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轴承技术2011年第3期
节省资源的汽车轮轂轴承
[日]平井功
地球变暖等的环境问题和资源的有效利
为了达到这些目标,在制造方面提高锻造
用,在汽车零件方面也有要求。本文介绍为适加工技术,在设计方面灵活运用EM等的结构
应这种要求而开发的“节省资源的汽车轮毂轴分析,维持原有性能而且通过减少锻造时材料
承”,它比现行产品重量轻,且加工时由于提高废弃量和减少机械加工部分的形状设计,达到
了原材料利用率,而减少材料使用量。
产品轻量化同时减少材料使用量。
1前言
2.1轮轂法兰
环境问题之一是地球变暖,近年来这个被
图1所示为用于从动轮3代轮毂法兰的形
认为是灾害的影响在世界各地都将成为问题。状举例。在作为滚动体的轮毂圈上,设置了车
为防止地球变曖,必须减少温室效应气体(主轮和制动盘安装部分的轮毂法兰。以前,轮毂
要是二氧化碳(CO2)的排放量,在汽车业界,法兰大多用如图2所示的圆形形状,为了减轻
与降低行驶时能耗相关的轻量化和低摩擦化,重量产品在如图3所示的法兰部分设置了减轻
减少制造时材料使用量等的要求急剧提高。
重量的孔,或者产品是如图4所示的十字形状
NTN把与地球环境共存作为最重要的课的异形法兰形状。
题,比以前更加重视各种零件的轻量化和低摩
轮毂圈是由原材料圆棒钢材经过锻造、车
擦化。本文介绍关于汽车底盘零件轮毂轴承削、热处理、磨削等工艺制成的零件。成品零
新产品“节省能源的汽车轮毂轴承”,在功能、件质量比锻造工序投入的钢材质量就是材料
特性方面高于现行品,且减少了材料使用量。利用率。
2结构和特征
上述减轻重量的孔是在锻造时冲压的,减
节省能源的汽车轮毂轴承”是把汽车从轻重量的另一面是降低了材料利用率。另外,
动轮(前轮驱动车的后轮)用3代轮毂轴承作异形法兰的情况下,从锻造时的成形性方面
为样板主体进行开发,把以下几点作为目标。看,先锻造出规定的大致形状,之后再冲压成
和现行品有安装互换性。
规定的形状,这就造成材料利用率降低
?与现行品相比重量减少10%以上。
为了同时实现提高材料利用率和减轻轮
质量比例高的轮毂圈和外圈的材料使毂圈重量而做成图5所示的形状。在确定这科
用量减少20%以上。
形状时,利用了FEM解析,达到了强度和锻莲
不使用特殊材料和热处理,滚动疲劳寿成形性的最佳化。具体说,这种形状就是在外
命、强度、刚性等功能与现行品相比相当或超径部分设计了大半径R的凹陷部,改善了外
过现行品。
凸出部锻造时的成形性,而且,减少了在车肖
生产成本与现行品相当。
工序中使可加工性恶化的间断切削的部分。
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轮毂螺栓
异形法兰
外
滚动体
轮彀法兰
轮彀
内
轮毅导向器
外溷导向器
图1从动轮用3代轮轂轴承结构
图4十字形轮毂法兰
外法兰
外径凹部
轮彀法兰
轮瑴法兰
外径凸部
图5轮毂轴承新开发产品形状
图2圆形轮毂法兰
2.2轮毂导向器
现在在轮毂圈上,设计了安装车轮和制动
盘时起导向作用的轮毂导向器。以前,轮毂导
向器是如图6所示机械加工外径部分后成圆柱
形状。另外,通过机械加工被除去的部分作为
切屑废弃。
轻量化孔
本新开发产品,为了在减轻重量的同时削
减机械加工中被除去的部分,把以前圆柱形状
的导向器部分做成如图7所示的锻造成形的爪
形间断导向器。
导向器的间断形状,通过轻量化及削减机
轮螺栓插入孔械加工面提高材料利用率,但是由于间断切削
导致车削加工具的寿命降低。另外,由于拐角
图3轮毂法兰的轻量化孔
部分增多,除毛刺的倒角加工就成了问题。因
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此,通过如图8所示的锻造加工在导向器周方
间断轮轂导向器
向端部设计了斜面,以图缓和加工工具和导向
器部分接触时的撞击,以及抑制毛刺产生,从
而改善加工工具寿命,抑制加工工时增加。
另外,如图7所示那样,在轮毂法兰外径凹
陷部和同相位置上设计了导向器,可以缩小轮
毂法兰外径凸出部分和凹陷部分截面积的差,
也可以改善锻造成形性。
圆周方向端部设置斜面
图8轮毂导向器部分间断切削的对策
2.3外圈导向器
外圈是在车体上安装轮毂轴承时,与车体
连结的部分,在外圈上设计了当做导杆的外图
轮导向器
导向器。
由于机械加工面的削减和轻量化,外圈导
图6以前的轮毂导向器举例
向器部分也成了断续形状。但是,与轮毂导向
器不同的是,在外圈导向器内径部分安装了防
止向轮毂轴承内部侵入水和灰尘等的密封圈
间断轮彀导向器
因此,就成了如图9所示的内周部分为连续的
只有外周部分为断续的。
但是,为了提高安装精度以及防止泥水侵
人引起法兰面腐蚀,外圈导向器的法兰旁成为
连续的加工面,在断续切削的地方与轮毂导向
器一样,为了改善加工工具的寿命,采用了相
对于外径倾斜的锻造面。
成为导向器外周机械加工面的地方,设置
了如图9所示的法兰外径凸部和同位相。这
样,容易往轮毂轴承的车体上安装,硬度刚性
外径凸部
外径凹部
也提高了,由于外圈法兰外伸部分小,与改善
前项所示锻造成形性相比,可以优先考虑这方
图7间断轮毂导向器
面。