一代輪轂軸承游隙對軸承壽命的影響
2019-01-12 于輝 苗仲亮 趙小威
（天津博信汽車零部件有限公司）
摘 要：一代輪轂軸承總成售后市場失效模式主要表現(xiàn)為外圈溝道點狀剝落，溝道清潔度不良、游隙設(shè)計不良、材質(zhì)不佳及進水失效等均能造成軸承溝道點狀剝落問題產(chǎn)生。本文重點研究軸承游隙設(shè)計與軸承外圈點狀剝落之間關(guān)系。
關(guān)鍵詞：一代輪轂軸承總成；預(yù)緊力；負游隙；力矩
轎車所使用一代輪轂軸承采用雙列角接觸軸承結(jié)構(gòu)，其工作環(huán)境要求鋼球在一定的壓力下運轉(zhuǎn)，即軸承裝配整車后應(yīng)始終保持在負游隙狀態(tài)。一代輪轂軸承主機廠裝配傳動軸進行動力傳輸，需使用鎖緊螺母進行連接，鎖緊螺母所帶來的夾緊力會對軸承預(yù)緊使其形成負游隙，鎖緊螺母擰緊過程通常通過扭矩法控制。
1 失效模式
對某車型一代前輪轂軸承總成進行特返分析匯總失效模式。共計收集25例故障件，故障模式主要表現(xiàn)為點狀剝落、超精不良、異常沖擊及誤判等，故障分布圖如圖1所示，主要故障原因為外圈點狀剝落其占比48%，下文主要針對點狀剝落問題進行探討。
2 失效原因
溝道清潔度不良、游隙設(shè)計不良、材質(zhì)不佳及進水失效等均能造成軸承溝道點狀剝落問題產(chǎn)生，針對故障件拆解現(xiàn)象對其失效機理予以具體分析，三種典型故障如下：
2.1材質(zhì)不佳如確定材質(zhì)不佳導(dǎo)致軸承點狀剝落，其剝落處材質(zhì)在SEM掃描電鏡下會顯示金屬夾雜物等，該批故障件電鏡掃描結(jié)果未見材質(zhì)夾雜物。
2.2進水失效
如確定進水失效導(dǎo)致軸承點狀剝落，其內(nèi)部油脂含水量會高于PPM2000（0.2%），通過檢測故障件油脂含水量能判定其是否存在進水痕跡，該批檢測油脂含水量均小于PPM2000，未見進水失效痕跡。
2.3游隙設(shè)計參數(shù)不良
游隙設(shè)計不良導(dǎo)致軸承溝道點狀剝落問題，檢測軸承內(nèi)部油脂含水量及點狀剝落材質(zhì)均不能發(fā)現(xiàn)異常。輪轂軸承使用過程中只有負游隙偏緊能造成溝道剝落問題，負游隙需要鎖緊螺母鎖緊來實現(xiàn)（如圖2所示）。因故障件已拆解分析，故只能檢測軸承正游隙數(shù)據(jù)來驗證是否存在質(zhì)量問題，一代輪轂軸承正游隙設(shè)計參數(shù)為65-90um。檢測故障件游隙數(shù)據(jù)范圍為66-70um符合技術(shù)要求但數(shù)據(jù)整體偏于下限，屬于拆解分析過程異常點，下一步對此展開分析。
3 力矩與預(yù)緊力之間關(guān)系
一代輪轂軸承負游隙受出廠游隙（65-90um）及鎖緊螺母產(chǎn)生的預(yù)緊力（50±10KN）兩項因素控制。上述原因分析中已確定出廠游隙符合設(shè)計要求，那么軸承負游隙超差應(yīng)出現(xiàn)在預(yù)緊力超差因素上，下面對軸承預(yù)緊力進行研究，軸承預(yù)緊力靠鎖緊螺母擰緊來保證，鎖緊螺母采用扭矩法控制，該方法下力矩與預(yù)緊力之間關(guān)系如公式（1）所示：
輪轂軸承設(shè)計階段預(yù)計僅靠上述公式計算，已知摩擦系數(shù)、公稱直徑，根據(jù)輸出50±10KN預(yù)緊力要求，計算出力矩控制范圍為300±10KN。
為確定實際預(yù)緊力與理論計算是否一致，本課題對300N.m扭矩法控制下鎖緊螺母產(chǎn)生的預(yù)緊力開展實際檢測工作，扭矩控制在300±10KN，采用傳感器收集預(yù)緊力數(shù)據(jù)15組，如圖3所示：
由上述檢測數(shù)據(jù)可以得知，軸承實際預(yù)緊力與理論計算存在較大誤差，實際預(yù)緊力數(shù)據(jù)均值高于理論計算值，結(jié)合第二部分故障件游隙均偏小問題，基本確定負游隙偏緊是造成軸承早期疲勞剝落原因。下一步通過故障再現(xiàn)試驗對推理結(jié)論進行驗證。
4 故障再現(xiàn)及故障原因確定
出廠游隙（65-90um）處于上/下限產(chǎn)品各選取兩件，預(yù)緊力確定為上述試驗中所檢測的值78KN，通過171小時壽命耐久試驗進行對比驗證，游隙處于極限小產(chǎn)品外圈溝道呈現(xiàn)點狀剝落一例，游隙極限大產(chǎn)品溝道無剝落無麻點狀態(tài)良好。試驗證實預(yù)緊力大及游隙出廠數(shù)據(jù)處于極限小是造成軸承點狀剝落真因。
考慮主機廠已將鎖緊螺母擰緊方式固化，在預(yù)緊力不變情況下，改善方式只能通過調(diào)整軸承出廠游隙來避免負游隙偏大問題產(chǎn)生，最終游隙調(diào)整為80-105um來避免負游隙超差問題產(chǎn)生，通過試驗驗證該方案可行。
5 結(jié)論
軸承早期疲勞失效與軸承游隙設(shè)計參數(shù)及預(yù)緊力數(shù)據(jù)存在直接關(guān)系，在不改變軸承預(yù)緊力及預(yù)緊方式下，可以通過調(diào)整軸承游隙來避免軸承早期疲勞失效問題。
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來源：《中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）》，2016（3）
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