汽车轮毂轴承断轴原因分析

汽车轮毂轴承断轴原因分析

俞雪梅 ,王周

海宁奥通汽车零件有限公司  浙江省海宁市  314408

摘要：随着我国汽车产量的增加，轮毂轴承的需求也在不断增加。轮毂是汽车的重要基础部件，其质量对整车质量有着很大的影响，对其性能要求也越来越高。轮毂主要用作轴承，为轮毂的传动提供准确的导向，并承受径向和轴向载荷。采用扫描电镜、金相显微镜、直读光谱仪、显微维氏硬度计、布氏硬度计等手段，分析了轮毂轴承在行驶过程中突然断裂的原因。分析表明，断裂是由行车过程中过载冲击载荷引起的，同时也受到其他因素的影响。本文对轮毂轴承轴断裂的原因进行了研究和分析，希望能起到一定的参考作用

关键词：轮毂轴承，轴断裂，原因

简介：轮毂轴承是汽车轴承的关键安全部件之一，为转向系提供准确的指导。它将轮毂或制动盘与转向节相连。其主要功能是减少旋转副的摩擦，并传递扭矩。国内轮毂轴承已发展到第四代，第三代轮毂轴承已广泛应用于乘用车领域。与第一代和第二代相比，它们的集成度大大增强，装配精度和可靠性更高。但是汽车轮毂轴承存在断轴的问题，他对于汽车的发展具有一定的阻碍作用，也会在汽车运行过程中存在安全隐患，因此对汽车轮毂轴承断轴的原因进行了一定的研究与分析具有非常重要的意义。

一、轮毂轴承的常见故障

1.1轴承温度过高

当轴承仍处于连续工作循环状态时，允许有低于某一值的工作温度。用手触摸轴承安装件上的轴承箱。如果手感觉外壳不是很烫，应该是正常温度。否则，轴承温度值过高。

轴承温升引起问题的常见原因有:润滑脂质量等级不符合规定要求；轴承内部空间润滑脂比例过高，摩擦冲击扭矩大。

1.2轴承异常噪音

轴承运转时，应允许有轻微的异常机械运转摩擦声，但有时，如果声音突然过大或异常，这说明轴承确实有机械故障。

轴承异响的可能原因比较复杂。例如，由于轴瓦内外轴承圈之间的轴承配合比大大超过了轴承说明书的要求，破坏了轴瓦与轴瓦之间、轴承圈与轴圈之间的正常密封配合比例关系，导致轴向偏离正确的轴承位置，承受高速旋转运动的冲击时容易产生轴承异响。其次，当某些轴承滚道零件有很大的疲劳，如剥落、磨损、腐蚀、胶合、振纹、粗糙度值过大等。往往会引起轴承部位的异响。此外，由于轴承润滑处理不充分，轴向间隙磨损过大，滚动体滚动，保持架轴承损坏，造成轴承的干热摩擦。很容易产生这种异响。

二、导致轮毂轴承异常的损坏原因

轮毂轴承材料失效和劣化的主要形式可能是外部水和固体污染物侵入造成的密封界面腐蚀，从而加速密封介质的磨损和剥落以及密封工作面的疲劳剥落。润滑油和润滑脂的劣化通常来自基础油的老化、渗水或老化损失。轮毂轴承钢球老化变色，但轴承密封并非完全失效。在上述特殊环境条件的影响下，老化变形的润滑脂表面变得更加粗糙或疏松，其初始的机械、润滑和密封性能特性大大减弱。异常振动和噪音振动范围大，一些较小的形状变化，如滚道表面的形状和尺寸，钢球表面的一些异常滑动磨损或变色，以及一些零件表面特征的一些初始机械疲劳可能直接由此引起

大多数失效套圈将有明显的表面裂纹和扩展，但内部几乎没有剥落颗粒，剥落和传播非常缓慢。其他失效模式为与滚道间隙或钢球表面与滚道表面之间的间隙接触引起的腐蚀，最终可能导致点蚀损伤和表面结构的初始疲劳

轴承疲劳磨损失效的常见原因是局部浅内部疲劳裂纹，其特点是内外轴承滚道和轴承滚柱表面之间存在内部疲劳裂纹或局部材料表面剥落。结合轮毂轴承体的长期工作特点和疲劳失效后轴瓦的机械结构、硬度、材料成分和机械润滑系统的实证分析，指出轴承疲劳裂纹失效的原因主要与轴承体磨损时润滑材料的类型和处理工艺无关。但实际上，当表面润滑不良时，表面润滑油膜的形成效果不理想，或润滑间隙变化过大，导致接触面滑动变形，接触面上还存在交叉赫兹应力，接触面下存在交变剪应力。这种交叉应力往往导致接触面材料的机械疲劳和开裂，然后扩散并影响材料表面，形成表面材料的剥落

因此，通过对失效轮毂轴承的拆卸和分析，发现轮毂轴承的失效主要是由于其自身密封结构的失效，导致密封性能下降，以及外部泥浆和异物进入，导致零件磨损加剧，轴承内外环表面疲劳剥落。此外，轮毂轴承预紧力不足，传动轴锁紧螺母扭矩不足，轴承内圈压入不当，车辆行驶时轴承松动，导致疲劳失效。故障的后果是内圈的轴向位移、轴承的不稳定旋转、轴承内圈和轮毂的相对运动、车辆行驶时的异常噪音以及严重情况下的车轮抖动

三、导致轮毂轴承异常的非损坏原因

 1、通常，深沟双列球轴承安装在汽车发动机前轮轴承的两端。如果在将轴承安装到轴承座中时用锤子轻轻敲打轴承或压下轴承内圈，则轴承一侧的滚道可能会损坏，轴承无法正常工作

 2、在车辆维修实践中，我们经常发现，虽然一些维修车辆也会产生高速行驶噪音，但车辆的轮胎没有出现异常和磨损，甚至液压升降机的车轮在正常转动后也没有明显的异常噪音。这主要是因为当车辆直线制动时，最后一个制动轴承和滚道的损坏将直接产生噪音。当车轮完全离开地面时，在具有良好滚道性能的一侧制动不会产生明显的噪音

上述问题通常是由轮毂轴承异常或损坏引起的。这里所谓的轴承运行异常，只是指由于安装错误造成的轴承正常损坏，而不是由于轴承长期使用造成的轴承正常运行损坏。因此，轴承的合理正确安装和正常运行是保持轴承长寿命的关键

 四、轮毂轴承轴断裂的建议

（1）安装承压轴承时，应充分遵循压力不易传递到承压钢球表面的基本原则，否则容易造成钢球过早压痕和早期疲劳失效；（2） 所有工作场所的轴承必须尽可能保持内外清洁。即使一些很小的灰尘颗粒直接进入承压轴承，也不可避免地会对承压轴承及其内部轴承造成二次损坏，并不可避免地人为缩短轴承零件的实际使用寿命。（3） 原则上，不仅允许用钢锤直接用手敲击轴承，而且最好使用合适的操作工具，以保证短、快、稳的正常工作质量要求；（4） 最好不要将轴承直接悬挂在坚硬的地面上，否则容易导致某些零件的位移，如轴承内圈脱落、密封与其他零件分离等。（5）在正式安装和拆卸之前，带磁性编码器组件的轴承从产品包装箱中取出使用时，应远离有害磁场；（6） 在轴承的拆卸和安装过程中，如果拆卸和安装过程中内圈表面和外轴端面之间存在误差，轴承本身及其周围的相关零件也可能发生局部塑性变形，从而影响整个轴承本身的安全工作环境，在随后的应用阶段导致更大的噪音损失和表面剥落；（7） 调整各单元轴承与部件最佳配合间隙的尺寸值，调整安装锁紧螺母间隙时所需的极限扭矩范围。轴承负荷过大通常会迫使轴承滚子始终处于非理想工作状态，恶化轴承滚道表面的最佳工作状态，并在后续工作阶段导致表面应力剥离。轴承负荷过低可能导致轴承滚子在较大轴向间隙的作用下无法正常工作，从而降低滚子的抗径向冲击能力，增加轴承噪声

 五、结论

汽车轮毂轴承的断裂往往是由于轮毂外圈与内圈过盈配合造成的，断裂破坏性质为弯曲脆性断裂。汽车轮毂轴断裂的部分原因是车轴在承受较大载荷或附加冲击和载荷冲击后的过载疲劳。断裂和失效时间与零件的材料等级和表面热处理质量无关。建议在轮毂套环和轮毂内圈的R区增加感应淬火的有效淬火深度，将整体零件的热处理和冷却方式由等温退火改为调质处理，以显著提高整体轮毂零件的应力断裂变形强度。

参考文献

［１］郭宝霞.滚动轴承知识问答[M].北京：中国标准出版社，2012.

［２］黎桂华.轴向游隙对轿车轮毂轴承性能的影响[J].轴承，2011(1)：1-3，7.