汽车轮毂轴承润滑脂分析与试验评价

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1、汽车轮毂轴承润滑脂分析与试验评价第一章绪论1.1研究背景与意义近年来，汽车技术领域向安全节能、智能环保以及集成化方向发展，轮毂轴承是汽车关键零部件之一，在汽车行驶过程中，既起着承受轴向载荷与径向载荷的作用，同时还起着精确导向作用。国内外著名的轴承公司如FAG、TIMKEN、SKF、NSK、KOYO、洛轴、哈轴、万向轴承以及东南轴承等，对汽车轮毂轴承的材料、结构、工艺等进行了广泛深入的研究[2,3]，但对轮毂轴承的润滑性能研究较少。随着汽车轮毂轴承产品的升级换代，轮毂轴承向着轻量化、集成化方向发展[4]，因此，对于轮毂轴承的润滑性能要求也

2、越来越高，而现在市面上的轮毂轴承润滑脂缺乏足够的高温性能与极压、抗磨性能，因此有必要研究提高润滑脂的高温性能与极压抗磨性能，以适应市场需要。润滑脂作为汽车轮毂轴承的主要润滑剂之一，被称为汽车轮毂轴承的第五元素，在汽车的安全、环保、节能方面都发挥着重要作用。据估算，80%滚动轴承以及20%的滑动轴承都采用脂润滑[5]。润滑脂属于非牛顿流体，具有独特的流变特性，与润滑油相比，在轮毂轴承使用中，润滑脂存在不可替代的优点[6]：1）润滑脂的使用寿命长，不需要经常换脂，现在轮毂轴承提倡的是终生润滑；2）润滑脂中有稠化剂纤维存在，因此可以在较宽温度

3、范围内使用，并可适用于高温润滑；3）润滑脂具有较高的承载能力以及良好的阻尼特性，可用于重载、低速以及冲击载荷的环境；4）润滑脂自身具备良好的粘附性，可以吸附在摩擦副的表面，既起到润滑作用，又可以起到密封防尘作用。通过较大规模的市场调查和对现在轮毂轴承产品的润滑失效分析，结果表明汽车轮毂轴承的润滑还存在一些问题。1）轮毂轴承润滑脂的产品种类较少，且质量良莠不齐，轴承厂家以及润滑脂厂家缺乏对轮毂轴承润滑性能与工况的分析；2）轮毂轴承润滑脂产品质量与国际先进水平相比还有不少差距，缺乏相应的检测标准或标准过于陈旧，润滑脂企业缺乏对轮毂轴承润滑脂

4、的台架性能试验。因此，研究汽车轮毂轴承工况，分析汽车轮毂轴承失效原因，研制高质量的汽车轮毂轴承润滑脂，对降低汽车轮毂轴承失效、延长轮毂轴承使用寿命，保障汽车行驶安全都有重要的理论意义和应用价值。本文首先对失效轮毂轴承失效原因进行分析，对轮毂轴承润滑脂的生产设备以及工艺进行优化，研究高温、抗磨汽车轮毂轴承润滑脂，进而对轮毂轴承润滑脂的高温以及抗磨性能进行分析，然后研究轮毂轴承润滑脂的润滑机理，并通过台架试验对轮毂轴承润滑脂的使用性能进行测评，最终实现优化研制轮毂轴承润滑脂性能指标。课题于华南理工大学与韶关东南轴承有限公司合作承担的广东省教

5、育部产学研项目汽车轮毂轴承润滑失效机理与润滑优化关键技术研究项目。1.2汽车轮毂轴承研究进展1.2.1轮毂轴承发展概述在设计和制造第一代轮毂轴承时，需要考虑内外圈的配合，在安装轮毂轴承时，需要调节各组件之间的间隙，如图1-1所示。在第一代轮毂轴承基础上，对其进行结构上的改进，形成了第二代轮毂轴承[4,7,9-11]，第二代轮毂轴承将整体式外圈改为带螺纹孔的整体式凸缘，便于安装轮毂制动器，轮毂轴承的内圈与滚动体相对于第一代轮毂轴承没有大的变化，但是可以根据驱动形式的不同，可以选择外圈旋转或内圈旋转。在1973年，SKF公式研发生产了第三代

6、轮毂轴承单元[10,11]，相对于第一二代轮毂轴承，第三代轮毂轴承内外圈都增加了法兰盘凸缘，内圈凸缘兼有轮毂的作用，用于支撑车轮和制动盘，外圈凸缘用于连接悬挂装置。该类结构可以减少轮毂总成的重量与外形尺寸。基于轻量化和小型化设计的第四代轮毂轴承，是在第三代轮毂轴承基础上集成了等速万向节外套，等速万向节外圈相当于轴承内圈，第四代轮毂轴承单元相比前几代轮毂轴承，其技术性能和经济效果都达到了一个新的高度。第五代轮毂轴承单元采用轻量化方法设计把轮毂轴承与制动鼓设计为整体式，安装制动ABS传感器更加方便，减少运行过程中的振动、噪音。随着客户对汽车

7、舒适性的要求越来越高，汽车厂商对零部件要求也越来越苛刻[11-13]。为了使轮毂轴承的运行对汽车运行舒适性有积极的影响，轮毂轴承厂商运用集成化思想设计出浮动制动盘整体式的第六代轮毂轴承单元。在新的结构中，轮毂轴承的多个工作表面采用同步复合磨削工艺，使用轴铆合工艺代替传统的螺母锁紧方式[11,14-16]，降低了轮毂单元重量，提高轮毂系统运行稳定性。图1-2为第4-6代轮毂轴承结构。第二章汽车轮毂轴承润滑失效研究2.1引言轮毂轴承的使用寿命是一个非常重要的指标，既受轴承材质、轴承结构以及润滑情况等内部因素的影响，也受载荷、路况、天气以及密

8、封等外部条件所影响。轮毂轴承的早期失效，导致轴承的使用寿命大幅度降低。本章首先探讨了润滑脂使用寿命，然后从理论上分析了润滑参数对轮毂轴承寿命的影响；并对某车型早期失效的前轮毂轴承进行分析统计，归纳其失效模式