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高級輪轂軸承單元及其維修
2012-10-26
SKF輪轂軸承單元始于50年前。從此，越來越多的功能被融入輪轂單元?，F(xiàn)如今，這些集成、密封的、預(yù)潤滑和預(yù)調(diào)游隙的輪轂軸承單元已經(jīng)通過數(shù)百萬的公里數(shù)向人們證明了自己。輪轂也可以傳遞傳動系統(tǒng)扭矩，為制動盤和車輪提供安裝點，同時它也是懸架的構(gòu)件。
自Z早的信號系統(tǒng)被引進，SKF就將注意力集中在輪轂軸承單元的傳感功能集成的改良上。由于它的位置和機械精確度，輪轂單元成為汽車速度的Z佳檢測點?？紤]到駕駛的安全與舒適度，越來越多的汽車裝載了速度傳感器(主要是提供輪速信息信號系統(tǒng)的傳感器)。每種應(yīng)用的Z佳輪速感應(yīng)的解決方案都是獨一無二的。
無論是哪種解決方案，輪轂上集成的傳感器為減少安裝時間、加強穩(wěn)定性、降低對空間的要求、減輕重量提供了可能性。
電子系統(tǒng)
EHCU電子控制單元(ECU)和液壓控制單元(HCU)的混合體，它被用來接收和發(fā)送信號。
ECU是組成發(fā)動機管理系統(tǒng)核心部分的微處理器。它通過閉環(huán)控制和檢控系統(tǒng)輸出來控制輸入。它是ABS系統(tǒng)的大腦，可以從輪速傳感器讀取脈沖，以判斷是否需要防抱死制動。ECU控制著液壓控制單元的管道循環(huán)。
HCU：ECU發(fā)射的電子信號經(jīng)HCU變成液壓信號，控制不同液壓回路的制動壓力。
閉環(huán)過程：軸承上的輪速傳感器向ECU發(fā)出信號，ECU向HCU發(fā)出動作指令。動作指令視ECU的輸入信號和具體情況需求而定。因為這是一個閉環(huán)過程，當指令完成，信號回到ECU，它將決定下一步行動。
輪速傳感器的作用
防抱死制動系統(tǒng)(ABS)。在濕滑道路上，即便是微小的壓力作用于制動踏板上，也會引起車輪被鎖死。由于鎖死的車輪無法吸收側(cè)向力，這意味著駕駛者實際上在制動時失去對汽車方向的控制力，有可能會撞上其它物體，甚至離開路面。
防抱死制動系統(tǒng)能比一個經(jīng)驗豐富的賽車手作出更快反應(yīng)。它能在一秒以內(nèi)對路面狀況作出反應(yīng)。每當系統(tǒng)感應(yīng)到車輪將被鎖，它通過改變流向制動鉗的制動液流量來調(diào)節(jié)制動盤上的制動力，以抵消抱死的趨勢。
車輪只有在轉(zhuǎn)動時才能轉(zhuǎn)向，車輪被抱死意味著無法控制汽車的方向。防抱死制動系統(tǒng)通過迅速應(yīng)用和釋放車輪壓力來恢復(fù)轉(zhuǎn)向能力。此工作迅速地在受控制的車輪上反復(fù)進行，從左前輪和右后輪到右前輪和左后輪之間不斷切換。這使得在緊急狀況下，Z大制動力和轉(zhuǎn)向都能起作用。防抱死制動系統(tǒng)使車輪轉(zhuǎn)動并為安全駕駛提供牽引力。
為確保防抱死制動系統(tǒng)能夠發(fā)揮Z大效果，一些參數(shù)是必須的。首先，在緊急情況下，制動踏板必須被牢牢地壓向地板以啟動防抱死制動系統(tǒng)。防抱死制動系統(tǒng)的噪聲和踏板的快速振動會Z先提醒駕駛者，但它們只是簡單地意味著ABS系統(tǒng)正在正常運行。
牽引力控制系統(tǒng)(TCS)。TSC系統(tǒng)會防止汽車在啟動時車輪空轉(zhuǎn)，同時也防止加速時發(fā)生類似情況。它令汽車能在表面被雪或冰鋪蓋的道路上安全地加速，也增強了汽車在山路上行駛的能力。
牽引力控制系統(tǒng)也被叫做ASR或ASC。牽引力控制系統(tǒng)借用了和ABS系統(tǒng)相連的電子動力傳動控制單元。由于它運用了和ABS系統(tǒng)相同的輪速傳感器和零件，所以它可以視作防抱死制動系統(tǒng)的分系統(tǒng)和延伸。這兩個系統(tǒng)協(xié)作，為駕駛者在存有安全隱患的道路情況下提供了完全的汽車控制。
系統(tǒng)通過對四只輪子傳輸信號的比較來判斷是否其中的一只有打滑。如果一只驅(qū)動輪空轉(zhuǎn)，牽引力控制系統(tǒng)制動控制器會對它施加適當?shù)闹苿恿硐囕喛辙D(zhuǎn)。
車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)(VSC)。行駛中，汽車會受到多種力的影響?？v向力會成為作用于車輪的扭矩，加速時扭矩來自發(fā)動機，減速時由制動發(fā)出。轉(zhuǎn)向時側(cè)向力作用于汽車底盤。只有對車輪的側(cè)向力在一定范圍之內(nèi)，駕駛者才能控制汽車。如果這些作用力低于或超過一定水平(當側(cè)向力和縱向力超過或低于實際牽引力時)，車輪將會打滑。這會影響駕駛者在預(yù)期行駛方向上保持汽車控制的能力。
當駕駛者轉(zhuǎn)彎時速度太快或車輪轉(zhuǎn)彎太突然，所產(chǎn)生的作用力會使得汽車沿著其本身的縱向軸旋轉(zhuǎn)，開始打滑以及變得難于控制。這種情況被稱之為轉(zhuǎn)向過度。此時，穩(wěn)定控制系統(tǒng)會啟動制動系統(tǒng)來轉(zhuǎn)移作用力。
向左轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向過度的汽車車尾有脫離的趨勢。但是，右前輪上少許的制動力會產(chǎn)生順時針的反向作用力與之平衡，汽車就不會向反方向滑行從而脫離路面。
全球定位系統(tǒng)(GPS)。由于全球定位系統(tǒng)(GPS)和防抱死制動系統(tǒng)傳感器的綜合運用，無論汽車在地球上的哪個角落，其所在位置都可以被準確測出。這是因為信號從不同衛(wèi)星發(fā)送至接收器的時間可以計算得出汽車的位置。
大約10年前，很多全球定位系統(tǒng)很大高度上依賴于輪轂上的防抱死制動系統(tǒng)傳感器；今天的全球定位系統(tǒng)更加先進，用的是它們自己的一系列傳感器。
輪轂軸承家族
SKF是世界領(lǐng)先的軸承生產(chǎn)商，它的產(chǎn)品幾乎涵蓋了當前所有的汽車和卡車。現(xiàn)在，路上每兩輛車上就有一輛安裝有SKF的軸承。2002年，SKF為市場供應(yīng)了超過4500萬組軸承，其中1/3帶有用于ABS的集成電子器件。因為越來越多的控制技術(shù)需要使用來自輪轂軸承中的傳感器信息，電子元件將會在輪端技術(shù)中扮演越來越重要的角色。
前不久，SKF輪轂單元開發(fā)了帶傳感器的輪轂軸承單元，傳感器向防抱死制動系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)，甚至輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)反饋信息。SKF繼續(xù)扮演著汽車生產(chǎn)商的開發(fā)合作伙伴，引領(lǐng)新控制技術(shù)，將制動、轉(zhuǎn)向和線控換擋系統(tǒng)一起融入汽車。此外，SKF為汽車后市場提供Z先進的輪轂軸承和密封件。
圓錐滾子軸承
盡管在每代新出的汽車中，輪轂單元越來越常見，不帶集成密封的圓錐滾子軸承在后市場依然很受歡迎。
SKF提供多種多樣的帶有沖壓鋼保持架，按嚴格的質(zhì)量標準生產(chǎn)的公制和英制圓錐棍子軸承。擁有較小的截面和精確的接觸角，當圓錐滾子軸承被調(diào)整到合適游隙時可以承受一定軸向和徑向載荷。
圓錐滾子軸承主要用于非驅(qū)動的前/后輪。軸承都是成對使用，它們包含一只內(nèi)圈和一只外圈，與滾動體精密匹配。
注意：圓錐滾子軸承需與高質(zhì)量油脂(SKFVKG1)配套使用，并且在安裝新密封時需要當心，操作時需參照生產(chǎn)商的指導(dǎo)說明。
一代輪轂單元—HBU 1
基于雙列角接觸球軸承，一代輪轂軸承單元因汽車輪轂應(yīng)用中遇到的特殊情況而得到優(yōu)化。它在轉(zhuǎn)向時對軸承承受的瞬時負載提供了支持。其主要部件，一個外圈和兩個內(nèi)圈，和滾動體組配合達到合適的游隙。
雙列球保持架由尼龍加固的玻璃纖維制成，一代輪轂軸承單元終生潤滑和密封。
一代輪轂軸承單元主要用于驅(qū)動輪，也用于小型汽車的非驅(qū)動輪的鼓式設(shè)計。因為裝配空間很重要，緊湊的圓錐滾子軸承單元(HBU 1Ts)經(jīng)常被應(yīng)用。
二代輪轂單元- HBU 2
由于設(shè)計時借鑒了一代輪轂軸承的經(jīng)驗，二代輪轂軸承包含了一個帶法蘭的外圈，取代了一只獨立軸承的作用。
法蘭外圈設(shè)計為一只輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件；外圈滾道為了提高軸承的性能而被硬化。法蘭比較結(jié)實，帶有螺紋孔或螺栓和凸緣方便制動盤和輪轂定心和安裝。
法蘭和凸緣的尺寸根據(jù)具體的客戶要求而定。二代輪轂軸承常為非驅(qū)動前輪或后輪配有一個可旋轉(zhuǎn)的外圈。
三代輪轂單元—HBU 3
第三代輪轂軸承帶有一個連接車輪和制動旋轉(zhuǎn)部件的法蘭，以及另一個將軸承單元裝上懸架的法蘭。這個高集成的系統(tǒng)與傳統(tǒng)設(shè)計相比對轉(zhuǎn)向設(shè)計作了很大簡化和處理。
它對內(nèi)側(cè)滾動球列使用了獨立內(nèi)圈，從而使得動載荷的承載能力被Z大。外圈法蘭用螺栓固定在懸架上。旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈帶有結(jié)實的法蘭，凸緣和螺紋孔或螺栓，被設(shè)計用來安裝制動系統(tǒng)和車輪。
三代輪轂軸承終生潤滑和密封。它可以應(yīng)用于驅(qū)動和非驅(qū)動車輪上。對于驅(qū)動輪的應(yīng)用，扭矩通過漸開線花鍵傳遞到了內(nèi)圈，見下圖。
注意：軸承安裝在正確的一面至關(guān)重要，含有磁性脈沖輪的一面應(yīng)該朝向傳感器。它與一只普通的密封看上去沒有區(qū)別。
磁性檢測卡
現(xiàn)在的ABS系統(tǒng)需要汽車技師在安裝時保持謹慎。必須遵守一些必要的程序，必須采取預(yù)防措施，以便ABS系統(tǒng)在汽車離開修理廠上路之后能順利運行。
一代輪轂軸承在其一面有一只必不可少的磁性脈沖輪，以確保它能正對ABS傳感器。多數(shù)情況下，軸承的兩面視覺差異并不明顯。
磁性檢測卡讓維修技師們能容易地判斷出一代輪轂軸承的哪一面帶有磁性脈沖輪，從而決定哪一面安裝朝向ABS傳感器。當將磁性檢測卡置于一代輪轂軸承的磁性表面時，它會變得“透明”。
失效分析表
自Z早的信號系統(tǒng)被引進，SKF就將注意力集中在輪轂軸承單元的傳感功能集成的改良上。由于它的位置和機械精確度，輪轂單元成為汽車速度的Z佳檢測點?？紤]到駕駛的安全與舒適度，越來越多的汽車裝載了速度傳感器(主要是提供輪速信息信號系統(tǒng)的傳感器)。每種應(yīng)用的Z佳輪速感應(yīng)的解決方案都是獨一無二的。
無論是哪種解決方案，輪轂上集成的傳感器為減少安裝時間、加強穩(wěn)定性、降低對空間的要求、減輕重量提供了可能性。
EHCU電子控制單元(ECU)和液壓控制單元(HCU)的混合體，它被用來接收和發(fā)送信號。
HCU：ECU發(fā)射的電子信號經(jīng)HCU變成液壓信號，控制不同液壓回路的制動壓力。
閉環(huán)過程：軸承上的輪速傳感器向ECU發(fā)出信號，ECU向HCU發(fā)出動作指令。動作指令視ECU的輸入信號和具體情況需求而定。因為這是一個閉環(huán)過程，當指令完成，信號回到ECU，它將決定下一步行動。
輪速傳感器的作用
防抱死制動系統(tǒng)(ABS)。在濕滑道路上，即便是微小的壓力作用于制動踏板上，也會引起車輪被鎖死。由于鎖死的車輪無法吸收側(cè)向力，這意味著駕駛者實際上在制動時失去對汽車方向的控制力，有可能會撞上其它物體，甚至離開路面。
防抱死制動系統(tǒng)能比一個經(jīng)驗豐富的賽車手作出更快反應(yīng)。它能在一秒以內(nèi)對路面狀況作出反應(yīng)。每當系統(tǒng)感應(yīng)到車輪將被鎖，它通過改變流向制動鉗的制動液流量來調(diào)節(jié)制動盤上的制動力，以抵消抱死的趨勢。
為確保防抱死制動系統(tǒng)能夠發(fā)揮Z大效果，一些參數(shù)是必須的。首先，在緊急情況下，制動踏板必須被牢牢地壓向地板以啟動防抱死制動系統(tǒng)。防抱死制動系統(tǒng)的噪聲和踏板的快速振動會Z先提醒駕駛者，但它們只是簡單地意味著ABS系統(tǒng)正在正常運行。
牽引力控制系統(tǒng)(TCS)。TSC系統(tǒng)會防止汽車在啟動時車輪空轉(zhuǎn)，同時也防止加速時發(fā)生類似情況。它令汽車能在表面被雪或冰鋪蓋的道路上安全地加速，也增強了汽車在山路上行駛的能力。
牽引力控制系統(tǒng)也被叫做ASR或ASC。牽引力控制系統(tǒng)借用了和ABS系統(tǒng)相連的電子動力傳動控制單元。由于它運用了和ABS系統(tǒng)相同的輪速傳感器和零件，所以它可以視作防抱死制動系統(tǒng)的分系統(tǒng)和延伸。這兩個系統(tǒng)協(xié)作，為駕駛者在存有安全隱患的道路情況下提供了完全的汽車控制。
系統(tǒng)通過對四只輪子傳輸信號的比較來判斷是否其中的一只有打滑。如果一只驅(qū)動輪空轉(zhuǎn)，牽引力控制系統(tǒng)制動控制器會對它施加適當?shù)闹苿恿硐囕喛辙D(zhuǎn)。
當駕駛者轉(zhuǎn)彎時速度太快或車輪轉(zhuǎn)彎太突然，所產(chǎn)生的作用力會使得汽車沿著其本身的縱向軸旋轉(zhuǎn)，開始打滑以及變得難于控制。這種情況被稱之為轉(zhuǎn)向過度。此時，穩(wěn)定控制系統(tǒng)會啟動制動系統(tǒng)來轉(zhuǎn)移作用力。
向左轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向過度的汽車車尾有脫離的趨勢。但是，右前輪上少許的制動力會產(chǎn)生順時針的反向作用力與之平衡，汽車就不會向反方向滑行從而脫離路面。
全球定位系統(tǒng)(GPS)。由于全球定位系統(tǒng)(GPS)和防抱死制動系統(tǒng)傳感器的綜合運用，無論汽車在地球上的哪個角落，其所在位置都可以被準確測出。這是因為信號從不同衛(wèi)星發(fā)送至接收器的時間可以計算得出汽車的位置。
大約10年前，很多全球定位系統(tǒng)很大高度上依賴于輪轂上的防抱死制動系統(tǒng)傳感器；今天的全球定位系統(tǒng)更加先進，用的是它們自己的一系列傳感器。
輪轂軸承家族
前不久，SKF輪轂單元開發(fā)了帶傳感器的輪轂軸承單元，傳感器向防抱死制動系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)，甚至輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)反饋信息。SKF繼續(xù)扮演著汽車生產(chǎn)商的開發(fā)合作伙伴，引領(lǐng)新控制技術(shù)，將制動、轉(zhuǎn)向和線控換擋系統(tǒng)一起融入汽車。此外，SKF為汽車后市場提供Z先進的輪轂軸承和密封件。
圓錐滾子軸承
盡管在每代新出的汽車中，輪轂單元越來越常見，不帶集成密封的圓錐滾子軸承在后市場依然很受歡迎。
SKF提供多種多樣的帶有沖壓鋼保持架，按嚴格的質(zhì)量標準生產(chǎn)的公制和英制圓錐棍子軸承。擁有較小的截面和精確的接觸角，當圓錐滾子軸承被調(diào)整到合適游隙時可以承受一定軸向和徑向載荷。
圓錐滾子軸承主要用于非驅(qū)動的前/后輪。軸承都是成對使用，它們包含一只內(nèi)圈和一只外圈，與滾動體精密匹配。
注意：圓錐滾子軸承需與高質(zhì)量油脂(SKFVKG1)配套使用，并且在安裝新密封時需要當心，操作時需參照生產(chǎn)商的指導(dǎo)說明。
一代輪轂單元—HBU 1
基于雙列角接觸球軸承，一代輪轂軸承單元因汽車輪轂應(yīng)用中遇到的特殊情況而得到優(yōu)化。它在轉(zhuǎn)向時對軸承承受的瞬時負載提供了支持。其主要部件，一個外圈和兩個內(nèi)圈，和滾動體組配合達到合適的游隙。
雙列球保持架由尼龍加固的玻璃纖維制成，一代輪轂軸承單元終生潤滑和密封。
一代輪轂軸承單元主要用于驅(qū)動輪，也用于小型汽車的非驅(qū)動輪的鼓式設(shè)計。因為裝配空間很重要，緊湊的圓錐滾子軸承單元(HBU 1Ts)經(jīng)常被應(yīng)用。
二代輪轂單元- HBU 2
法蘭外圈設(shè)計為一只輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件；外圈滾道為了提高軸承的性能而被硬化。法蘭比較結(jié)實，帶有螺紋孔或螺栓和凸緣方便制動盤和輪轂定心和安裝。
法蘭和凸緣的尺寸根據(jù)具體的客戶要求而定。二代輪轂軸承常為非驅(qū)動前輪或后輪配有一個可旋轉(zhuǎn)的外圈。
三代輪轂單元—HBU 3
它對內(nèi)側(cè)滾動球列使用了獨立內(nèi)圈，從而使得動載荷的承載能力被Z大。外圈法蘭用螺栓固定在懸架上。旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈帶有結(jié)實的法蘭，凸緣和螺紋孔或螺栓，被設(shè)計用來安裝制動系統(tǒng)和車輪。
三代輪轂軸承終生潤滑和密封。它可以應(yīng)用于驅(qū)動和非驅(qū)動車輪上。對于驅(qū)動輪的應(yīng)用，扭矩通過漸開線花鍵傳遞到了內(nèi)圈，見下圖。
注意：軸承安裝在正確的一面至關(guān)重要，含有磁性脈沖輪的一面應(yīng)該朝向傳感器。它與一只普通的密封看上去沒有區(qū)別。
磁性檢測卡
一代輪轂軸承在其一面有一只必不可少的磁性脈沖輪，以確保它能正對ABS傳感器。多數(shù)情況下，軸承的兩面視覺差異并不明顯。
磁性檢測卡讓維修技師們能容易地判斷出一代輪轂軸承的哪一面帶有磁性脈沖輪，從而決定哪一面安裝朝向ABS傳感器。當將磁性檢測卡置于一代輪轂軸承的磁性表面時，它會變得“透明”。
失效分析表
來源：《汽車與配件》 2012年21期
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