商用车桥盘式轮端研究及性能分析

林玮静，孙 超，孔 卓，张 林

（中国重型汽车集团有限公司，山东 济南 250101）

引言

随着盘式制动器在商用车领域使用率的不断提升，盘式轮端的型式也不断增多，商用车由于载荷大和车速提高，较一般汽车轮边强度需要相应提高，结果导致其轮边结构越来越复杂［1］。

盘式轮端的差异：（1）盘式制动器安装位置。该差异主要影响轴承载荷。（2）制动盘装配方式。该差异主要影响制动盘更换、轮毂轴承热载荷。（3）轮毂及轴承的配合方式。该差异主要影响承载能力和轮边维护。

1 盘式轮端的结构特点

1.1 普通盘式轮边结构

盘式轮端的一般结构是将制动盘装配到轮毂上，在将内、外轴承及轮毂总成（包含制动盘）装配到转向节上，装配上止推垫圈后打紧锁紧螺母，安装上轮端端盖，最后将盘式制动器总成安装到转向节上。结构见图1。

图1 普通盘式轮端结构

盘式轮端该结构的优点：（1）轮毂强度高，轮端承载能力大；（2）轮毂、轴承有良好的散热性。缺点：（1）制动盘更换困难，更换制动盘时需拆卸轮毂总成、轴承，影响轮端的可靠性；（2）制动盘采用翻边形式连接到轮毂上并且制动盘偏置较大，从而导致车桥重量较大；（3）影响轴承使用寿命，并需定期维护，使用成本较高。

该类型盘式轮端因承载大、可靠性较高，应用范围十分广泛，同时也出现了以该类型盘式轮端为基础，进行局部优化的盘式轮端，比较有代表性的四种结构：（1）将轴承由脂润滑变更为油润滑的盘式轮端结构，大幅度延长了维护周期，降低了维护费用，结构见图2。（2）将内、外轴承优化为轴承单元，轴承单元压入轮毂内，装配为轮毂总成，然后将轮毂总成装配到车桥轴头上。该轮端结构仍为脂润滑，但是由于轴承单元采用特有润滑脂及单独密封结构，因此，也可以实现大幅度延长维护周期，降低维护费用，结构见图3。（3）将制动盘安装到车轮螺栓安装面上，通过车轮螺栓将制动盘、轮毂和车轮连接起来，该轮端结构将制动盘的制动力直接传递到车轮上，降低了轮毂的制动载荷，同时大幅度增加了制动盘与轮毂之间的间隙，保证了良好的散热性，结构见图4。（4）制动盘和轮毂之间采用花键连接，装配成轮毂总成后安装到轮端上，结构见图5。该类型轮端的优点：①制动盘抗热变形能力强；②制动盘取消了法兰部位，轮端总重量小。该类型轮端的缺点：制动盘直接连接到轮毂的轴承安装部位，轴承工作温度较普通轮端结构的略高，会降低轴承使用寿命。

图2 油润滑的盘式轮端结构

图3 匹配轴承单元的盘式轮端结构

图4 制动盘安装到车轮安装面的盘式轮端结构

图5 匹配花键制动盘的盘式轮端结构

1.2 紧凑型轮毂轴承单元盘式轮边结构

紧凑型轮毂轴承单元盘式轮端应用于载荷较小的车桥，其主要结构是将制动轮毂轴承单元装配到轮端（转向节或轴头上），然后将制动盘和法兰装配到轮毂轴承单元上，用螺栓打紧。结构见图6。

图6 紧凑型轮毂轴承单元盘式轮端结构

该结构盘式轮端的优点：（1）轮毂轴承单元实现了免维护；（2）制动盘更换无需拆卸轮毂轴承单元，最大限度的保证了轮端可靠性和稳定性；（3）制动盘与轮毂轴承单元之间的间隙较大，散热性好；（4）重量轻。缺点：（1）由于法兰、制动盘和轮毂轴承单元之间采用螺栓联系，承载载荷和制动载荷都集中在该连接处，限制了该类型轮端的承载极限；（2）轮毂轴承单元配置成本较高。

1.3 创新型驱动桥盘式轮边结构

目前，驱动桥盘式轮边基本都采用普通型盘式轮端结构，由于该类型轮端固有的使用缺陷，更换制动盘时必须拆卸轴承，导致无论如何改进都无法实现真正意义的免维护，随着中国商用车车桥研发能力的提升，国内出现了国际上首创的全新型盘式轮端结构［2］，结构见图7。

图7 创新型驱动桥盘式轮边结构

该类型轮端的主要结构是首先将轮毂轴承单元安装到桥壳总成的轴头上，通过锁紧螺母紧固；然后将半轴、制动盘依次安装到轮毂轴承单元上，最后通过螺栓紧固。该轮端较“紧凑型轮毂轴承单元盘式轮边结构”的独特之处：（1）驱动桥轮边结构创新设计匹配二代轴承单元，且轴承单元的外圈结构特殊设计实现双止口承载的功能，同时要求轴承单元的最大外径满足制动盘匹配，以实现更换制动盘时不影响轴承单元，保证轮边结构的可靠性及轮毂轴承的使用寿命。（2）制动盘一体化创新设计，集成优化，实现轮毂与制动盘的一体化集成结构，不仅具有制动盘的承载制动力的功能，同时还具有轮毂的承载轮边载荷的功能，装配工艺简便，有效降低了该盘式轮端的重量和成本。（3）国际首创的22.5 吋盘式制动器，最大外廓与国际通用制动器相同，但是装配内径远大于普通制动器。

该结构的盘式轮端优点：（1）轮毂轴承单元与制动盘双止口配合，承载能力强；（2）轮毂轴承单元实现了真正意义的免维护；（3）制动盘更换无需拆卸轮毂轴承单元，最大限度的保证轮端可靠性和稳定性；（4）零部件模块化集成度高，维护及维修方便；（5）重量轻。

该结构的盘式轮端缺点：（1）制动盘需采用特殊材质，普通灰铁制动盘无法实现该功能；（2）轮毂轴承单元配置成本较高。

2 盘式轮端的性能影响因素

2.1 制动器安装角度

由于盘式制动器只在制动盘局部位置产生制动力，导致制动盘承载的制动力非对称，从而影响轮毂和轴承的受力情况，盘式轮端的受力情况见图8［3］。

图8 盘式轮端受力情况

根据图8 所示，盘式轮端承载情况及盘式轮端关键参数输入见表1，可计算出轴承承载力大小，计算公式见表2。

表1 盘式轮端关键参数

表2 轴承承载计算方法

由表2 可知，制动器安装角度直接影响到盘式轮端内外轴承的承载情况，结合多年应用经验，盘式制动器安装角度推荐位置见图9。

图9 制动器安装角度推荐位置

2.2 制动盘安装方式

制动盘安装方式对盘式轮端性能的影响：（1）制动盘制动力传递路径。目前盘式轮端制动盘制动力传递路线共有两种：一种是制动盘与车轮安装面直接相连；另一种是制动盘通过轮毂或法兰间接传递到车轮安装面上。第一种连接方式直接将制动盘制动力传递到了车轮上，因此，轮毂或法兰支撑面承载会略低，有利于轮毂或法兰的减重，但是制动盘与钳体之间的距离较小，比较适合于长端面距的车桥；第二种连接方式为常用连接方式，该方式轮端布置较为简单，但是重量上无优势。（2）制动盘与轮毂散热空间。由于制动盘吸收了大部分的制动能量，其温度较高，制动盘与轮毂间隙较小或者制动盘盘面直接安装到轮毂上，都会导致轮毂使用温度较高，影响轴承油脂，易导致轴承的早期失效。（3）制动盘拆卸方式。目前常用的盘式轮端在拆卸制动盘时都需要拆卸轮毂和轴承，严重影响轮毂和轴承的可靠性；“紧凑型轮毂轴承单元盘式轮边结构”和“创新型驱动桥盘式轮边结构”在拆卸制动盘时，无需进行轴承拆卸，可最大限度的提高车桥可靠性。

3 结语

介绍了七种盘式轮端，分析了各种盘式轮端的优缺点，重点介绍了承载力较小的“紧凑型轮毂轴承单元盘式轮边结构”和国、内外首创的驱动桥用“创新型驱动桥盘式轮边结构”，并探讨了影响盘式轮端性能的两个关键因素。随着商用车行业盘式制动器使用率的不断提升，盘式轮端的市场份额会不断增大，同时随着车桥性能的不断技术提升，免维护轴承轮端将会更加普及。