轎車輪轂軸承單元一般耐久試驗分析

相百玲，謝長衛(wèi)，王 爽

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

轎車輪轂軸承單元一般耐久試驗分析

相百玲1，謝長衛(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.哈爾濱軸承集團公司 質量管理部，黑龍江 哈爾濱 150036）

針對某轎車實際行駛工況，利用現(xiàn)有轎車輪轂軸承單元一般耐久試驗系統(tǒng)，模擬汽車實際轉速和載荷，對四套輪轂軸承單元進行一般耐久試驗分析，評價其噪音、裂紋、滾道表面剝落和壓痕。結果表明，輪轂軸承在要求載荷和轉速下試驗合格，滿足主機廠的壽命要求。

輪轂軸承單元；模擬試驗；載荷；轉速

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)為內外圈滾道和滾動體表面有疲勞裂紋或材質剝落。結合輪轂軸承單元工作特點，在對失效軸承的組織、硬度、材料和潤滑狀況進行分析后發(fā)現(xiàn)，造成軸承疲勞失效的原因大多與軸承材質、工藝無關。當潤滑不良致使?jié)櫥湍ば纬刹焕硐牖蛴蜗哆^大致使接觸面滑動時，除在接觸表面產生赫茲應力，還會在接觸表面下方產生交變剪切應力，這種剪切應力會導致表面的材料疲勞從而產生疲勞裂紋，然后擴展到表面形成材質剝落。

本文以某型號輪轂軸承單元為試驗樣本，采用一般耐久試驗，驗證輪轂軸承是否滿足主機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

2.1 試驗系統(tǒng)

本試驗機采用懸臂結構、徑向垂直加載和軸向水平加載，采用液壓加載方式,每臺試驗機可同時做兩套軸承試驗，保持輸入負荷不超過5%，循環(huán)時間不超過3%，測量和記錄軸承單元在輪轂外徑表面的溫度，控制試驗軸承單元試驗時的振動值，保證轉速誤差不超過2%。保證載荷、電流、試驗溫度、振動值超標時自動停機。在規(guī)定的時間內所有的控制組件應校準，見圖1、圖 2、圖 3。

2.2 試驗工況

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

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

圖1 試驗系統(tǒng)示意圖

圖2 試驗裝置示意圖

圖3 試驗軸承示意圖

（2）安裝方法。將輪轂軸承單元用規(guī)定的螺栓及力矩擰緊，將聯(lián)接套與試驗機連接好。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，安裝好振動和溫度傳感器。

（3）將試驗的徑向載荷設置為整車重量的1/4，將試驗的軸向載荷設置為：向內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)某車型計算載荷見表 2。

表1 軸承單元試驗載荷步驟

設置軸承單元的旋轉速度為110km/h。

表2 不同循環(huán)步驟下的參數(shù)設置

2.3 判定標準

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

可靠性參數(shù)B10是產品的工作時間點，產品工作到這個時間點后，預期有10%的產品將會發(fā)生故障。

2.4 軸承試驗前信息參數(shù)

軸承試驗前信息參數(shù)見表 3。

表3 軸承試驗前信息參數(shù)

2.5 試驗過程

試驗 1 號軸承，完成200h試驗無異常，試驗曲線見圖 4。

圖4 1 號軸承試驗參數(shù)

試驗 3 號軸承，完成400h試驗無異常，試驗曲線見圖 5。

圖5 3 號軸承試驗參數(shù)

試驗 2 號軸承，完成246h試驗振動異常，試驗曲線見圖 6。

圖6 2 號軸承試驗參數(shù)

試驗 4 號軸承，完成314h試驗振動異常，試驗曲線見圖 7。

圖7 4 號軸承試驗參數(shù)

2.6 試驗結果

試驗結果見表 4。

表4 軸承試驗后信息參數(shù)

2.7 試驗后處理

（1）根據(jù)威布爾分析得出該型號輪轂軸承單元 B10=286h，即在286h有10%的軸承可能失效，大于標準要求的B10=200h，滿足設計要求，見圖 8。

（2） 根據(jù)試驗過程圖判斷，1、3 號軸承運行圖無異常；2、 4 號軸承單元滿足試驗要求時間以后失效。

（3）根據(jù)結果拆開 2 號軸承，小內圈溝道剝落；4 號軸承外法蘭溝道剝落，都為接觸疲勞導致溝道損傷。2 號及 4 號軸承零部件溝道剝落照片見圖 9、10。

圖8 C2概率圖

圖9 2 號軸承小內圈溝道剝落

圖10 4 號軸承單元外法蘭溝道剝落

3 結論

試驗結果表明，輪轂軸承單元滿足試驗要求,但在超出試驗時間（B10）后會出現(xiàn)不同程度的接觸疲勞。達到極限試驗時間后，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)威布爾分析計算，表明輪轂軸承單元在要求載荷及轉速下試驗合格，滿足主機廠對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.