 | )/L)) 〇
[0060] 把球头销211旋入车轮轮毂208上已加工的螺纹孔中，并采用轴向加载模块214对 车轮轮毂 208 依次施加 500N，1000N，1500N，2000N，2500N，3000N，3500N，4000N，4500N，5000N 的载荷，测量两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：
[0062]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系统，其特征是:包括底座平台、底板、连杆、车轮支 架、轴承预紧组件、法兰、制动盘、车轮轮毂、测量转接工装、测量杆、球头销、两个位移传感 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 底板连接紧固；所述的连杆与底板通过螺杆和螺纹孔连接紧固，连杆与车轮支架通过螺杆 和螺纹孔连接紧固；所述的轴承预紧组件穿过车轮支架的中心孔与轴承串联，并通过轴承 预紧组件中的螺栓旋紧实现紧固；所述的制动盘一个端面与法兰的端面紧贴，另一端面与 车轮轮毂紧贴;所述的测量转接工装与法兰过盈配合;所述的测量杆上部分布有两个间距 为L的测量点，两个测量点上分别设有位移传感器;所述的球头销和车轮轮毂通过螺纹杆和 螺纹孔连接，轴向加载模块的加载杆设置在球头销上方或与球头销表面接触。2. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的法兰、制 动盘与车轮轮毂分别通过5颗均匀分布的螺栓实现连接紧固。3. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的测量转接 工装的外径与法兰内径的配合过盈量为〇. 010-0.030mm。4. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的测量杆与 测量转接工装圆周面间隙配合，通过1颗螺杆穿入测量杆，并旋入测量转接工装的中心螺纹 孔中旋紧，实现对测量杆的固定。5. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的两个位移 传感器架设表座为磁性表座，且磁性表座吸附于车轮支架上表面上。6. 根据权利要求5所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的车轮支架 上设有横梁，用于对磁性表座的水平固定。7. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的L的范围 是10cm_30cm。8. 根据权利要求1所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的车轮轮毂 的外环端面上设有螺纹孔，球头销上设有螺纹杆。9. 一种轮毂轴承单元力矩刚性测试装置测试方法，其特征是:根据权利要求1至8任一 项所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，将轴向加载模块下降至加载杆与球头销表面接 触，在球头销上施加轴向压力F，轴向压力F加载点位置距离轴承中心轴线的距离为R，该轴 向压力F通过车轮轮毂传递至轮毂轴承单元上;测试系统在轴向压力F作用下将发生形变， 该形变通过两个间距为L的位移传感器进行测量，两个位移传感器所发生的单侧侧偏位移 分别为dl，d2,通过如下公式计算得到测试轴承的总倾角a: a = arctan( ( | dl | -1 d2 | )/L) 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： K = FR/a = FR/(arctan( (| dl | -1 d2 | )/L)) ·。10. 根据权利要求9所述的轮毂轴承单元力矩刚性测试系统，其特征是:所述的轴向压 力F小于等于10kN。
【文档编号】G01M13/04GK106092583SQ201610662109
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月12日 公开号201610662109.0, CN 106092583 A, CN 106092583A, CN 201610662109, CN-A-106092583, CN106092583 A, CN106092583A, CN201610662109, CN201610662109.0
【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