汽車輪轂軸承失效模式與分析方法摘要:汽車輪轂軸承開發(fā)階段需要進(jìn)行多種性能試驗(yàn)，通過(guò)輪轂軸承失效的案例，分析軸承早期失效模式，找出其根本原因，驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理與否。針對(duì)這些失效模式，歸納梳理了輪轂軸承失效分析的系列方法，為深入研究輪轂軸承的失效機(jī)理，改善產(chǎn)品質(zhì)量提供參考。關(guān)鍵詞:輪轂軸承;性能試驗(yàn);失效模式;分析方法FailureModeandAnalysisMethodforAutomobileHubBearingsAbstract:Thedevelopmentstageofautomobilehubbearingsisrequiredtoconductvariousperformancetests.Theinitialfailuremodeforbearingsisanalyzedthroughfailurecaseofhubbearings，andtherootcauseisfoundouttoverifytherationalityofproductdesign．Aimingatthesefailuremodes，aseriesmethodforfailureanalysisofhubbearingsissummarized，whichprovidesareferenceforin-depthstudyoffailuremechanismforhubbearingsandimprovementofproductquality．Keywords:hubbearing;performancetest;failuremode;analysismethod;0引言轎車輪轂軸承是汽車底盤上的一個(gè)重要組件，其是否能夠平穩(wěn)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系到行車的安全。普通軸承失效模式識(shí)別和分析方法的研究已有相關(guān)學(xué)者做過(guò)大量的工作［1－4］。而輪轂軸承的失效分析起步較晚，近年來(lái)隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展而逐漸受到重視。文獻(xiàn)［5］對(duì)輪轂軸承載荷譜和失效機(jī)理做了深入探索。文獻(xiàn)［6－7］分別就輪轂軸承的失效分析步驟及其對(duì)策與診斷方法進(jìn)行了研究。由于輪轂軸承失效模式多種多樣，且相關(guān)研究工作存在一定的局限性，故在輪轂軸承開發(fā)階段就需要進(jìn)行各種性能試驗(yàn)，通過(guò)早期失效分析，找出其失效原因，為改善輪轂軸承的品質(zhì)提供參考。1性能試驗(yàn)范圍輪轂軸承開發(fā)驗(yàn)證的臺(tái)架試驗(yàn)包括:一般耐久性試驗(yàn)、高速耐久性試驗(yàn)、疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)、密封試驗(yàn)、剛性試驗(yàn)、動(dòng)摩擦試驗(yàn)及沖擊試驗(yàn)等。設(shè)計(jì)的樣品只有順利通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，才能在主機(jī)廠所指定的路試場(chǎng)進(jìn)行道路試驗(yàn)。道路試驗(yàn)綜合了臺(tái)架試驗(yàn)的各種考評(píng)項(xiàng)目，能夠真實(shí)反映實(shí)際工況。不同的主機(jī)廠有各自的臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)規(guī)范，并明確了評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)試驗(yàn)樣品沒有達(dá)到試驗(yàn)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求時(shí)，認(rèn)為樣品發(fā)生了早期失效，該樣品便屬于失效分析的對(duì)象，需查找出失效的原因。2失效模式根據(jù)國(guó)內(nèi)、外著名軸承廠商，如洛陽(yáng)軸研科技，浙江萬(wàn)向精工，SKF，F(xiàn)AG，NSK及NTN等的統(tǒng)計(jì)，輪轂軸承早期失效模式有腐蝕、壓痕、燒傷、裂紋和剝落等多種，現(xiàn)大致歸納如圖1所示［6］。通過(guò)大量失效分析工作的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，同一種失效模式可能是由不同的單一原因引起的，也可能是由各種原因綜合作用的結(jié)果，因此，為分析輪轂軸承的失效機(jī)理，需要具備較全面的分析手段。3失效分析過(guò)程開發(fā)階段輪轂軸承的早期失效，即圖1所示的各種失效模式通常來(lái)源于5個(gè)方面:(1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理;(2)工藝過(guò)程未能保證設(shè)計(jì)要求;(3)試驗(yàn)設(shè)備不穩(wěn)定;(4)軸承安裝不當(dāng);(5)工作載荷過(guò)大，超出產(chǎn)品承受能力。針對(duì)這些方面，一般的分析過(guò)程如下。3.1原始信息收集當(dāng)失效軸承被委托給分析室進(jìn)行分析時(shí)，非常重要的一環(huán)是分析者首先要收集失效件的原始信息。原始信息一般包括:設(shè)計(jì)圖紙、工藝圖紙、車型參數(shù)、試驗(yàn)規(guī)范、試驗(yàn)設(shè)備、工裝信息、失效時(shí)試驗(yàn)員所做的軸承異常運(yùn)轉(zhuǎn)情況記錄及失效樣品原始檢測(cè)報(bào)告。其中失效樣品原始檢測(cè)報(bào)告應(yīng)包括輪轂軸承組件中各零件(外圈、內(nèi)圈、鋼球、密封圈、保持架和潤(rùn)滑脂)的材質(zhì)報(bào)告和相關(guān)尺寸檢測(cè)報(bào)告、裝配件的相關(guān)檢測(cè)結(jié)果等。由于失效件的原始狀態(tài)已經(jīng)受到極大破壞，故原始信息的收集對(duì)分析者非常重要，可以說(shuō)收集信息的完備性決定著分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。4分析案例以M型輪轂軸承為例，安裝于路試車輛上進(jìn)行道路試驗(yàn)。車輛行駛64000km(要求100000km)后左前輪出現(xiàn)異常聲。經(jīng)拆套發(fā)現(xiàn):外圈滾道外側(cè)剝落，潤(rùn)滑脂變成棕黃色。按照上述流程逐步檢測(cè)排查，最終確定為軸承密封失效。軸承密封失效分析的主要信息如下。4.1潤(rùn)滑脂含水率按照卡爾費(fèi)休法對(duì)提取的潤(rùn)滑脂含水率進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其含水率嚴(yán)重超標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果見表2。4.2溝道剝落通過(guò)觀察軸承溝道情況(圖3)發(fā)現(xiàn)，的確是軸承密封發(fā)生了失效，導(dǎo)致泥水侵入軸承中，引起軸承潤(rùn)滑不良，最終導(dǎo)致溝道產(chǎn)生早期剝落。4.3密封圈磨損在體視鏡下對(duì)密封圈進(jìn)行放大觀察，發(fā)現(xiàn)外密封圈存在明顯的偏磨損情況(圖4a和圖4b)。對(duì)密封圈制樣后在工具顯微鏡下檢測(cè)其尺寸，也發(fā)現(xiàn)外密封圈存在偏磨損，圖4c和圖4d為密封圈上2個(gè)不同位置的磨損情況。通過(guò)查看同批裝車的外密封圈尺寸檢測(cè)報(bào)告可知，密封圈尺寸精度較好，符合要求。通過(guò)了解外密封圈的壓裝過(guò)程，經(jīng)分析最終判定為外密封圈存在壓裝歪斜，導(dǎo)致平行差不好，使泥水經(jīng)由密封圈縫隙侵入到軸承中，導(dǎo)致軸承提前失效。為此，建議針對(duì)存在的超差問(wèn)題改進(jìn)密封圈壓裝裝置，并且產(chǎn)品由抽檢改為全檢，確保外密封圈壓裝平行差符合要求。5結(jié)束語(yǔ)對(duì)輪轂軸承開發(fā)階段涉及的各種性能試驗(yàn)及失效模式進(jìn)行了歸納梳理，詳細(xì)介紹了輪轂軸承失效分析的步驟與方法，并以某一密封失效的分析案例進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，該分析方法可為相關(guān)人員開展軸承失效模式的機(jī)理研究提供參考。[參考文獻(xiàn)](References)［1］常晏銘，吳張永．淺析振動(dòng)分析技術(shù)在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用［J］．維修與改造，2007(4):56－60．［2］趙傳國(guó)．滾動(dòng)軸承失效分析概論［J］．軸承，1996(1):39－45．［3］陸驥．滾動(dòng)軸承的失效分析［D］．上海:復(fù)旦大學(xué)，2006．［4］張廣．滾動(dòng)軸承燒損的模式分析［J］．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007(15):78－79．［5］張雪萍．轎車輪轂軸承失效機(jī)理的理論與實(shí)驗(yàn)研究［D］．上海:上海交通大學(xué)，2002．［6］楊林．汽車輪轂軸承早期失效分析及試驗(yàn)研究［D］．廣州:華南理工大學(xué)，2012．［7］董建鵬．乘用車前輪轂軸承失效分析［D］．廣州:華南理工大學(xué)，2012．［8］HarrisTA，KotzalasMN．滾動(dòng)軸承分析［M］．羅繼偉，馬偉，楊咸啟，等，譯．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010．［9］黃德杰．轎車輪轂軸承耐久性計(jì)算與試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)［D］．杭州:浙江工業(yè)大學(xué)，2011．［10］SchlobohmＲT．Formulat