汽车轮毂轴承疲劳失效分析

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1、万方数据堡塑!Q螋=兰!丝CN4l一1148／TH轴承2009年3期Bearing2009，No．330—32汽车轮毂轴承疲劳失效分析陈雪峰，卫瑞元(苏州大学机械工程学院，江苏苏州215021)摘要：结合轮毂轴承工作特点及对失效轴承的组织、硬度、材料和润滑状况分析，指出造成轴承疲劳失效的原因与轴承材质、工艺无关，而润滑不良或游隙过大才是轮毂轴承失效的主要诱因。关键词：滚动轴承；轮毂轴承；疲劳失效；润滑；游隙中图分类号：THl33．33；THIl7文献标志码：B文章编号：1000—3762(2009)03-0030—03AnalysisonFatigueFailureo

2、fAutomobileHubBearingsCHENXue—feng，WEIRui—yuan(SuzlmuUnivemity，Suzhou215021，China)Abstract：CombiningwithoI炮础ngprinciplcofthehubbt娜由l伊，thesuchitemsare出mlyzedp．athemicrostructure，hardnelg$。materialandlubricationcondition．Theresul协proposesthatsuchfailuresamindependentofmatefialchoiceandman

3、ufactruingtechnology。n圯mainc哪eareduetoinsut五cientlubricationandexcesiveclearance．Keywords：romngbearing；hubbearing；fatlguefailure；lubrication；clearance汽车轮毂轴承的作用主要是承受汽车的重量及为轮毂的传动提供精确的向导。轮毂轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷，当汽车在斜面上转弯时还受到轴向力产生的弯矩作用，是一个非常重要的安全件，同时也是较易损坏的零部件。通过对奇瑞、上海大众和一汽大众部分车型的4764套轮毂轴承(其中第l代

4、轴承3108套，第2代轴承1656套)失效件的统计和分析发现，平均行程35761km出现疲劳损伤的轴承所占比例最高。进一步分析发现，由于润滑不良和游隙过大引起的疲劳损伤占69．4％，而由于轴承生产缺陷造成的损伤为零。本文通过探讨轮毂轴承的疲劳失效的形成原因，给出降低疲劳失效的对策。1疲劳失效的宏观特性轮毂轴承出厂时内部已经涂满润滑脂，理论上完全可以保证汽车长久正常行驶，但是在实际使用过程中，由于车辆使用环境和轴承密封圈损坏等原因，外界的污物或水进入导致润滑脂失效，从而使其产生疲劳损伤。图1所示为内圈沟道局收稿日期：2008一cr7—04；修回日期：2008—09—19

5、部出现的严重疲劳损伤，肉眼即可以看见沟道表面疲劳剥落。图1第2代轮毂轴承(后轮)内圈沟道损伤图如果轮毂轴承装配预紧力不合适或是轴承与后桥中心线不同轴(若是前轮，则轴承是与转向节直接配合)，在汽车行驶过程中，轴承圆周会受到不均匀应力作用，造成局部过载，在轴承沟道上形成麻点状痕迹，在此区域的表面下，有微裂纹萌生和扩展(图2)。如图3疲劳处的SEM图片显示，．此处表面已经产生剥落。2疲劳失效原因分析汽车轮毂轴承疲劳失效的原因主要来自于轴承本身指标不合格、润滑不良以及游隙过大造成接触面滑动。万方数据陈雪峰等：汽车轮毂轴承疲劳失效分析·3l·图2疲劳初期的第2代轮毂轴承(后轮)

6、外圈沟道图3疲劳初期的SEM图片2．1轴承本身评判指标的分析2．1．1轴承组件硬度分析从失效件中任意取5件样品(1代轴承3件，2代轴承2件)做硬度分析，结果均在规定值内，见表1。表1轴承组件硬度分析样品内圈／HRC钢球／HI配外圈／HVl0第l61．263．7768126164．1764代361．164756第l60．864．57702代261．164．3775规定值60—6462—667504-702．1．2金相组织分析经过热处理的轴承具有很好的硬度和强度，热处理效果直接影响着轴承使用寿命。在100倍和500倍金相显微镜下观察第2代轮毂轴承(后轮)内圈沟道疲劳剥落处

7、的金相组织，呈现无脱碳的马氏体组织【11(图4)。由此可以判定剥落处材料组织并没有发生变化。2．1．3内、外圈粗糙度分析内、外圈沟道的表面粗糙度直接影响着与钢球的滚动配合。如果表面粗糙度过大，在轴承工作中势必增大钢球与沟道摩擦力和滚动过程中产生的应力，从而可能导致沟道表面产生过早疲劳损伤。(a)100倍(b)S00佰图4第2代轮毂轴承剥落处切面金相图通过对任意5件样品的检测(第1代轮毂轴承3件，第2代轮毂轴承2件)，内圈沟道表面粗糙度均小于3．5p,m，外圈沟道表面粗糙度均小于6p,m，均在规定的范围内，检测结果见表2。表2内、外圈沟道表面粗糙度检测