轎車輪轂軸承單元一般耐久試驗(yàn)分析

相百玲，謝長(zhǎng)衛(wèi)，王 爽

（1.哈爾濱汽車軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 質(zhì)量管理部，黑龍江 哈爾濱 150036）

轎車輪轂軸承單元一般耐久試驗(yàn)分析

相百玲1，謝長(zhǎng)衛(wèi)1，王 爽2

（1.哈爾濱汽車軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 質(zhì)量管理部，黑龍江 哈爾濱 150036）

針對(duì)某轎車實(shí)際行駛工況，利用現(xiàn)有轎車輪轂軸承單元一般耐久試驗(yàn)系統(tǒng)，模擬汽車實(shí)際轉(zhuǎn)速和載荷，對(duì)四套輪轂軸承單元進(jìn)行一般耐久試驗(yàn)分析，評(píng)價(jià)其噪音、裂紋、滾道表面剝落和壓痕。結(jié)果表明，輪轂軸承在要求載荷和轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)合格，滿足主機(jī)廠的壽命要求。

輪轂軸承單元；模擬試驗(yàn)；載荷；轉(zhuǎn)速

1 前言

軸承疲勞失效，包括局部淺層疲勞和表層疲勞兩種失效形式，具體表現(xiàn)為內(nèi)外圈滾道和滾動(dòng)體表面有疲勞裂紋或材質(zhì)剝落。結(jié)合輪轂軸承單元工作特點(diǎn)，在對(duì)失效軸承的組織、硬度、材料和潤(rùn)滑狀況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，造成軸承疲勞失效的原因大多與軸承材質(zhì)、工藝無(wú)關(guān)。當(dāng)潤(rùn)滑不良致使?jié)櫥湍ば纬刹焕硐牖蛴蜗哆^(guò)大致使接觸面滑動(dòng)時(shí)，除在接觸表面產(chǎn)生赫茲應(yīng)力，還會(huì)在接觸表面下方產(chǎn)生交變剪切應(yīng)力，這種剪切應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致表面的材料疲勞從而產(chǎn)生疲勞裂紋，然后擴(kuò)展到表面形成材質(zhì)剝落。

本文以某型號(hào)輪轂軸承單元為試驗(yàn)樣本，采用一般耐久試驗(yàn)，驗(yàn)證輪轂軸承是否滿足主機(jī)廠一般要求及極限狀態(tài)下的失效情況。

2 輪轂軸承單元一般耐久試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

本試驗(yàn)機(jī)采用懸臂結(jié)構(gòu)、徑向垂直加載和軸向水平加載，采用液壓加載方式,每臺(tái)試驗(yàn)機(jī)可同時(shí)做兩套軸承試驗(yàn)，保持輸入負(fù)荷不超過(guò)5%，循環(huán)時(shí)間不超過(guò)3%，測(cè)量和記錄軸承單元在輪轂外徑表面的溫度，控制試驗(yàn)軸承單元試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)值，保證轉(zhuǎn)速誤差不超過(guò)2%。保證載荷、電流、試驗(yàn)溫度、振動(dòng)值超標(biāo)時(shí)自動(dòng)停機(jī)。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)所有的控制組件應(yīng)校準(zhǔn)，見圖1、圖 2、圖 3。

2.2 試驗(yàn)工況

根據(jù)轎車輪轂軸承實(shí)際承載特點(diǎn)，徑向負(fù)荷是一垂直于軸承軸線且作用于車輪中心線的恒力；軸向負(fù)荷是一平行于試驗(yàn)軸承旋轉(zhuǎn)軸線的周期性循環(huán)力，與旋轉(zhuǎn)軸線的距離等于車輪旋轉(zhuǎn)半徑。

（1）測(cè)量和記錄軸承單元安裝前的游隙及軸承單元的旋轉(zhuǎn)力矩，以保證軸承單元為合格狀態(tài)（軸承在300r/min的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)3min后所測(cè)力矩）。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

圖2 試驗(yàn)裝置示意圖

圖3 試驗(yàn)軸承示意圖

（2）安裝方法。將輪轂軸承單元用規(guī)定的螺栓及力矩?cái)Q緊，將聯(lián)接套與試驗(yàn)機(jī)連接好。將軸承單元與加力套按規(guī)定的要求連接好，將連接好的軸承單元與聯(lián)接套用螺栓連接牢固，連接好徑向加力臂，連接好軸向加力臂，安裝好振動(dòng)和溫度傳感器。

（3）將試驗(yàn)的徑向載荷設(shè)置為整車重量的1/4，將試驗(yàn)的軸向載荷設(shè)置為：向內(nèi)的軸向載荷為徑向載荷的60%，向外的軸向載荷為徑向載荷的40%。載荷循環(huán)步驟見表 1。根據(jù)某車型計(jì)算載荷見表 2。

表1 軸承單元試驗(yàn)載荷步驟

設(shè)置軸承單元的旋轉(zhuǎn)速度為110km/h。

表2 不同循環(huán)步驟下的參數(shù)設(shè)置

2.3 判定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《STI—03A 德爾福輪轂軸承耐久性測(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)，要求滿足可靠性參數(shù)B10=200h判定為合格，達(dá)到1 000h（12 000次循環(huán)）可以停止試驗(yàn)。如果試驗(yàn)軸承出現(xiàn)任何包括面積為0.01平方英寸(6.5mm2)或更大的剝落，則應(yīng)視為失效（失效首先是通過(guò)聲音振動(dòng)及溫度來(lái)判斷的）。

可靠性參數(shù)B10是產(chǎn)品的工作時(shí)間點(diǎn)，產(chǎn)品工作到這個(gè)時(shí)間點(diǎn)后，預(yù)期有10%的產(chǎn)品將會(huì)發(fā)生故障。

2.4 軸承試驗(yàn)前信息參數(shù)

軸承試驗(yàn)前信息參數(shù)見表 3。

表3 軸承試驗(yàn)前信息參數(shù)

2.5 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn) 1 號(hào)軸承，完成200h試驗(yàn)無(wú)異常，試驗(yàn)曲線見圖 4。

圖4 1 號(hào)軸承試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn) 3 號(hào)軸承，完成400h試驗(yàn)無(wú)異常，試驗(yàn)曲線見圖 5。

圖5 3 號(hào)軸承試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn) 2 號(hào)軸承，完成246h試驗(yàn)振動(dòng)異常，試驗(yàn)曲線見圖 6。

圖6 2 號(hào)軸承試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn) 4 號(hào)軸承，完成314h試驗(yàn)振動(dòng)異常，試驗(yàn)曲線見圖 7。

圖7 4 號(hào)軸承試驗(yàn)參數(shù)

2.6 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表 4。

表4 軸承試驗(yàn)后信息參數(shù)

2.7 試驗(yàn)后處理

（1）根據(jù)威布爾分析得出該型號(hào)輪轂軸承單元 B10=286h，即在286h有10%的軸承可能失效，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的B10=200h，滿足設(shè)計(jì)要求，見圖 8。

（2） 根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程圖判斷，1、3 號(hào)軸承運(yùn)行圖無(wú)異常；2、 4 號(hào)軸承單元滿足試驗(yàn)要求時(shí)間以后失效。

（3）根據(jù)結(jié)果拆開 2 號(hào)軸承，小內(nèi)圈溝道剝落；4 號(hào)軸承外法蘭溝道剝落，都為接觸疲勞導(dǎo)致溝道損傷。2 號(hào)及 4 號(hào)軸承零部件溝道剝落照片見圖 9、10。

圖8 C2概率圖

圖9 2 號(hào)軸承小內(nèi)圈溝道剝落

圖10 4 號(hào)軸承單元外法蘭溝道剝落

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，輪轂軸承單元滿足試驗(yàn)要求,但在超出試驗(yàn)時(shí)間（B10）后會(huì)出現(xiàn)不同程度的接觸疲勞。達(dá)到極限試驗(yàn)時(shí)間后，部分軸承單元出現(xiàn)0.01平方英寸（6.5mm2）或更大的剝落表面。

根據(jù)威布爾分析計(jì)算，表明輪轂軸承單元在要求載荷及轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)合格，滿足主機(jī)廠對(duì)輪轂軸承單元的壽命要求。

（編輯：鐘 媛）

Analysis on general endurance test of car wheel hub bearing unit

Xiang Bailing1, Xie Changwei1, Wang Shuang2
( 1.Harbin Automobile Bearing Co., Ltd., Harbin 150036, China; 2. Department of Quality Management ,Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036, China )

According to the actual driving conditions of a certain car, the existing car wheel hub bearing unit general endurance test system is used to simulate the actual speed and load of the vehicle, and the four sets of wheel bearings are generally enduringly tested and analyzed for evaluation of noise, crack, raceway surface spalling and indentation. The results show that the wheel hub bearing test is qualif i ed under the requirement of load and speed and satisf i es the life request of the main engine factory.

wheel hub bearing unit; simulation experiment; load; speed

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0035-04

2017-02-13.

相百玲（1987-），女，助理工程師.