淺談輪轂軸承常見失效模式及機理

李真林，高 兵，王長軍，周 彬

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710200）

軸承作為車輛運行的重要零件，一旦出現(xiàn)故障，則伴隨出現(xiàn)噪音問題，甚至出現(xiàn)軸承散架脫落，進而影響駕乘人員生命安全，所以主機廠對軸承的選型、安裝、使用及維護保養(yǎng)也越來越重視。但是在使用過程中，仍然存在一部分因保養(yǎng)過程中操作不當引發(fā)的各種故障，對車輛行駛安全會產(chǎn)生直接影響。因此，針對輪轂軸承常見失效問題展開討論，并提出有效的預(yù)防與解決策略，可提高輪轂軸承的應(yīng)用安全性。

1 輪轂軸承常見的失效模式

車橋輪轂軸承常見的失效有輪邊異常高溫和軸承剝落失效，受到多種因素的影響。如軸承發(fā)熱因素有潤滑不良、游隙小、轉(zhuǎn)速過高、配合不當、不對中等，要分析具體原因，必須根據(jù)現(xiàn)場拆解情況，對輪轂軸承進行觀察、檢測，然后做出判斷，并制定新預(yù)防措施，現(xiàn)針對市場常見失效模式進行介紹[1]。

1.1 失效模式1：軸承高溫變色

1.1.1 失效現(xiàn)象

如圖 1所示，輪轂腔內(nèi)充滿潤滑脂的情況下附著在滾子周圍的潤滑脂發(fā)黑嚴重變質(zhì)，軸承滾動體明顯過熱變色；拆卸前檢查輪轂預(yù)緊力，數(shù)值均超上差，不符合技術(shù)要求。

圖1 滾子變色、潤滑脂變質(zhì)

如圖 2所示，輪轂腔內(nèi)少量潤滑脂，軸承上使用潤滑脂并未出現(xiàn)氧化，但滾道面過熱，嚴重變色；檢查輪轂軸承預(yù)緊力符合設(shè)計要求[2]。

圖2 滾子變色、潤滑脂未氧化

1.1.2 失效機理

圖1的失效機理：軸承預(yù)緊力大，軸承在運轉(zhuǎn)過程中不能形成有效潤滑油膜，軸承滾道面上產(chǎn)生的熱量急劇增加，導(dǎo)致軸承溫度持續(xù)上升和過熱變色；且滿轂潤滑時，也對軸承的散熱不利，其阻力增大，潤滑脂溫度上升，也促使?jié)櫥涌熳冑|(zhì)；對軸承潤滑造成惡性循環(huán)，最終加劇軸承發(fā)熱。

圖2的失效機理：經(jīng)過對潤滑脂檢測分析，發(fā)現(xiàn)原復(fù)合鋰皂基結(jié)構(gòu)纖維粗細較不均勻，且經(jīng)軸承剪切，有一部分結(jié)構(gòu)破壞，極易導(dǎo)致基礎(chǔ)油流失，潤滑效果降低，導(dǎo)致軸承發(fā)熱滾道表面變色[3]。

1.1.3 失效原因

圖1的失效原因如下：

（1）調(diào)整輪轂軸承預(yù)緊力無專用工具彈簧秤，不同軸承預(yù)緊參數(shù)也不一致，所以現(xiàn)場師傅調(diào)整時憑經(jīng)驗進行評估，導(dǎo)致軸承預(yù)緊力差異大，個別調(diào)整有超差現(xiàn)象；

（2）彈簧秤未沿車輪螺栓切線檢測，所以拉動時需要不斷變換角度，控制困難，彈簧秤需勻速拉動，因不斷變化角度，控制困難，導(dǎo)致檢測預(yù)緊力值不準確；

（3）加注潤滑脂時，因不清楚標準及潤滑機理，未按要求進行加注，導(dǎo)致潤滑脂過量加注。

圖2的失效原因如下：

（1）潤滑脂選型不合適，在高溫環(huán)境下，基礎(chǔ)油流失，造成潤滑不良；

（2）加注潤滑脂為非正品潤滑脂，性能不滿足要求。

1.2 失效模式2：軸承早期剝落或膠合

1.2.1 失效現(xiàn)象

如圖 3所示，輪轂軸承上可見少量油膜，潤滑脂開始變質(zhì)，將潤滑脂擦干凈后，滾子及滾道表面出現(xiàn)嚴重的疲勞剝落。

圖3 軸承燒死散架（膠合粘連）

如圖 4所示，軸承完全散架，輪轂腔內(nèi)可見潤滑脂少，在軸承滾道面有少量潤滑脂，內(nèi)圈及滾子發(fā)生嚴重剝落。其中內(nèi)圈出現(xiàn)約1/3圈剝落，外圈出現(xiàn)壓痕，滾子靠近小端側(cè)剝落并逐漸向大端擴展，外圈接觸表面磨損嚴重，軸承游隙大[4-5]。

圖4 軸承內(nèi)圈滾道面疲勞剝落

1.2.2 失效機理

圖3的失效機理：軸承內(nèi)加注潤滑脂不充足，或潤滑脂在運行一段里程后，很快就被甩出至輪轂內(nèi)腔或從油封處流失，造成軸承潤滑不良，溫度升高，造成軸承出現(xiàn)表面燒傷，致使軸承散架膠合。

圖4的失效機理：軸承含有網(wǎng)狀碳化物超標，降低軸承零件的耐磨性，顯著降低軸承的強度，尤其是疲勞強度使表面脆性增加，導(dǎo)致軸承在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)早期疲勞失效。

1.2.3 失效原因

圖3的失效原因：

（1）加注潤滑脂時，汽車滾動軸承潤滑部位要求潤滑脂充滿軸承內(nèi)外圈保持架及滾子之間的空隙[3]。而用戶保養(yǎng)時僅在軸承表面上手工抹上薄薄一層油脂，并不能充分潤滑，導(dǎo)致運行一段時間后，滾子與滾道之間出現(xiàn)干摩擦，引起軸承燒結(jié)；

（2）油封安裝不到位，導(dǎo)致潤滑脂泄漏，軸承內(nèi)潤滑脂流失后油膜不足以維持軸承運轉(zhuǎn)造成軸承失效。

圖4的失效原因：

經(jīng)過對軸承材料成分、金相及硬度進行檢測，發(fā)現(xiàn)軸承含有網(wǎng)狀碳化物超標，如圖 5所示，其余參數(shù)均符合設(shè)計要求。

圖5 內(nèi)圈金相組織

（1）軸承在鍛造時終鍛溫度和冷卻速度不合理，導(dǎo)致網(wǎng)狀碳化物超標；

（2）零部件不符合設(shè)計要求，入庫未及時發(fā)現(xiàn)；

（3）軸承采用加熱安裝時，加熱溫度過高（明火加熱），使軸承產(chǎn)生退火，硬度降低，造成軸承早期剝落。

2 軸承失效預(yù)防及解決措施

2.1 軸承高溫變色預(yù)防及解決措施

（1）參數(shù)固化：在售后維修手冊增加軸承預(yù)緊力調(diào)整方法并增加潤滑脂加注規(guī)范；

（2）過程優(yōu)化：將軸承預(yù)緊力轉(zhuǎn)換為使用彈簧秤檢測，使用鋼絲繩纏繞車輪螺栓，然后沿切線緩慢拉動彈簧秤，確保讀數(shù)準確，降低量具使用難度，保證合格預(yù)緊力；

（3）零部件控制：選擇廠家推薦潤滑脂，并在正品銷售點進行采購。

2.2 軸承早期剝落或膠合預(yù)防及解決措施

（1）設(shè)計優(yōu)化：在輪轂內(nèi)腔增加擋油片，防止過多的潤滑脂流入輪轂空腔內(nèi)；

（2）過程預(yù)防：軸承定量加注潤滑脂，保證軸承充分潤滑（潤滑脂重量=加注潤滑脂軸承總成重量-未加注軸承總成重量）。

2.3 軸承性能失效預(yù)防及解決措施

（1）生產(chǎn)預(yù)防：軸承加工廠優(yōu)化鍛造工藝，嚴格控制終鍛溫度和冷卻速度，防止網(wǎng)狀碳化物超標；提高加工質(zhì)量，嚴格按照圖紙進行加工軸承零部件；

（2）入庫檢查：入庫時增加材料抽檢比例，嚴格按照圖紙要求進行檢測零部件；

（3）市場禁止使用明火加熱，防止局部退火，硬度下降現(xiàn)象，可采用油浴進行加熱。

3 總結(jié)

輪轂軸承是車橋中非常重要的部件，軸承運行狀況直接影響車輛行駛安全。因此，針對輪轂軸承的失效原因進行分析，并從失效預(yù)防與處理技術(shù)應(yīng)用等角度展開討論，可提高輪轂軸承失效的防控水平，從而保證行車安全。