某車型輪轂軸承異響分析研究

胡勇俊 辛慶鋒 吳海軍 張敬玉 汪方俊 高曉辰

摘 要：某車型在進行結構耐久過程中出現了異響問題，經試驗人員檢測，該異響是輪轂軸承處產生，本文通過對軸承的設計原理，異響產生的機理進行分析，同時分析、對標了輪轂軸承在整車、零件上的裝配保證能力，最終將該異響根本原因鎖定在整車擰緊力矩問題上，經設計改善，車輛的整個耐久路試未有輪轂軸承異響問題發生，問題得到解決。為后續軸承異響問題排查提供參考。

關鍵詞：軸承異響 分析研究

Abstract：A problem appeared in a model of car in the process of the structural durability. Through the experiment testing， the sound is wheel hub bearing， and this article， through the design principle of the mechanism of sound analysis， analyzes， at the same time the wheel hub bearing on the vehicle， parts assembly guarantee ability， which will eventually cause the sound lock on the vehicle tightening torque. After the design improvement， no abnormal sound of hub bearing occurred in the whole endurance road test of the vehicle， and the problem was solved. The article provides reference for the follow-up investigation of abnormal sound problems of bearings.

Key words：abnormal sound of bearing， analysis and research

1 引言

輪轂軸承連接車輪、制動盤、驅動軸、車橋等部件，其在動力驅動下引導車輪與制動盤等部件高速運轉。故輪轂軸承既需要保證車輪系統的平順運轉，又要承受軸向力、徑向載荷、旋轉扭矩等。輪轂軸承異響的可能原因有內外滾道存在缺陷、本身壓接松曠、密封失效、軸承內部有異物等導致車輛在行駛過程中發出異響經車身結構或者空氣傳遞至駕駛員，使其感知異常。本文以某新開發車型的輪轂軸承異響為例，通過對輪轂軸承的設計原理、裝配要求以及質量保證等方面進行深入研究，排查出故障產生的原因，通過對產生原因的改善，已將該問題解決。

2 故障描述

該車型在進行整車操穩調校測試時出現前輪異響，問題發生里程為3000km。經測試，車速達到70km/h時噪音異響明顯，路試工況為強化路面。

初步對問題樣車的輪轂軸承外觀，手感，摩擦力矩等進行復測，結果顯示手感和噪音異響不滿足要求。根據其工作原理，隨車速的增加，異響頻率會加大，確定是該軸承質量問題導致車輪異響。具體數值見表1。

3 汽車輪轂軸承工作原理及異響原因分析

輪轂軸承異響的表現形式有三種[1]，分別為嗡嗡聲、吱吱聲和咯噔聲。經現場調查輪轂軸承的異響表現形式為嗡嗡聲，產生該異響聲音的直接原因是軸承內部滾道出現了摩擦或者壓痕等，抑或是軸承存在松曠現象。以下針對該車型產生噪音異響的問題樣件進行相關零部件尺寸符合度、裝配工藝等方面展開分析。

將樣件拆解后，觀察各部件外觀形貌，均無碰撞劃傷痕跡，無異常，見圖1。

觀察軸承內外側油脂形貌，發現兩側油脂顏色，無異常。對注脂量、油脂水分兩項進行檢測。將輪轂軸承清洗，清洗前后對樣件進行稱重，得知油脂重量為12.17g，滿足9.4～12.4g范圍。油脂水分值0.208%，滿足≤1.5%要求。排除油脂因素以及軸承外部損傷造成的異響。軸承清洗后，觀察保持架形貌及兩側鋼球表面形貌，發現鋼球上有環帶壓痕。再將局部放大32X，能清楚看到有嚴重環帶壓痕。壓痕損傷會造成軸承在高速運轉下產生噪音異響。見圖2。

鋼球環帶壓痕可能是由于零部件尺寸不合格，軸承游隙值超差，軸承未壓裝到位，預緊力不足等原因導致。

3.1 軸承尺寸符合性對壓痕損傷的影響

對內部溝道各尺寸及相關配合尺寸進行檢測，通過與標準要求尺寸對比。異響問題樣件，無松曠現象，各值均滿足要求。具體檢測結果見表2。

3.2 游隙與硬度對壓痕損傷影響分析

踩用專用的游隙檢測設備檢測軸承游隙。軸承游隙檢測值為0.10um，符合0.08～0.10范圍，可排除由于軸承游隙超差導致軸承鋼球碾邊的可能。用洛氏硬度儀檢測軸承表面硬度。軸承表面硬度符合要求值，可排除由于軸承硬度不合格導致軸承鋼球碾邊的可能。具體數值見表3。

3.3 擰緊力矩對軸承異響影響分析

正常情況下，輪轂軸承經鎖緊螺母預緊后，軸承內部是呈負游隙狀態，輪芯與內圈為過盈配合狀態，并一起運動，不會出現因相對運動而打滑的情況。故障件拆解檢測軸承內圈端面有磨損，可以確定軸承在使用過程中預緊力不足，導致鋼球碾邊形成環帶壓痕，最終導致行車異響，見圖3。

預緊松動導致鋼球碾邊。是驅動軸鎖緊螺母預緊力不夠或衰退導致軸承內、外圈夾緊力不足，使內側端內圈退出。使軸承工作游隙變大，受到徑向力時，軸承中的鋼球跑到了套圈滾道的邊緣，邊緣棱邊對鋼球表面形成環帶狀壓痕，見圖4。

4 改善措施

為驗證軸向預緊力對輪轂軸承的鎖緊效果，特對輪轂軸承的壓緊力與鎖緊力矩的關系進行了試驗。根據軸承的設計標準，軸向壓緊力要求為80～100kN。經測試對應的鎖緊力矩230-310N.m，考慮擰緊力矩的衰退，將擰緊力矩設定為270±10N，比原設定的220N.m的力矩高50N.m。合格輪轂軸承樣件裝至試驗測量進行驗證，截止試驗完成，未有軸承異響問題發生，說明改善措施有效（表4）。

5 結束語

本文對該車型的輪轂軸承異響問題，根據其配合形式、工作原理等，進行樣件拆卸分解，檢驗、分析輪轂軸承異響的真實原因，保證了該車型市場車輛不出現該問題。解決預緊松動導致鋼球碾邊的異響問題，可以有效延長輪轂軸承的使用壽命，以及保證駕乘人員的駕駛體驗和人身安全。對后期輪轂軸承開發過程中出現同類異響問題，提供參考價值。

參考文獻：

[1]鄒有坤等，某車型后輪轂軸承異響問題分析，長城汽車股份有限公司技術中心等，2017.06.

作者簡介

胡勇俊：（1991—），男，浙江臺州人，學士，主要從事制動方面的研究。