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汽车轮毂轴承单元轴铆过程中铆头运动方程确定
曲杰,张国杰,许华忠
(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510641)
摘要:轴铆合装配工艺是针对轿车轮毂轴承轻量化、集成化、高可靠性等要求提出的一种轮轂轴承单元装配工艺,提出一种
基于理论推导、现场测试及设备结构参数确定轴铆过程中铆头运动方程的方法。首先应用空间直角坐标法和欧拉角方法,根据铆
接机的结构,推导铆头运动方程;其次开发轮毂轴承单元铆接过程中轴向铆装力及机床主轴轴向进给位移的在线测试系统;基于
铆头运动方程、測试数据及设备结构参数,确定铆头空间速度方程及三轴角速度方程;最后应用有限元方法模拟轴铆装配过程,
通过比较模拟和测试的轴向铆接力及铆接后轮毂轴端部几何形状,确定铆头运动方程有效性。文中的研究为轮毂轴承单元轴铆工
艺数值模拟及工艺优化奠定基础。
关鍵词:轮毂轴承单元;径向铆接机;运动方程;现场测试:理论推导;轴铆合装配
Determination of Rivet Head Motion Equation during Shaft Riveting
Assembly Process of Automobile Wheel Hub Bearing Unit
QU Jie, ZHANG Guojie, XU Huazhong
( College of Mechanical and Automotive Engineering, South China University
econo
Guangzhou Guangdong 510641, China
Abstract: Shaft riveting assembly process, which is put forward for meeting the development of lightweight, integration, high reliability of
automobile wheel hub bearing, is a kind of high effective hub bearing unit assembly technology. The method to determine the motion equation
of rivet head was proposed, based on the theoretical derivation, on-site testing and some structural parameters of equipment. The motion equa-
tion of rivet head was deduced by the rectangular space coordinates method and the Euler angle method. The axial feeding displacement and axi-
al riveting force of the spindle were measured by the developed on-site lesting system. The motion equation of space velocity and three-axis an
gular veloeity about rivet head were obtained, based on the deduced motion equation of rivet head, the testing data and the structural parame
ters of equipment. Finally, the motion equation of rivet head was validated by simulating the shafting riveting process using the finite element
method, and comparing the simulated axial riveting force and ultimate riveting geometrical shape of hub shaft with the experimental ones
Keywords: Wheel hub bearing unit; Radial riveting machine; Motion equation; On-site testing; Theoretical derivation: Shaft riveting
assent
0前言
程,给出轴铆后轮毂轴承内残余应力分布和回弹。2006年,
轴铆合装配工艺是针对轿车轮毂轴承轻量化、集成化、高Mo等针对摆辗成形特点,提出一种刚塑性有限元格式,
可靠性等发展要求提出的一种高效的轮轂轴承单元装配工艺。并用于模拟轮毂轴承单元的轴铆装配过程。但是上述工作采用
其主要思想是利用法兰盘轮毂轴端的塑性变形代替原有的锁緊的铆头运动形式为公转,即铆头上一点绕机床主轴做圆周运
螺母为轴承单元提供轴向预载荷,从而更加精确地控制轴向预动,而非目前轮穀轴承单元铆装中广泛采用的铆头运动形
载荷的大小,保证轮報轴承质量稳定性,同时由于取消锁紧螺式一一章动,即铆头轴线上的一点以机床轴线上的一点为原点
母,能够有效地降低轮轴承单元的质量,实现轻量化。轴铆做复杂运动,其运动轨迹在机床工作合面上的投影可呈多叶梅
合装配工艺不仅可以防止传统螺母锁紧式装配技术预紧力控制花线、螺旋线等?。1998年,刘希玲等根据内摆线形成原
不精准而导致轴承负游隙离散度大、寿命离散度大的缺陷,还理,系统研究了不同条件下动圆平面上的不同几何元素随动圆
能避免由于螺母松动导致预紧卸载失效的不良后果
运动时形成的轨迹。2012年,梅怡基于内摆线方程和欧拉运
国内外研究学者利用有限元方法对轮毂轴承单元的轴铆合动学方程,推导了梅花状径向铆接机铆头运动方程,但是没有
装配过程进行模拟仿真。2001年, Toda等?应用有限元法模考虑机床主轴轴向运动对铆头运动的影响。文中拟基于理论推
拟轮毂轴承单元轴铆装配过程,给出铆装后轮毂轴承单元内残导并结合现场方法,确定轮毂轴承单元轴铆过程中铆头的轨迹
余应力分布。2005年, Kajihara模拟轮毂轴承单元的轴铆过方程,从而为轴铆过程中的有限元模拟及工艺优化莫定基础。
收稿日期:2015-06-11
基金项目:国家重大科技专项资助项目(20117X04014-051);广东省教育部产学研结合项目(2012B0911002
作者简介:曲杰(1971-),男,副教授,硕士生导师,主要研究方向为汽车制造新技术、金属成形及优化技术。E-mil:quje
scut. edu. cn
2015.9 Automobile Part
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研究与开发