基于輪轂軸承潤滑脂泄漏失效的潤滑脂選用分析

李曉霞　李飛　陳定積　夏海青

摘 要：本文通過故障樹分析方法（FTA）分析了輪轂軸承油脂泄漏原因，通過實車路試和臺架試驗確認了不同稠化劑類型對聚脲型潤滑脂的剪切穩(wěn)定性的影響，進而確認了對輪轂軸承潤滑脂泄漏性能的影響，從而為新車型輪轂軸承潤滑脂的選型提供了依據。

關鍵詞：輪轂軸承；油脂泄漏；稠化劑；剪切穩(wěn)定性；潤滑脂選型

中圖分類號：TH133.3；O313.7 文獻標識碼：B 文章編號：1005-2550（2018）03-0029-05

To Analysis Grease Application Standard Base on Hub Bearing Grease Leakage Failure

LI Xiao-xia， LI Fei， CHEN Ding-ji， XIA Hai-qing

（Dongfeng Motor Co. Ltd Dongfeng Nissan Passenger Vehicle Company GuangZhou 510800，China）

Abstract： This paper analysis the root cause of hub bearing grease leakage by FTA method， we confirmed different type thickener effect to grease shear stability performance， and confirmed the effect to hub bearing grease leakage performance. So this paper provided a database for grease choose for new development vehicle.

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為滿足輕量化、高安全性、舒適性、燃油經濟性的要求，輪轂軸承正朝著集成化，高可靠性及長壽命，低摩擦等性能方面發(fā)展【1】。在乘用車中比較普遍采用有三種式樣的輪轂軸承，一代輪轂軸承，二代輪轂軸承和三代輪轂軸承。在輪轂軸承中，潤滑脂的泄漏是引起軸承失效的最主要因素之一。潤滑脂泄漏，不僅涉及密封圈結構，也與封入的潤滑脂種類相關。因此，如何選用合適的潤滑脂，降低輪轂軸承的潤滑脂泄漏概率，對提高汽車行駛安全性及降低汽車用戶的維護成本具有重要的現實意義。

1 引言

因此本文將就公司某款車型開發(fā)過程中潤滑脂泄漏的原因進行分析和探討，通過分析，確認不同潤滑脂對輪轂軸承泄漏性能的影響，進而對潤滑脂的選型提供依據。

2 失效軸承安裝部位及故障現象

本次發(fā)生油脂泄露的軸承為一代輪轂軸承，其安裝示意如圖（圖1）所示。發(fā)生油脂泄露的部位為軸承內側，泄漏油脂在驅動軸與轉向節(jié)的空檔處集聚，油脂顏色墨綠，呈脂狀，故障現象如圖（圖2）所示。拆解后觀察失效件潤滑脂的狀態(tài)，呈現半流體狀（圖3）。

3 原因分析

在分析原因之前，首先說明輪轂軸承的安裝結構（圖3），首先將一代軸承壓裝到轉向節(jié)，然后再壓入輪轂軸，最后通過合適的鎖緊力矩控制輪轂軸承最終工作預壓，使其達到合適的工作狀態(tài)。一代輪轂軸承由內輪，外輪，鋼球，油封，油脂，保持架等組成。

3.1 外圈

首選確認與油封配合的外圈內徑，如果此內徑尺寸超差或有毛刺或粗糙度不滿足設計此內徑尺寸超差或有毛刺或粗糙度不滿足設計要求，可能與油封配合的不良，從而導致潤滑脂的泄漏。通過測量失效件外圈與油封配合處的尺寸，粗糙度，圓度及表面情況，確認外圈關聯尺寸全部滿足設計要求，因此排除外圈的因素。

3.2 內圈

同外圈情況相同，需要確認與油封拋油環(huán)配合是否存在問題。通過測量內圈外徑，表面粗糙度，圓度；油封拋油環(huán)內徑，表面粗糙度，圓度等參數，確認內圈及拋油環(huán)全部滿足設計要求。

3.3 油封

在分析原因之前，首先說明油封結構（圖4）及各個唇口的功能。本輪轂軸承采用了三唇式樣油封，如下圖（圖4）所示。每個唇口的功能介紹如下，唇Ⅰ：主唇，防止軸承內油脂從內部溢出到外部。唇Ⅱ：防塵唇，防止軸承外部異物，泥水等進入到軸承內部。唇Ⅲ：防塵唇，防止軸承外部異物，泥水等進入到軸承內部。

本次油脂泄露是軸承內部油脂溢出到軸承外部，因此主要分析主唇Ⅰ與拋油環(huán)Ⅳ的接觸壓力是否足夠及主唇與拋油環(huán)的配合是否滿足設計要求。

3.3.1 主唇Ⅰ與拋油環(huán)Ⅳ接觸壓力

通過CAE 分析確認唇口與拋油環(huán)的接觸壓力滿足設計要求，CAE 分析結果（圖5）如下所示。

3.3.2 唇口尺寸及拋油環(huán)尺寸

測量唇口Ⅰ及拋油環(huán)的相關配合尺寸，確認尺寸滿足設計要求。

3.3.3 唇口異常磨損確認

通過觀察唇口Ⅰ及拋油環(huán)的磨損痕跡，確認唇口的配合是否存在異常。拋油環(huán)Ⅳ磨損（圖6）及唇口Ⅰ磨損（圖7）如下圖所示，確認唇口與拋油環(huán)配合正常，無異常磨損。

3.3.4 油封裝配

如果油封壓入過程中壓歪，可能會引起油封與內外圈配合的異常，從而引起潤滑脂的泄漏。所以在故障件分解前確認了油封端面的平行度，確認油封裝配滿足要求。

3.4 油脂

3.4.1 首先確認潤滑脂的封入量

根據軸承設計，分析計算軸承內容空間，確認油脂封入量為正常空間容量的30～40%，符合設計要求。

3.4.2 潤滑脂物理特性確認

如果潤滑脂油分離度較高，在使用過程中基礎油容易析出而導致潤滑脂的泄漏。確認潤滑脂的油分離度參數，發(fā)現此潤滑脂的油分離度的值較小，滿足設計要求。排除由于潤滑脂的油分離度不合適而導致基礎油甩出的可能。

潤滑脂是由基礎油，增稠劑和添加劑組成，其增稠劑的纖維結構在使用過程中不斷被剪切而導致其變軟而變得容易流動，增加了泄漏的可能性。因此對泄漏潤滑脂的剪切性能進行了確認，測量結果如下表（表1）。從測量數據可以看出，潤滑脂的硬度變化較大，其硬度初始的從256（3號）變化到396.7（00號），變化率高達55%，根據NLGI 錐入度與硬度的對應關系（表2），其硬度跨越了4個等級。

與此同時驗證了現有某量產車型的潤滑脂（B），與失效潤滑脂（A）進行了對比。發(fā)現潤滑脂（B）的剪切穩(wěn)定性從290（2號）變化到327.9（1號），硬度跨越2個等級，變化率僅為13%，測試數據參考下表（表3）。與潤滑脂（A）跨越4個等級的結果相比，潤滑脂（B）的剪切穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于潤滑脂（A）。

因而推定由于選用了剪切性能不合適的潤滑脂，而此油脂在使用過程中極易變軟從而導致了潤滑脂的泄漏。

4 實驗驗證及解決方案

為了確認兩種潤滑脂對輪轂軸承泄漏性能的影響，進行了臺架和實車實驗的驗證，測試工況選擇低速和高速泄漏測試工況。從實驗結果來看，潤滑脂（B）在3種實驗條件下，泄漏量為0g，同等實驗條件，防泄漏性能明顯優(yōu)于潤滑脂（A）。

但是由于潤滑脂（B）屬于首次在此輪轂軸承上應用，因而有必要確認此油脂與油封橡膠材，保持架的兼容性，同時需要驗證對摩擦力矩及對軸承壽命的影響，最終驗證滿足設計要求后決定選用潤滑脂（B）替代潤滑脂（A）。

5 潤滑脂的選用建議

雖然聚脲潤滑脂因其卓越的性能，如良好的熱穩(wěn)定和氧化安定性，高性能及長使用壽命廣泛應用于汽車輪轂軸承[2]。但從本次油脂泄漏實際案例出發(fā)，潤滑脂（A）與潤滑脂（B）雖然同屬于聚脲型潤滑脂，但因為稠化劑類型不同，其剪切穩(wěn)定性有比較明顯的差異，對輪轂軸承潤滑脂泄漏性能也有比較大的影響。為降低潤滑脂的泄漏概率，對輪轂軸承潤滑脂的選用提出了兩點建議：

5.1 稠化劑類型

不同結構稠化劑會導致不同性能的聚脲潤滑脂[3]，確認到芳香族稠化劑類型潤滑脂，即潤滑脂（B）在剪切穩(wěn)定性方面優(yōu)于脂肪族稠化劑類型聚脲潤滑脂即潤滑脂（A），使用過程中，硬度變化范圍小，建議選擇潤滑脂時優(yōu)先選擇芳香族稠化劑類型聚脲潤滑脂。

5.2 剪切穩(wěn)定性變化率

潤滑脂剪切穩(wěn)定性，即延長工作錐入度的變化率更能表征某種潤滑脂的機械穩(wěn)定性。因此除了確認工作錐入度，還需要確認延長工作錐入度的變化率，根據依據本次潤滑脂（B）的剪切穩(wěn)定性實驗結果及及參考國標GB/T 5671—1995《汽車通用鋰基潤滑脂》標準規(guī)定延長工作錐入度變化率不大于20%的標準，建議選擇聚脲基潤滑脂時，潤滑脂的延長工作錐入度的變化率參考GB/T 5671—1995標準執(zhí)行。

當然，除了以上兩點需要特別關注的因素外，轎車輪轂軸承的工作狀況決定其選用的潤滑脂還應必須具備的其他的關鍵性能[4]包括：

（1）優(yōu)異的耐高溫性能。

（2）優(yōu)良的抗氧化安定性。

（3）良好的橡膠兼容性。

（4）優(yōu)良的抗微動磨損和抗磨性能。

（5）抗水性

（6）較長的使用壽命。

6 結束語

本文解決了一種輪轂軸承潤滑脂泄漏的課題，提供了一種解決的途徑；確認了兩種不同稠化劑類型聚脲型潤滑脂的剪切穩(wěn)定性的差異及對輪轂軸承潤滑脂泄漏性能的影響，為今后輪轂軸承潤滑油脂的選用提供了依據，對今后新車型輪轂軸承的開發(fā)具有非常重要的指導意義。

參考文獻：

[1]姚立丹，楊海寧.2008中國汽車工程學會年會論文集[C].北京： 機械工業(yè)出版社，2008.

[2]嚴飛.轎車輪轂軸承聚脲潤滑脂研究綜述[J]. Automible parts，2013，（10）：77-79.

[3]趙改青，張遂心，王曉波，劉維民.聚脲潤滑脂稠化劑結構與其性能的關系[J] .潤滑與密封，2012，（37）：5-9.

[4]吳風華，康軍，高燕青，吳寶杰，聚脲型轎車輪轂軸承潤滑脂的研制[J] .產品開發(fā)，2012，（5）：39-43.