用于检测汽车轮毂轴承负游隙的测量装置及辨识方法与流程

[0001]
本发明涉及轮毂轴承检测领域，尤其涉及用于检测汽车轮毂轴承负游隙的测量装置及辨识方法。


背景技术：

[0002]
轮毂轴承是连接轮胎轮毂和汽车转轴的关键零部件，起着承载着径向载荷(车重)和轴向载荷(转向时轮胎的侧向力或者侧向冲击力)，同时减少旋转副的摩擦力并传递转矩。目前广泛使用的第三代轮毂轴承单元，相比前两代轴承单元除了结构上有很大不同之外，内法兰固定在轮圈上，外法兰和轴承外圈固定成一个整体，用螺栓连接在转向节上。另外一个明显的改进点是引入负游隙技术，负游隙能够增加汽车轮毂轴承单元的刚度从而增加使用寿命，提高汽车运行时的安全性。因此轮毂轴承游隙参数直接影响着轴承的使用性能，因此在汽车轮毂轴承的生产过程中需要对其游隙参数进行测量具有重要意义。
[0003]
目前，虽然一些厂家或专家提出了一些汽车轮毂轴承负游隙测试试验装置。目前普遍采用加载测试位移方法以及模态测试方法。例如测量装置：一种轮毂轴承负游隙检测方法(cn 110793487a)、轮毂轴承负游隙检测方法(cn 105588494a)以上测量装置都是利用对轮毂轴承进行加载测试位移的方法得到轴承负游隙的，测试方法较为繁琐，测试效率低。例如测量装置：轮毂轴承负游隙检测方法和检测设备(cn 10412208 a)、轮毂轴承负游隙检测设备(cn 204008143 u)、一种轮毂轴承轴向负游隙的接触式在线检测装置(cn 107655396 a)、一种轮毂轴承的轴向负游隙检测方法(cn 109931901 a)以上测量装置都是利用模态测试原理并通过公式计算得出轴承负游隙值，但多数步骤需手工操作，不易实现自动化，同时存在汽车轮毂轴承的固有频率高，难于选配激振装置等问题，因此尚未实现自动化应用。综上所述汽车轮毂轴承负游隙测量装置还存在以下问题：(1)多数测量步骤需要人工干预，自动化性能差。(2)没有采用隔离措施，如夹具的振动传递给了被试轴承。(3)更换被试轴承内径时需要更换夹具，适应性差。(4)没有排除被试轴承质量误差对测量结果的影响。


技术实现要素：

[0004]
本发明针对现有技术中存在的缺点，提供用于检测汽车轮毂轴承负游隙的测量装置及辨识方法。
[0005]
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
[0006]
用于检测汽车轮毂轴承负游隙的测量装置，包括支架、控制系统和用于输送轮毂轴承的输送装置；支架侧边安装有夹紧装置、位置传感器，支架上安装有设在输送装置上方且用于给轮毂轴承配重的配重装置，位置传感器与控制系统连接，位置传感器用于检测输送装置上轮毂轴承的位置并将位置信息发送控制系统，控制系统通过位置信息来控制夹紧装置夹紧抬升轮毂轴承，支架上端部安装有用于给轮毂轴承配重的配重装置，配重装置包括第一电动推杆、连接件和与轮毂轴承连接的配重块，连接件通过销轴安装在第一电动推
杆的下端部，连接件另一端与配重块固定连接；支架两侧分别安装有用于检测轮毂轴承的振动测试装置和激振装置，振动测试装置和激振装置相对设置。
[0007]
本检测装置检测时不需要人工干预，检测过程能够自动完成。通过夹紧装置对汽车轮毂轴承进行夹紧固定，将汽车轮毂轴承托起与输送装置分离，以便于激振装置对汽车轮毂轴承进行激振。同时，通过配重装置对汽车轮毂轴承进行增重，进而减小所选用激振装置的激振频率，减小轮毂轴承质量偏差引起系统固有频率的差异，提高测试精度。
[0008]
作为优选，配重块上设有螺纹孔，连接件通过螺纹孔与配重块螺栓连接，配重块下端面设有与轮毂轴承连接的连接头，连接头为圆锥形的连接头，连接头从上到下水平横截面积逐渐增大。
[0009]
连接头横截面积上大下小的特性保证配重块下降时顺利进入轮毂轴承内圈使连接紧密，并在测试完成后可顺利与轮毂轴承内圈分离。
[0010]
作为优选，连接件与第一电动推杆连接处设有安装孔，销轴安装在安装孔并将连接件连接在第一电动推杆上，销轴与安装孔之间设有间隙。
[0011]
间隙作用是测试时释放配重块与被试轮毂轴承结合件在水平方向的自由度，减少对测试结果的干扰。
[0012]
作为优选，支架上端还安装有用于限制轮毂轴承的限位装置，输送装置上方两侧边都安装有限位装置，每个限位装置包括限位杆和数量为两根的连接杆，连接杆竖直固定在支架上并设在输送装置的正上方，限位杆固定在两个连接杆之间，两个连接杆之间还固定有支撑杆，位置传感器固定在支撑杆中间位置。
[0013]
限位装置使得配重块与被试汽车轮毂轴承内圈脱离时防止被试汽车轮毂轴承被提升过高。
[0014]
作为优选，夹紧装置包括第一气缸和夹紧块，第一气缸固定在支架上，夹紧块安装在第一气缸的伸缩杆上，夹紧块与轮毂轴承接触的面为弧形面，夹紧块的水平横截面积从上到下逐渐增大，弧形面上固定有与其配合的垫子。
[0015]
夹紧块的弧形面对于汽车轮毂轴承的作用力可以分解成两个方向，即水平方向的夹紧力和竖直方向的抬升力，设置倾斜的弧形面的目的是在夹紧时使得被试轮毂轴承下端面测试时与输送装置上的传送带分离，以免对测试结果产生影响。
[0016]
作为优选，激振装置包括激振器、线性滑块、支撑架、第二气缸，第二气缸固定在支架上，支撑架安装在第二气缸的伸缩杆上，激振器安装在支撑架上，支架上还安装有导轨，支撑架两侧都固定有线性滑块，线性滑块滑动在导轨上。
[0017]
作为优选，振动测试装置设在一侧的夹紧装置的正上方，振动测试装置包括第二电动推杆和用于测量轮毂轴承的相应频率的加速度传感器，第二电动推杆安装在支架上，加速度传感器固定在第二电动推杆的外端部。
[0018]
激振装置与振动测试装置相配合测试得到汽车轮毂轴承系统共振时频率，基于模态共振测试原理实现汽车负游隙的快速测量，便于的自动化。
[0019]
一种测量装置的辨识方法，输送装置将轮毂轴承输送到配重装置的正下方，当位置传感器检测到轮毂轴承到达设定位置时，控制系统停止输送装置，启动夹紧装置，夹紧装置将轮毂轴承夹紧抬离输送装置，配重装置给轮毂轴承进行配重，激振装置对轮毂轴承内圈施加幅值恒定的正弦激励，当激励频率与轮毂轴承和配重装置的共振频率相同时，轮毂
轴承内圈的响应幅值急剧增加，测得的频率即为轮毂轴承和配重装置的固有频率f0；
[0020]
由所得固有频率计算出刚度为：
[0021][0022]
其中m为系统质量，k为系统刚度。f0单位为hz
[0023]
m＝m
i
+m
配重
[0024]
其中m
i
为轴承内圈的质量，m
配重
为配重块的质量；在轮毂轴承的加工过程中由于尺寸偏差而引起的重量偏差远远小于装载的配重块质量，故配重的引入极大的提高了测试的准确度。
[0025]
当向轮毂轴承施加预紧轴向载荷fa时，内、外圈与球的轴向变形量为sa，接触角由α0变为α；
[0026]
轮毂轴承经过轴向预紧后，接触角与轴向变形量即负游隙值满足如下关系：
[0027]
故通过所得刚度可计算出负游隙值为：
[0028][0029]
负游隙g
a
与固有频率f
n
间的映射关系为：
[0030]
g
a
＝f(f
n
)。
[0031]
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
[0032]
本测量装置采用激振装置与振动测试装置相配合测试得到汽车轮毂轴承系统共振时频率，基于模态共振测试原理实现汽车负游隙的快速测量，便于的自动化。
[0033]
本测量装置采用配重装置增加系统的质量，可以一方面降低汽车轮毂轴承和配重装置的的固有频率，降低对激振装置激振频率的要求，降低成本，另一方，可以减小轮毂轴承质量偏差引起系统固有频率的差异，提高测试精度。同时采用限位装置保证配重装置上移时将其与汽车轮毂轴承内圈分离。
[0034]
本测量装置激振装置和振动测试装置、配重装置距离可伸缩控制，可适应不同大小的汽车轮毂轴承，适应性好。
[0035]
本测量装置采用带倾斜锥度的夹紧装置，在夹紧的同时，产生对轮毂轴承托举的作用，使汽车轮毂轴承与皮带分离，避免与皮带接触、输送对测试的影响。
附图说明
[0036]
图1是本发明第一位置状态下的结构示意图。
[0037]
图2是图1中配重装置的结构示意图。
[0038]
图3是图2中配重块的结构示意图。
[0039]
图4是图1中限位装置的结构示意图。
[0040]
图5是本发明第二位置状态下的结构示意图。
[0041]
图6是图5中a的局部放大图。
[0042]
图7是图1中夹紧装置的结构示意图。
[0043]
图8是图7中夹紧块的结构示意图。
[0044]
图9是图1中激振装置滑动在导轨上的结构示意图。
[0045]
图10是图1中振动测试装置的结构示意图。
[0046]
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，11—支架、12—输送装置、13—夹紧装置、14—位置传感器、15—配重装置、16—振动测试装置、17—激振装置、18—限位装置、19—支撑杆、20—导轨、131—第一气缸、132—夹紧块、133—垫子、151—第一电动推杆、152—连接件、153—配重块、154—销轴、161—第二电动推杆、162—加速度传感器、171—激振器、172—线性滑块、173—支撑架、174—第二气缸、181—限位杆、182—连接杆、1321—弧形面、1531—螺纹孔、1532—连接头。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图1-10与实施例对本发明作进一步详细描述。
[0048]
实施例1
[0049]
用于检测汽车轮毂轴承负游隙的测量装置，包括支架11、控制系统和用于输送轮毂轴承的输送装置12，支架11为铝型材制成的支架，输送装置12采用皮带式输送机，要求传动平稳且反应灵敏，用于将被试汽车轮毂轴承平稳精确的输送到测试位置。支架11侧边安装有夹紧装置13、位置传感器14，位置传感器14优选采用红外型，位置传感器14对汽车轮毂轴承的位置检测，当汽车轮毂轴承通过输送装置12到达检测位置时，位置传感器14将信号输入到控制系统中，控制系统控制夹紧装置13对汽车轮毂轴承进行夹紧固定，将汽车轮毂轴承托起与输送装置12分离，以便于激振装置16对汽车轮毂轴承进行激振。支架11上安装有设在输送装置12上方且用于给轮毂轴承配重的配重装置15，配重装置15安装在支架11的顶部，设在汽车轮毂轴承测试位置的正上方，测试时配重装置15与被测试的汽车轮毂轴承固定成一体。配重装置15功能是对汽车轮毂轴承内圈进行增重，以达到减小所选用激振器171尺寸和缩小由被试轴承重量偏差而引起的测量误差的作用。位置传感器14与控制系统连接，位置传感器14用于检测输送装置12上轮毂轴承的位置并将位置信息发送控制系统，控制系统通过位置信息来控制夹紧装置夹紧抬升轮毂轴承。支架11上端部安装有用于给轮毂轴承配重的配重装置15，配重装置15对汽车轮毂轴承进行增重，进而减小所选用激振器的激振频率。配重装置15包括第一电动推杆151、连接件152和与轮毂轴承连接的配重块153，连接件152通过销轴154安装在第一电动推杆151的下端部，连接件152另一端与配重块153固定连接。支架11两侧分别安装有用于检测轮毂轴承的振动测试装置16和激振装置17，振动测试装置16和激振装置17相对设置。振动测试装置16用于对被试汽车轮毂轴承的响应频率进行测量。激振装置17用于对被试汽车轮毂轴承施加频率和大小在一定范围内变化的激励力。
[0050]
配重块153上设有螺纹孔1531，连接件152通过螺纹孔1531与配重块153螺栓连接，配重块153下端面设有与轮毂轴承连接的连接头1532，连接头1532为圆锥形的连接头，连接头1532从上到下水平横截面积逐渐增大。
[0051]
支架11上端还安装有用于限制轮毂轴承的限位装置18，输送装置12上方两侧边都安装有限位装置18，每个限位装置18包括限位杆181和数量为两根的连接杆182，限位杆181优选采用钣金件，连接杆182竖直固定在支架11上并设在输送装置12的正上方，限位杆181固定在两个连接杆182之间，两个连接杆182之间还固定有支撑杆19，位置传感器14固定在
支撑杆19中间位置。进行测试时限位杆181工作表面位于被试汽车轮毂轴承外圈凸缘正上方3mm处，其作用是在配重块153与被试汽车轮毂轴承内圈分离时，用于防止被试汽车轮毂轴承被提升。
[0052]
夹紧装置13包括第一气缸131和夹紧块132，第一气缸131固定在支架11上，夹紧块132安装在第一气缸131的伸缩杆上，夹紧块132与轮毂轴承接触的面为弧形面1321，夹紧块132的水平横截面积从上到下逐渐增大，弧形面1321上固定有与其配合的垫子133，垫子133的形状与弧形面13321的形状相同，垫子133为橡胶制成的垫子。第一气缸131优选伸缩杆型气缸，其作为动力源推动夹紧块132对汽车轮毂轴承进行夹紧；夹紧块132为一个与汽车轮毂轴承接触的弧形面1321，弧形面1321为倾斜面，其倾斜面对于汽车轮毂轴承的作用力可以分解成两个方向，即水平方向的夹紧力和竖直方向的抬升力，设置斜面的目的是在夹紧时使得被试轮毂轴承下端面测试时与传送带分离，以免对测试结果产生影响。
[0053]
激振装置17包括激振器171、线性滑块172、支撑架173、第二气缸174，第二气缸174固定在支架11上，其起着调整激振装置17位置的作用。支撑架173安装在第二气缸174的伸缩杆上，激振器171安装在支撑架173上，支架11上还安装有导轨20，支撑架173两侧都固定有线性滑块172，线性滑块172滑动在导轨20上。激振装置17起着导向作用并平衡激振器171工作时产生的激振力。
[0054]
振动测试装置16设在一侧的夹紧装置13的正上方，振动测试装置16包括第二电动推杆161和用于测量轮毂轴承的相应频率的加速度传感器162，加速度传感器162带有磁性底座，第二电动推杆161安装在支架11上，加速度传感器162固定在第二电动推杆161的外端部。
[0055]
实施例2
[0056]
实施例2与实施例1特征基本相同，不同的是连接件152与第一电动推杆151连接处设有安装孔，销轴154安装在安装孔并将连接件152连接在第一电动推杆151上，销轴154与安装孔之间设有间隙。间隙作用是测试时释放配重块153与被试轮毂轴承结合件在水平方向的自由度，减少对测试结果的干扰。
[0057]
实施例3
[0058]
一种采用实施例1或2中的测量装置的辨识方法，输送装置12将轮毂轴承输送到配重装置15的正下方，当位置传感器14检测到轮毂轴承到达设定位置时，控制系统停止输送装置12，启动夹紧装置13，夹紧装置13将轮毂轴承夹紧抬离输送装置12，配重装置15给轮毂轴承进行配重，激振装置17对轮毂轴承内圈施加幅值恒定的正弦激励，当激励频率与轮毂轴承和配重装置15的共振频率相同时，轮毂轴承内圈的响应幅值急剧增加，测得的频率即为轮毂轴承和配重装置15的固有频率f0；
[0059]
由所得固有频率计算出刚度为：
[0060][0061]
其中m为系统质量，k为系统刚度。f0单位为hz
[0062]
m＝m
i
+m
配重
[0063]
其中m
i
为轴承内圈的质量，m
配重
为配重块153的质量；在轮毂轴承的加工过程中由于尺寸偏差而引起的重量偏差远远小于装载的配重块质量，故配重的引入极大的提高了测
试的准确度。
[0064]
当向轮毂轴承施加预紧轴向载荷fa时，内、外圈与球的轴向变形量为sa，接触角由α0变为α；
[0065]
轮毂轴承经过轴向预紧后，接触角与轴向变形量即负游隙值满足如下关系：
[0066]
故通过所得刚度可计算出负游隙值为：
[0067][0068]
负游隙g
a
与固有频率f
n
间的映射关系为：
[0069]
g
a
＝f(f
n
)。