一种轮毂轴承单元结构疲劳试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轮毂轴承单元结构疲劳试验系统及方法，涉及轮毂轴承疲劳检测领域。该系统包括包括底座、底工装、试验轮毂轴承单元、转接盘、应变桥、加载臂、竖杆、安装辅具、锁紧螺母、偏心内环、滚动体、外环、软轴、伺服电机和横梁。该试验方法包括载荷标定、旋转频率确定、加载试验和失效确定。本发明专利技术提供的轮毂轴承结构疲劳试验系统较好地实现了对轮毂轴承结构疲劳寿命准确地评价，排除了试验轴承因滚道接触疲劳失效导致地试验无法进行的问题。同时因采用电驱加载模式，具有结构简单可靠，加载准确稳定，维护方便，失效判断及时的良好特征。征。征。

【技术实现步骤摘要】
一种轮毂轴承单元结构疲劳试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及轮毂轴承疲劳检测的领域，具体涉及一种轮毂轴承单元结构疲劳试验系统及方法。

技术介绍

[0002]轮毂轴承单元(Hub bearing unit)是应用于车轮上承受车身重量与传递动力的轴承，由于把与制动盘、轮毂相连的法兰与轴承实现了集成化而称为轮毂轴承单元。
[0003]结构疲劳(Structure fatigue)是指轮毂轴承法兰结构件在应用中长期弯曲循环下所引起的材料失效现象。
[0004]现有技术中对于轮毂轴承单元结构疲劳试验有以下2种方案：
[0005]第1种方案，中国专利技术专利200420075349.3公开了一种汽车轮毂轴承弯曲疲劳试验机。轮毂轴承单元被安装于试验主轴上，轮毂轴承单元在试验过程中发生旋转，轮毂轴承单元两侧分别连接径向加载机构与轴向加载机构，对试验轴承施加径向载荷与轴向载荷，加载半径与偏距与试验轴承安装于实车上的状态保持一致，通过两个方向载荷叠加而得到试验轴承的弯矩。试验系统所采用的加载机构均为液压模式，加载机构通过球铰与加载力臂连接，保持一定的加载柔性。试验过程中弯矩载荷长期作用下轮毂轴承单元发生疲劳失效，失效是他通过振动加速度的变化进行监测的。
[0006]其缺陷在于：试验轴承在特定两个方向载荷所形成的弯矩工况下，由于试验轴承长期的旋转工况下，容易发生滚道的接触疲劳剥落，而因接触疲劳引起试验的终止，难以评估出法兰盘的结构疲劳寿命。该试验台大量地应用球铰关节，在动态运转试验中极容易发生关节磨损而影响加载准确性。同时，采用液压加载增加了液压系统维护的复杂性。
[0007]第2种方案，中国专利技术专利201621028812.8公开了一种轮毂轴承单元弯曲疲劳试验机。轮毂轴承单元被安装于底座上，轮毂轴承单元在试验过程中被固定不发生旋转，轮毂轴承单元两侧分别连接径向加载机构与轴向加载机构，对试验轴承以一定频率施加径向载荷与轴向载荷，加载半径与偏距与试验轴承安装于实车上的状态保持一致，通过两个方向载荷叠加而得到试验轴承的弯矩。试验系统所采用的加载机构均为液压模式，加载机构通过球铰与加载力臂连接，保持一定的加载柔性。试验过程中弯矩载荷长期作用下轮毂轴承单元发生疲劳失效，失效是通过与轴承连接的金属密度计的示值变化进行监测的。
[0008]其缺陷在于：该方案相比第1种方案的差异在于轴承不发生旋转，这也带来了一个问题，采用特定的频率施加载荷，只能符合正弦波规律特征，无法保证结构件的均匀受载荷，与轮毂轴承的实际受载存在较大差异。该方案仍采用了大量的球铰关节，特定频率加载下的关节磨损影响加载准确性。采用液压加载增加了液压系统维护的复杂性，同时所应用的金属密度计失效判断的及时性较差。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种轮毂轴承单元结构疲劳
试验系统，进行对轮毂轴承单元实际受载弯矩的准确模拟，实现对试验弯矩载荷的准确稳定地施加；摒弃对于球铰关节的采用，消除因球铰关节磨损带来的加载准确性下降的问题；达到对轮毂轴承单元结构疲劳寿命的准确评价，彻底解决因滚道早期疲劳引起的试验无法继续进行而评判不出结构疲劳寿命的问题；不采用液压加载，而采用电驱动加载方案消除液压系统维护的难度与复杂性。
[0010]本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的：一种轮毂轴承单元结构疲劳试验系统，包括底座、底工装、试验轮毂轴承单元、转接盘、应变桥、加载臂、竖杆、安装辅具、锁紧螺母、偏心内环、滚动体、外环、软轴、伺服电机和横梁，所述底座置于水平地面上，所述底工装的底部通过螺栓固定安装在底座上，试验轮毂轴承单元置于底工装上，且底工装的顶部与试验轮毂轴承单元的法兰盘锁紧固定，试验轮毂轴承单元的外圈套装有转接盘二者通过螺栓锁紧连接，转接盘的顶部固定连接在加载臂的底端，沿加载臂的臂身圆周均布有四片应变片，四片应变片之间相互桥接共同构成所述应变桥，应变桥与外界数据采集系统电连接，从而实时采集加载臂的应变数据；竖杆沿竖直方向固定在底座上，安装辅具通过导轨安装在竖杆上，从而沿竖杆做竖直方向的移动，导轨选择性的将安装辅具与竖杆锁止固定；安装辅具上开设定位孔，加载臂的臂身贯穿所述定位孔实现定位；所述横梁固定在水平地面上，横梁顶部沿竖直方向悬置固定所述伺服电机用于驱动所述偏心内环旋转，伺服电机的输出轴与软轴的输入端连接传动，软轴的输出端套设偏心内环并用锁紧螺母固定，偏心内环通过所述滚动体与所述外环连接，实现滚动轴承式接触；外环通过螺栓锁紧固定在加载臂的顶端。
[0011]作为进一步的技术方案，所述偏心内环的外缘上布置有一偏心质量块。
[0012]作为进一步的技术方案，所述安装辅具与加载臂之间采用间隙配合。
[0013]作为进一步的技术方案，所述转接盘的高度H3根据试验轮毂轴承单元的高度H4进行调整，且二者的总高度H2保持恒定；所述加载臂的高度恒定，使得加载臂、转接盘、试验轮毂轴承单元三者的总高度H恒定；所述底工装的高度H1也保持恒定。
[0014]作为进一步的技术方案，所述应变片包括第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片，相邻应变片之间间隔90
°
。
[0015]一种轮毂轴承单元结构疲劳试验方法，包括以下步骤：
[0016]1)载荷标定：在底工装上方H高度的位置处，对加载臂缓慢施加径向载荷F，同时通过应变桥实时检测加载臂的应变Strain，获得应变Strain与弯矩M的关系函数，其中弯矩M＝F*H；
[0017]2)旋转频率确定：启动伺服电机，并在偏心内环的外缘布置质量为m的偏心质量块，该偏心质量块距离所述偏心内环的旋转中心距离为r，即旋转半径为r，在驱动旋转过程中，偏心质量块的旋转角速度为ω，旋转频率为f，将会产生如下离心作用力F偏：
[0018]F
偏
＝ω2r＝m(2π*f)2r
[0019]偏心质量块在工作状态下所产生的弯矩M
偏
为：
[0020]M
偏
＝F
偏
*H＝m(2π*f)2r H
[0021]设定试验加载弯矩M0，控制伺服电机逐渐增加偏心内环的旋转频率从而增加偏心质量块的旋转频率f，同时通过应变桥测量出加载臂的应变Strain，并根据应变Strain与弯矩M的关系函数得到加载臂的实际加载弯矩M1，当实际加载弯矩M1与试验加载弯矩M0相等
时，偏心质量块的旋转频率f不再增加且固定下此刻的旋转频率f1；
[0022]3)加载试验：保持偏心内环以步骤2)中得到的频率f1进行旋转，通过应变桥实时监控加载臂的实际加载弯矩M1，并保持实际加载弯矩M1与试验加载弯矩M0一致；
[0023]4)失效确定：当试验轮毂轴承单元产生裂纹时，偏心内环上的偏心质量块旋转半径r也随之增加，此时控制伺服电机调整偏心内环的旋转频率，使偏心质量块的旋转频率降低来保证实际加载弯矩M1与试验加载弯矩M0一致，降低后偏心质量块的旋转频率为f2，f本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮毂轴承单元结构疲劳试验系统，其特征在于：包括底座(1)、底工装(2)、试验轮毂轴承单元(3)、转接盘(4)、应变桥(5)、加载臂(6)、竖杆(7)、安装辅具(8)、锁紧螺母(9)、偏心内环(10)、滚动体(11)、外环(12)、软轴(13)、伺服电机(14)和横梁(15)，所述底座(1)置于水平地面上，所述底工装(2)的底部固定安装在底座(1)上，试验轮毂轴承单元(3)置于底工装(2)上，且底工装(2)的顶部与试验轮毂轴承单元(3)的法兰盘锁紧固定，试验轮毂轴承单元(3)的外圈套装有转接盘(4)，转接盘(4)的顶部固定连接在加载臂(6)的底端，沿加载臂(6)的臂身圆周均布有四片应变片(16)，四片应变片(16)之间相互桥接共同构成所述应变桥(5)，应变桥(5)与外界数据采集系统电连接，从而实时采集加载臂(6)的应变数据；竖杆(7)沿竖直方向固定在底座(1)上，安装辅具(8)通过导轨(17)安装在竖杆(7)上，从而沿竖杆(7)做竖直方向的移动，导轨(17)选择性的将安装辅具(8)与竖杆(7)锁止固定；安装辅具(8)上开设定位孔(18)，加载臂(6)的臂身贯穿所述定位孔(18)实现定位；所述横梁(15)固定在水平地面上，横梁(15)顶部沿竖直方向悬置固定所述伺服电机(14)用于驱动所述偏心内环(10)旋转，伺服电机(14)的输出轴与软轴(13)的输入端连接传动，软轴(13)的输出端套设偏心内环(10)并用锁紧螺母(9)固定，偏心内环(10)通过所述滚动体(11)与所述外环(12)连接，实现滚动轴承式接触；外环(12)锁紧固定在加载臂(6)的顶端。2.根据权利要求1所述的轮毂轴承单元结构疲劳试验系统，其特征在于：所述偏心内环(10)的外缘上布置有一偏心质量块(19)。3.根据权利要求1所述的轮毂轴承单元结构疲劳试验系统，其特征在于：所述安装辅具(8)与加载臂(6)之间采用间隙配合。4.根据权利要求1所述的轮毂轴承单元结构疲劳试验系统，其特征在于：所述转接盘(4)的高度H3根据试验轮毂轴承单元(3)的高度H4进行调整，且二者的总高度H2保持恒定；所述加载臂(6)的高度恒定，使得加载臂(6)、转接盘(4)、试验轮毂轴承单元(3)三者的总高度H恒定；所述底工装(2)的高度H1也保持恒定。5.根据权利要求1所述的轮毂轴承单元结构疲劳试验系统，其特征在于：所述应变片(16)包括第一应变片(G1)、第二应变片(G2)、第三应变片(G3)和第四应变片(G4)，相邻应变片(16)之间间隔90
°

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德杰，范围广，许林芳，
申请(专利权)人：万向集团公司，
类型：发明
国别省市：