CN107219029A - 一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车轮毂轴承单元生产领域，尤其涉及一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统及其测量方法。该测量系统包括外圈、外列钢球、内列钢球、外侧内圈、法兰盘、外保持架、内保持架、挡环和应变片，还包括应变环和旋铆环。本发明结构设计合理，测定方法简便，并精准地测定轮毂轴承单元旋铆工艺完成后残留于轮毂轴承单元上的轴向压力值，确定轴承装车状态下轴向预紧效果，避免产生内圈松脱打滑而导致法兰轴断裂的问题，保证行车的安全性。并且本发明的测量方法可以对旋铆结构设计合理性进行论证，选择合理的工艺参数。
Description
技术领域
本发明属于汽车轮毂轴承单元生产领域，尤其涉及一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统及其测量方法。
背景技术
当前旋铆结构轮毂轴承单元对旋铆工艺导致的轴向压力无监测手段，仅在旋铆前、后进行滚道轴向预载荷的检测，该检测仅反映滚道预载荷，而无法获得轮毂轴承单元旋铆工艺完成后残留于轮毂轴承单元上的轴向压力值，使得轴承装车状态下轴向预紧效果不确定。由于监控手段的缺乏，容易导致内圈在实际使用中因预紧不足而发生松脱打滑问题，并最终导致法兰轴的断裂，影响行车安全性。
发明内容
本发明为解决上述的技术问题，提供一种结构设计合理、既能测定轴向旋铆压力又能验证旋铆结构设计与旋铆工艺合理性的轮毂轴承单元旋铆压力测量系统及其测量方法。
本发明的技术方案是：
一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统，包括外圈、外列钢球、内列钢球、外侧内圈、法兰盘、外保持架、内保持架、挡环和应变片，轮毂轴承单元内部设置有内侧内圈；所述的内侧内圈的部分结构经切割打磨形成应变环和旋铆环；所述的应变环与法兰盘轴颈间隙配合；所述的旋铆环与法兰盘过盈配合；应变环小端面与旋铆环小端面相互贴合；所述的应变片粘贴在应变环的外径上。
进一步的，所述的应变片数量为1-4个，间隔分布。用于反映轴向均匀的应变效果。
进一步的，所述的应变环与法兰盘轴颈配合间隙为0.03-0.05mm。间隙的存在可以防止应变环与法兰盘轴颈因过盈配合而带来周向应变效果，且避免因间隙过大而降低轴向的导向效果。
一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，包括以下步骤：
A、零件准备，轮毂轴承单元的内侧内圈的部分结构经切割打磨形成应变环和旋铆环，应变环外径上粘贴有应变片；
B、零件配合，将外圈、外列钢球、内列钢球、外侧内圈、法兰盘、外保持架、内保持架和挡环按照正常工艺流程完成组装后，安装应变环，再通过压力设备安装旋铆环；
C、应变桥路搭建，应变片与外界自由状态的外应变片构建出相互独立的半桥电路；
D、应变片的标定，把旋铆底座置于拉压力试验机的平台上，把B步骤中得到的总成置于旋铆底座上，压套内径与法兰盘轴颈间隙配合，压套的上端面凹槽中放置加载钢球，通过拉压力试验机的加载机构对加载钢球进行加载，应变环感应轴向应变，所述的应变通过应变片传递至半桥电路，并传输至数采测控系统；
E、旋铆过程中检测，把外圈、外列钢球、内列钢球、应变环、旋铆环、外侧内圈、法兰盘、外保持架、内保持架、挡环、旋铆底座整体总成移至旋铆设备工位处，完成旋铆工艺过程，法兰盘永久贴合于旋铆环上端面，旋铆环上端面的轴向压力Fv传递至应变环，由半桥电路测量出轴向压力值F9，完成轮毂轴承单元旋铆压力的测量。
进一步的，所述的压套与法兰盘轴颈间隙为0.03-0.05mm。间隙的设计避免了因压套与法兰盘轴颈过盈配合而导致的压套轴向位移，也避免因间隙过大而降低轴向的导向效果。
进一步的，所述的应变片为1-4个，用于测量旋铆工艺过程中的应变；对应 1-4个外应变片。
进一步的，所述的数采测控系统能够获取拉压力试验机的轴向压力F9与应变片的电压信号U关系函数：U＝a*F9+b。
进一步的，所述的旋铆压力的计算方法为：F＝F9/n，n为1、2、3、4中的任意数。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
本发明结构设计合理，测定方法简便，并精准地测定轮毂轴承单元旋铆工艺完成后残留于轮毂轴承单元上的轴向压力值，确定轴承装车状态下轴向预紧效果，避免产生内圈松脱打滑而导致法兰轴断裂的问题，保证行车的安全性。并且本发明的测量方法可以对旋铆结构设计合理性进行论证，选择合理的工艺参数。
附图说明
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为轮毂轴承单元成品结构示意图。
图2为本发明的内圈改制与配合结构示意图。
图3为本发明的内圈外径上的应变片布置示意图。
图4为本发明应变半桥搭建示意图。
图5为本发明应变片标定示意图。
图6为本发明旋铆过程示意图。
图7为本发明旋铆工艺完成后示意图。
图8为4个应变片时，拉压力试验机的轴向压力与电压信号的线性关系图。
图9为1个应变片时，拉压力试验机的轴向压力与电压信号的线性关系图。
标号说明：
1、外圈；2、外列钢球；3、内列钢球；4、内侧内圈；5、外侧内圈； 6、法兰盘；7、外保持架；8、内保持架；9、应变片；10、外密封； 11、挡环；12、旋铆底座；13、压套；14、加载钢球；15、旋铆模具； 16、外应变片；17、内密封；4a、应变环；4b、旋铆环。
具体实施方式
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。
如图1所示，2.1代轮毂轴承单元，包括外圈1、外列钢球2、内列钢球3、内侧内圈4、外侧内圈5、法兰盘6、外保持架7、内保持架8、内密封17、外密封10和挡环11。
实施例1：
如图2至图3所示，一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统，包括外圈1、外列钢球2、内列钢球3、外侧内圈5、法兰盘6、外保持架7、内保持架8、挡环 11和应变片9，轮毂轴承单元内部设置有内侧内圈4；内侧内圈4的部分结构经切割打磨形成应变环4a和旋铆环4b，应变环4a与法兰盘6轴颈间隙配合，配合间隙为0.04mm，采用此配合间隙能防止应变环4a与法兰盘6轴颈因过盈配合而产生的周向应变效果，也避免了因为间隙过大而降低轴向的导向效果；旋铆环4b与法兰盘6过盈配合；应变环4a小端面与旋铆环4b小端面相互贴合；应变片9数量为4个，应变片9粘贴在应变环4a的外径上，且呈90度间隔分布。4个应变片9能准确地反映轮毂轴承单元轴向的均匀应变效果，使测量值更接近真实值。
如图2至图7所示，一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，包括以下步骤：
A、零件准备，轮毂轴承单元的内侧内圈4的部分结构经切割打磨形成应变环4a和旋铆环4b；应变环4a与法兰盘6轴颈为间隙配合，配合间隙为0.039mm；旋铆环4b与法兰盘6之间保持0.018mm过盈量的配合；应变环4a外径上呈90 度间隔的粘贴有4个应变片9；
B、零件配合，将外圈1、外列钢球2、内列钢球3、外侧内圈5、法兰盘6、外保持架7、内保持架8和挡环11按照正常工艺流程完成组装后，安装应变环 4a，再通过压力设备安装旋铆环4b；
C、应变桥路搭建，应变片9和外应变片16是8个相同的电阻式应变片，每个电阻式应变片两头引线；外应变片16粘贴于方形钢块上，不受任何外力；应变片9与外界自由状态的外应变片16构建出相互独立的半桥电路；应变片9 用于测量旋铆工艺过程中的应变，外应变片16用于实现温度补偿；应变桥路与数采测控系统输入端口连接，保持信号畅通；
D、应变片9的标定，把旋铆底座12置于拉压力试验机的平台上，旋铆底座12能够同时满足与拉压力试验机、旋铆设备的匹配连接。把B步骤中得到的总成置于旋铆底座12上，压套13的内径与法兰盘6轴颈进行间隙配合，配合间隙为0.036mm，压套13下端面与旋铆环4b上端面贴合，压套13的上端面凹槽中放置加载钢球14，通过拉压力试验机的加载机构对加载钢球14进行加载，应变环4a感应轴向应变，应变通过应变片9传递至半桥电路，并传输至数采测控系统；该数采测控系统能够获取得到(9a、16a)、(9b、16b)、(9c、16c)、(9d、 16d)四组相互独立的半桥电路的电压信号，从而获得拉压力试验机的轴向压力与电压信号对应的函数关系式。如图8，标定函数关系式如下：
(9a、16a)组标定函数式：U9a＝2.45F9-22.5
(9b、16b)组标定函数式：U9b＝2.4433F9-22.389
(9c、16c)组标定函数式：U9c＝2.3183F9-20.917
(9d、16d)组标定函数式：U9d＝2.3933F9-21.444
E、旋铆过程中检测，把外圈1、外列钢球2、内列钢球3、应变环4a、旋铆环4b、外侧内圈5、法兰盘6、外保持架7、内保持架8、挡环11、旋铆底座 12整体总成移至旋铆设备工位处，将标定用的检测系统移至旋铆设备旁；设定旋铆设备的旋铆工艺参数：转速190rpm、进给速度0.26mm/s、旋铆压力85kN、保压时间2s；完成设定后，启动旋铆设备实施旋铆工艺，旋铆模具15作用于法兰盘6的伸长端，法兰盘6伸长端在旋铆模具15碾扩作用下发生塑性变形并贴合于旋铆环4b上端面上。最后旋铆模具15回退，完成旋铆工艺过程；旋铆环 4b上端面的轴向压力Fv传递至应变环4a，被标定过的应变环4a上9a、9b、9c、 9d应变片所搭建出的4个半桥电路测量出四组轴向压力值F9a＝72kN、F9b＝80 kN、F9c＝79kN、F9d＝83kN。为保证检测结果的准确性，对所测轴向压力F9a、 F9b、F9c、F9d取平均值，所测旋铆压力结果为：F＝(F9a+F9b+F9c+F9d)/4＝78.5kN。
实施例2：
如实施例1，其区别仅在于应变片9为1个，黏贴在应变环4a的外径上，轴向定位与实施例1一致，周向定位在360度圆周方向上随机布置。
一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，包括以下步骤：
A、零件准备，轮毂轴承单元的内侧内圈4的部分结构经切割打磨形成应变环4a和旋铆环4b；应变环4a与法兰盘6轴颈为间隙配合，配合间隙为0.042mm；旋铆环4b与法兰盘6之间保持0.018mm过盈量的配合；应变环4a外径上粘贴有1个应变片9；
B、零件配合，将外圈1、外列钢球2、内列钢球3、外侧内圈5、法兰盘6、外保持架7、内保持架8和挡环11按照正常工艺流程完成组装后，安装应变环 4a，再通过压力设备安装旋铆环4b；
C、应变桥路搭建，应变片9和外应变片16是2个相同的电阻式应变片，每个电阻式应变片两头引线；外应变片16粘贴于方形钢块上，不受任何外力；应变片9与外界自由状态的外应变片16构建出相互独立的半桥电路；应变片9 用于测量旋铆工艺过程中的应变，外应变片16用于实现温度补偿；应变桥路与数采测控系统输入端口连接，保持信号畅通；
D、应变片9的标定，把旋铆底座12置于拉压力试验机的平台上，旋铆底座12能够同时满足与拉压力试验机、旋铆设备的匹配连接。把B步骤中得到的总成置于旋铆底座12上，压套13的内径与法兰盘6轴颈进行间隙配合，配合间隙为0.033mm，压套13下端面与旋铆环4b上端面贴合，压套13的上端面凹槽中放置加载钢球14，通过拉压力试验机的加载机构对加载钢球14进行加载，应变环4a感应轴向应变，应变通过应变片传递至半桥电路，并传输至数采测控系统；该数采测控系统能够获取得到(9a、16a)一组半桥电路的电压信号，从而获得拉压力试验机的轴向压力与电压信号对应的函数关系式。如图9，标定函数关系式如下：
(9a、16a)组标定函数式：U9a＝2.4683F9-22.306
E、旋铆过程中检测，把外圈1、外列钢球2、内列钢球3、应变环4a、旋铆环4b、外侧内圈5、法兰盘6、外保持架7、内保持架8、挡环11、旋铆底座 12整体总成移至旋铆设备工位处，将标定用的检测系统移至旋铆设备旁；设定旋铆设备的旋铆工艺参数：转速190rpm、进给速度0.22mm/s、旋铆压力85kN、保压时间2.5s；完成设定后，启动旋铆设备实施旋铆工艺，旋铆模具15作用于法兰盘6的伸长端，法兰盘6伸长端在旋铆模具15碾扩作用下发生塑性变形并贴合于旋铆环4b上端面上。最后旋铆模具15回退，完成旋铆工艺过程；旋铆环4b上端面的轴向压力Fv传递至应变环4a，被标定过的应变环4a上9a应变片所搭建出的半桥电路测量出轴向压力值F9a＝77.3kN，即为所需要测量的旋铆压力。
此外，本发明的测量系统中还可以包括内密封和外密封；对应的测量方法中零件配合阶段，内密封和外密封参与完成组装；旋铆过程中检测阶段，内密封和外密封参与形成整体总成。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。
Claims (8)
1.一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统，包括外圈、外列钢球、内列钢球、外侧内圈、法兰盘、外保持架、内保持架和挡环，轮毂轴承单元内部设置有内侧内圈，其特征在于：还包括应变片；
所述的内侧内圈的部分结构经切割打磨形成应变环和旋铆环；所述的应变环与法兰盘轴颈间隙配合；所述的旋铆环与法兰盘过盈配合；应变环小端面与旋铆环小端面相互贴合；
所述的应变片粘贴在应变环的外径上。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统，其特征是：所述的应变片数量为1-4个，间隔分布。
3.根据权利要求1所述的一种轮毂轴承单元旋铆压力测量系统，其特征是：所述的应变环与法兰盘轴颈配合间隙为0.03-0.05mm。
4.权利要求1所述的一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、零件准备，轮毂轴承单元的内侧内圈的部分结构经切割打磨形成应变环和旋铆环，应变环外径上粘贴有应变片；
B、零件配合，将外圈、外列钢球、内列钢球、外侧内圈、法兰盘、外保持架、内保持架和挡环按照正常工艺流程完成组装后，安装应变环，再通过压力设备安装旋铆环；
C、应变桥路搭建，应变片与外界自由状态的外应变片构建出相互独立的半桥电路；
D、应变片的标定，把旋铆底座置于拉压力试验机的平台上，把B步骤中得到的总成置于旋铆底座上，压套内径与法兰盘轴颈间隙配合，压套的上端面凹槽中放置加载钢球，通过拉压力试验机的加载机构对加载钢球进行加载，应变环感应轴向应变，所述的应变通过应变片传递至半桥电路，并传输至数采测控系统；
E、旋铆过程中检测，把外圈、外列钢球、内列钢球、应变环、旋铆环、外侧内圈、法兰盘、外保持架、内保持架、挡环、旋铆底座整体总成移至旋铆设备工位处，完成旋铆工艺过程，法兰盘永久贴合于旋铆环上端面，旋铆环上端面的轴向压力Fv传递至应变环，由半桥电路测量出轴向压力值F9，完成轮毂轴承单元旋铆压力的测量。
5.根据权利要求4所述的一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，其特征是：所述的压套与法兰盘轴颈间隙为0.03-0.05mm。
6.根据权利要求4所述的一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，其特征是：所述的应变片为1-4个，用于测量旋铆工艺过程中的应变；对应1-4个外应变片。
7.根据权利要求4所述的一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，其特征是：所述的数采测控系统能够获取拉压力试验机的轴向压力F9与应变片的电压信号U关系函数：U＝a*F9+b。
8.根据权利要求4所述的一种轮毂轴承单元旋铆压力测量方法，其特征是：所述的旋铆压力的计算方法为：F＝F9/n，n为1、2、3、4中的任意数。
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