汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制探究

刘彬，吴振东,高向东

(1.韶关东南轴承有限公司，广东韶关 512029；2.广东工业大学机电工程学院，广东广州 510090；3.广东省核工业华南高级技工学校，广东韶关 512026)

汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制探究

刘彬1，吴振东2，3,高向东2

(1.韶关东南轴承有限公司，广东韶关 512029；2.广东工业大学机电工程学院，广东广州 510090；3.广东省核工业华南高级技工学校，广东韶关 512026)

阐述汽车轮毂轴承密封件的研发体系，指出汽车轮毂轴承生产企业和相关企业及职能部门在这方面存在的不足，探讨整个汽车轮毂轴承密封件相关行业和职能部门涉及到的汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制。

汽车轮毂轴承；密封件；标准化；研发体制

Abstract:The development system for automobile hub bearing seal was expounded.The inadequacies of automobile hub bearing production enterprises,related enterprises and the departments existed in this aspect were pointed out.The automobile hub bearing seal standard system involved by automobile wheel hub bearing seal related industries and departments was discussed.

Keywords:Automobile hub bearing; Seal; Standardization; System of research and development

0 引言

国际知名汽车企业都比较重视产品研发和投入，整车及其关键技术更新换代速度快，一般3～6年就推出新一代车型，即使是比较畅销的老款车型，也要不断地优化改进，坚持不懈地提高产品的顾客满意度要求。同时要保证技术领先，广泛应用各种先进材料、先进工艺、先进技术；又要在保证产品质量和产品性能的前提下控制成本，注重相关企业的技术合作，全盘考虑，控制产品质量及其性能，强调零部件集成化、单元化、轻量化、环保性、系列化、通用化、标准化、可靠性等的设计生产加工[1]。

汽车轮毂轴承作为汽车底盘的重要安全零部件，其质量性能对整车的影响很大，是汽车生产厂家重点设计研发的关键零部件之一。汽车轮毂轴承最重要的两个技术要求就是轴承的整体使用寿命和密封性能，轴承整体使用寿命是轴承最基本的要求，特殊的是密封性能，这是专门针对汽车轮毂轴承使用工况而定的要求，并且随着用户和汽车生产商的要求越来越高的趋势，汽车轮毂轴承企业越来越重视轴承的密封性能。

国外比较知名的大型汽车轴承生产企业一向都比较重视产品疲劳使用寿命及可靠性，产品结构和密封性能的技术研发，例如SKF、INA/FAG、NSK等知名企业每年都拿出相当多的资金和技术力量投入到产品的密封性能升级、结构开发、新材料的研发等工作上，坚持不懈地提升产品质量[2]。

目前，国内轮毂轴承行业已经认识到提升轴承密封技术开发能力的必要性，但进步不明显，生产加工企业多是处于模仿设计阶段，在某些关键研发试验方面还做得很不到位，如各大生产加工企业和相关研究单位相对比较独立且分散，技术力量规模小，技术资源不足，投入的研发资金少，专业方向针对性不强，专业人才培养不到位等都严重制约了行业的发展[2]。

深层次的分析，造成上述情况的主要原因是国内汽车轮毂轴承的密封性能的研发不是良性发展。首先就是汽车轴承多是非标准零件，设计的自由度大，降低了产品的稳定性和可靠性；产品研发投入和重视程度不够，远远达不到国外先进技术水平，加工制造工艺技术也相对落后；汽车轮毂轴承密封件没有标准研发体系，国内的此类轴承生产商也是各自为政，没有达到技术共享、联合研发、共同制定行业标准的程度。所以有必要在这些方面规范化，进一步促进行业良性发展，提高产品质量及性能水平。

其次就是汽车轮毂轴承企业比较多，每个企业都是独立研发各自的密封件结构，再由密封件供应商加工使用，长此以往就会出现很多结构相同或相近的密封件，众多的密封件密封性能良莠不齐，极大地影响了行业产品品质，成本高不说，还极大地浪费了研发技术资源，降低了产品的市场竞争力。终归还是一个体制规范的问题，需要行业内部的调节和沟通。

最后，汽车轮毂轴承密封件是结构比较复杂的零件。轴承规格繁杂，密封件结构种类繁多，密封件的设计尺寸多且尺寸小，其模具加工难度大、成本高，加工周期较长。如果密封件设计出来而不能量产，光是模具的成本损失就很大。同时，行业无规划性地研发密封件产品是造成密封件企业研发的密封件模具良品率低的原因之一，极大地影响了相关汽车轴承的使用性能和使用寿命。如图1为第一代汽车轮毂轴承及其密封结构[2]。

国内市场上汽车轮毂轴承密封件的数量可谓是极其庞大。据了解：一个从业多年的汽车轮毂轴承企业的某种轴承有超过400个规格型号的产品，包括第一、二、三代汽车轮毂轴承系列产品，其中第一代汽车轮毂轴承有近250个产品型号[3],形成了一个产品规格多而不精的局面。国内从事汽车轮毂轴承制造的企业大大小小也有几百上千家，如此众多的企业各自生产加工和设计自己的密封件，国内市场上的密封件数量是可以想象的。在这个数量众多的密封市场上，其中60%～80%以上的密封件都是小批量或根本没有批量生产就被淘汰了，很少一部分密封件能批量生产也是间歇式生产，根本形不成规模效应，小批量生产的密封件的性能质量也是参差不齐，对汽车轮毂轴承的使用寿命影响非常大。很多早期失效的轴承都是与密封性能不良有关的，原因就是密封件企业的密封件产品没有统一的标准结构，都是被动加工生产的，产品规格数量庞大，很难达到量产要求，自身也没有研发需求，更不用说打造自己的密封件精品的思想。所以在此讨论一下汽车轮毂轴承密封件的标准研发体制问题，从而进一步规范行业活动，提高行业产品整体质量，提升国内产品的国际市场竞争能力。

1 汽车轮毂轴承密封件标准化“联合”研发体制

这里提出一个产品性能研发与设计的新构想，这个新构想是建立在相关产品的上、下游零件供应商建立动态平台战略，技术和研发能力共享，合理规划产品研发活动的权责，实现研发成效最大化这样的研发体制的理念上。说起来比较抽象，并且牵扯的方面太多太广，实际操作起来是比较复杂的。如图2所示为国内汽车轮毂轴承相关企业、组织、机构关系图。

汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制涉及到行业的宏观架构重组，重组是指国内汽车轴承密封件研发方面的全方位重组和整合，全部相关企业、单位工作的细化分工合作的过程。如图2所示，汽车轮毂轴承研究机构及标准化组织、国内汽车轮毂轴承企业及其密封件供应商三者之间的关系要重新审视和整合。汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制需要整合的重点内容有以下3个方面：

第一个方面是国家级行业权威组织或机构的宏观规划，做好重组的前期行业调研工作、重组的具体实施方案等前期准备工作，涉及到的内容有汽车轮毂轴承密封零部件的结构标准、性能标准以及试验规范等。具体实施宏观规划的流程大致如图3所示。

第二个方面是汽车轮毂轴承密封件供应商要改变以往的被动研发模式，积极主动地按照行业宏观规划进行汽车轴承密封件的研发工作，设计结构更好的密封件模块结构，采用更好的密封材料和加工工艺，提升密封件的质量和密封性能水平。工作重点就是联合行业标准化组织和汽车轮毂轴承企业对汽车轮毂轴承密封件进行标准化，减少次系列产品的密封件规格数量，控制和不断提高规划过的密封件产品的质量，研发的系列产品可以通过行业标准化组织推广到汽车轴承企业直接选用装配在轴承上，密封件生产商要做好后续的密封件产品的研发和性能升级，提高产品的市场竞争力，为汽车轴承企业不断地研发性能更强的系列产品密封件，提高国内汽车轴承密封性能的整体水平和在国际市场的竞争力。这里强调的是密封件供应商承担密封件的标准化及结构性能研发工作，轴承企业仅仅起到辅助和技术合作的次要作用，与现行的行业做法是不同的，这样做的优势很大，也是行业良性发展的趋势。

第三个方面是轴承企业研发模式要紧跟行业宏观规划，重点投入、重点建设产品研发模式，合理利用技术资源，注重研发资金的合理分配。这里强调的是汽车轮毂轴承密封件研发不作为轴承企业研发的重点，轴承企业要降低密封件的研发投入，逐步过渡到仅仅保留对其密封件供应商提供研发密封件的技术支持。依据汽车轮毂轴承密封件供应商提供的密封标准件来设计轴承的密封装配结构，直接选用标准的密封件作为轴承的零件来装配使用，轴承研发的时候也仅仅考虑直接选用哪一规格的密封件即可，这样可以大大缩短轴承新产品的设计周期，也能保证其密封可靠性。目前这个工作是一个企业系列产品整合工作，轴承企业要做的是根据汽车轮毂轴承密封件供应商提供的密封标准件来整合现有全部产品系列，估计整合后的汽车轮毂轴承第一代主流产品数量控制在12个产品规格左右[3]，比目前杂乱的系列产品的数量大大降低。特别是密封件作为选配的标准件之后，国内全部的汽车轮毂轴承企业都可以统一选配标准系列密封件，轴承产品的密封性能统一、稳定、可靠，系列产品整体品质得到了很大程度的提升。

如果实施，以上的行业整合在形式上、规模上都是史无前例的，估计快的话要2～5年能初见成效，慢的话10年都不一定能达到整合的预期效果。但是面对现在汽车轮毂轴承密封件行业的无序，密封件行业整体的混乱，密封件行业整合势在必行。整合后的良性运行机制也是可以预期的，效果及优势也会在整合后爆发出来。如果效果理想，其他的轴承产品系列密封标准件也可以参考推广，这个意义就更大了，经济效益的提升空间是不可想象的。当然整合后的轴承企业或是密封件供应商都要面对一个优胜劣汰的问题，市场竞争是残酷的，一些研发能力不足的中小企业必然会倒下来，但是能坚持到最后的企业也必然能从整合之后的效应中得到实惠，最重要的是行业整体竞争力得到了提高，行业发展良性循环、可持续性发展，这个才是最大的收获。

行业的宏观规划加上企业的微观产品升级计划组成的全行业性质的汽车轮毂轴承密封件产品联合研发体制，即汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制，具体内容如下：

2.1 企业动态多方合作

汽车轮毂轴承企业与其密封件供应商研发合作；企业与行业标准化组织的技术发布合作；汽车轮毂轴承企业之间的竞争与合作；密封件供应商企业之间的竞争与合作；行业内相关组织、科研单位、企业及其供应商之间的技术合作、资源共享、平等竞争关系。共同组成一个开放的技术体系结构，建立一个研发分工明确、技术资源配置合理的行业体制全新模式。

简单说，产品平台是一组产品共享的设计与零部件的集合。企业与零件供应商之间是动态发展的，表现出来就是更迭关系，几个企业与多个相同零件供应商是动态的、不断变化的、更迭的关系。其中最严重的现象就是产品的更迭，不同企业各自研发自己的产品，相互独立，造成很多相似相近的产品出现在市场上，这是目前国内汽车轮毂轴承产品的总体情况。另外就是相关零部件的更迭，同一个零部件供应商可能面对很多企业，提供结构和功能相似或相近的零部件，这就造成了极大的资源浪费，研发力量不能投入到最需要的环节上，最终造成了产品质量和性能不能提高的弱势局面。如何改变这样的情况，规划行业秩序变革将是今后的重点。

行业秩序变革就是行业体制的变化，即汽车轮毂轴承密封件研发过程的行业重组。如果把汽车轮毂轴承企业分为A类企业和B类企业，其中A类汽车轮毂轴承企业是具有规模研发能力和综合试验能力的行业龙头企业，B类为一般规模企业；对应的密封件企业也分为A类企业和B类企业，其中A类密封件企业是具有规模研发能力和综合试验能力的密封件行业龙头企业，B类为一般规模企业。希望改变之前的研发模式，原来是各个汽车轴承企业独立研发轴承结构及密封件结构、密封件企业仅仅负责依照设计图纸加工密封件的生产加工形式。新的模式为A类汽车轮毂轴承企业与A类密封件企业联合研发汽车轮毂轴承系列密封件结构，合作前期由A类汽车轮毂轴承企业主导结构设计，双方共同实施密封件性能试验，成熟以后应由A类密封件企业主导研发密封件产品，A类汽车轮毂轴承企业只是辅助参与研发工作。A类企业所实施的各种标准和产品结构可以作为行业的标准为B类企业参考使用，避免或减少各种不便。

轴承企业和零件供应商联合研发一个关键的条件就是标准化的认定工作，也可以由国家发改委牵头，中国标准化研究院或中国标准化协会组织实施相关企业和零件供应商的联合研发工作。充分发挥社会团体的桥梁和纽带作用，团结和组织全国标准化科技工作者，根据政府、社会、市场、企业的需要，宣传、普及标准化知识，开展标准化学术研讨，提供标准化技术咨询服务，促进国内、国际标准化的合作与交流，为推动中国技术进步、产业升级、提高产品质量等提供重要支撑。

2.2 企业宏观与微观活动

强化企业研发部分的分工，把有限研发进行更合理的分配，总方向是提升相关产品的性能水平。零件供应商一般很少参与产品的研发工作，研发工作一般是由产品设计方负责的，但是实际情况却是零件供应商更加有条件和有必要去研发零部件产品和其性能，包括密封结构、新材料及性能提升等方面。这里比较强调企业和供应商联合研发零部件，共同来提高零部件的性能这样一个研发机制。

弱化新产品轴承密封件敏捷制造[4-5]研发模式。汽车轮毂轴承密封件是汽车轴承的核心零部件，是轴承密封性能优劣的直接体现。汽车轮毂轴承密封件研发要强调系列化和周期性，避免传统模式的密封件研发流程，把密封件单独拿出来作为周期研发零件，而是作为密封“标准件”来使用，新研发的汽车轮毂轴承直接选用密封“标准件”即可。这样可以缩短轴承的研发周期，同时也能保证产品密封性能的先进性和可靠性。汽车轮毂轴承的密封“标准件”模式强调的是密封件的研发周期性，规划密封“标准件”2～3年要性能升级一次，4～6年要整体换代一次，同时要不断地做好基础密封件密封性能理论和提升性能试验研究能力。同时激发密封件企业重视研发，提高研发积极性和增加研发投入资金量，形成良性研发投入机制。汽车轮毂轴承的密封“标准件”模式可以改善密封件企业来图加工的无规划局面，打造少而精的系列密封产品，能大大减少密封产品的数量，降低制造成本，提升密封产品质量，提高或拉平全行业的密封性能等级水平，大大提高行业产品的国际市场竞争力。

2.3 技术持续化发展要求

要达到技术持续发展的要求，必须改变目前的主流思想，创新对企业提高自身竞争能力越来越重要，其中企业产品研发是企业创新的重中之重，企业的核心产品质量和性能的不断提升是企业竞争的根本生存要求。

随着密封技术的不断进步和发展壮大，利用新概念、新技术、新工艺和新材料设计和制造的新的密封结构将不断涌现，以最大程度满足顾客的要求。对轴承用户来说，能提供最长的使用寿命是他们最需要的，因此轴承及其密封结构的发展方向仍是朝着提高可靠性、延长使用寿命的方向发展。关于功能结构的试验验证能力和手段同样也要跟上设计研发的需要，一旦试验这个环节出现脱节的话，会影响整个产品研发的综合评价。建议密封件生产厂家能在密封功能件的标准化、系列化以及试验验证方面有所突破，摆脱现行的设计及生产加工方式，在设计、生产和试验方面与轴承生产厂家紧密配合，共同提高产品质量。

2.4 保持技术领先作用

企业在研发新产品时会强调敏捷制造，尽量缩短研发周期，提高市场的竞争力，但是在汽车研发的过程中却不太适用。汽车研发强调的是车型的周期性的升级换代或小周期局部性的技术升级或改款，车型的持续生命力，不断地研发性能和使用效果更加精良的零部件产品，保证汽车产品在其生命周期内具有先进的技术和技术领先效果。依据上述特点，汽车轮毂轴承密封件的研发周期和技术都应该与此特点同步，保证其技术的领先作用。

2.5 先进单元制造技术

汽车轮毂轴承的密封结构对于轴承的重要性是众所周知的。近二三十年汽车轮毂轴承趋向轴承单元结构设计发展，及其密封结构升级换代速度也非常快。由密封结构的发展看，第一代汽车轮毂轴承主要经历过几种典型的密封结构，大体上分为单密封圈、双密封圈和整体式[6-7]，第一代汽车轮毂轴承密封结构的空间受到很大限制，设计上倾向密封空间最小化、尺寸标准化的设计思路；第二代汽车轮毂轴承基本上就是以整体式密封结构为主。近些年发展起来的第三、四代汽车轮毂轴承中大部分选用整体式或其变形体的密封结构，结构设计趋向较大的密封结构空间、复杂化和功能化的先进单元制造技术方向发展。

密封件研发升级的主导设计思想：全寿命周期设计，绿色设计，产品系列化设计、功能结构模块化设计、减摩和耐磨损设计、耐环境设计等研发升级结构设计。在研发汽车轮毂轴承密封件的单元制造技术时提出3点要注意的：(1)注意密封结构自身的特点及发展趋势，提高密封结构尺寸的标准化、系列化、通用化；(2)利用模块设计方法[3]强化密封结构的功能性结构设计及新结构的研发，解决密封结构更新换代问题；(3)不断提高设计人员的自主创新意识能力。

2.6 标准化模块化技术

汽车轮毂轴承企业要做好产品系列化汇总工作，包括轴承的外形装配尺寸标准化和密封件系列标准内容。参考上面的图1，图4所示为NSK产品中两种常见整体式密封结构[7]。

规定以上密封件截面为标准截面结构，其截面结构尺寸为L×W，研发设计密封件时仅仅设计密封件金属骨架内部的密封耐磨材料的结构，骨架内径d2和骨架外径尺寸d3(d3=d2+ 2L)为装配尺寸，与轴承配合。标准密封组件内径尺寸d2按照尺寸段37～65 mm(汽车轮毂系列轴承内径范围25～50 mm)可以分成37、40、42、45、47、50、52、55、57、60、62和65 mm，共12个标准系列密封结构内径尺寸，考虑密封截面，其中第二、三代汽车轮毂轴承产品标准截面结构(L×W)会有变化，一般密封空间增加25%左右，内径尺寸d2规格数量会减少，预计全系列产品(包括第一、二、三代汽车轮毂轴承产品)标准密封结构规格的数量少于25种[3]。 密封件供应商研发重点就是开发出性能更优越的密封件标准截面结构代替目前的产品，如果新研发的密封件产品的密封性能提高10%～50%就可以促进行业密封件整体升级，进一步完善行业密封件标准，达到良性循环发展的要求。

2.7 行业龙头企业领导地位

无论是汽车轮毂轴承企业还是密封件供应商，国家都应该扶植龙头企业，行业龙头企业的研发能力和产品质量代表国内的最高水平，只有不断地提高行业龙头企业的技术能力才能带动全行业的整体技术提升，才能抵抗国外同行先进产品的竞争，才能在国际市场中占有一席之地。

2.8 企业技术领域边界扩展

由于市场竞争环境的极度复杂性，仅仅依靠单个企业自身的研发能力和资金实力是非常难满足新产品和新工艺技术创新的需求，所以国内的很多企业不重视研发，直接引进或参考国外先进的产品结构和技术，长此以往对国内的产品研发和技术提升是大大不利的。为此，企业与企业之间、企业与政府之间、企业与其他相关单位和组织之间的技术合作以及合作创新将比以往任何时候都显得重要和频繁。

2.9 技术的通信与信息

汽车轴承的密封件供应商极容易出现某个密封件加工“一对多”的情况，如不同轴承企业针对相同外形尺寸的产品设计密封件时，密封件是独立的，这样多个企业去密封件供应商要求供货时就会出现“一对多”的情况；同样在研发环节上，不同的汽车轴承企业独立研发密封件，开展密封件的密封性能试验，这样就造成了研发的重复和浪费。建立密封件标准化研发体制后，企业和企业之间、企业和密封件供应商之间、密封件和密封件供应商之间就可以建立资源共享、信息共享、共同研发、集中研发的良性发展道路，提升行业整体研发能力。

2.10 有序的市场竞争环境

伴随经济全球化的进程，专业化的分工越来越呈现精细化和多样化，同时也要求各个企业间、企业与供应商间、各个供应商之间的协同合作要更加广泛和密切。另一方面，顾客市场需求的多样性趋势也越发明显。

汽车轴承密封件在市场需求方面向小批量个性化需求方向发展，产品结构变化趋势上也向着专业化、标准化和通用化方向发展，企业产品性能研发也慢慢转向企业和其供应商联合参与产品研究与开发。盲目依靠市场去生产产品有很多的弊端，但是纯粹的技术推动生产、不结合市场需求也同样是不行的。

汽车轴承企业的新产品研发战略，一般是市场需求，早期和初期企业要做大做强，盲目的技术跟随不能提高品牌号召力，一定要靠技术推动新产品的研发工作，如果产品涉及到的企业和供应商比较多的时候就应该强调跨企业之间的职能合作问题。

2.11 技术及标准的推广工作

汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制的技术及标准的推广是涉及到全行业的大事情，重组是要花大力气去实施的，工作开展要有规划、有具体的实施方案和时间表。做好实施前的调研和可行性研究工作，实施过程中要注意细节，大致分为以下几步：

第一步，选择国内重点汽车轴承企业进行其产品系列化汇总工作，大致为汽车轮毂轴承密封件系列种类，大致依据汽车轴承种类区分第一、二、三、四代轴承及其密封件系列(其中第一和二代密封件有部分叠加，第二和三代密封件有部分叠加)，制定出汽车轮毂轴承密封件系列标准结构，规划好汽车轮毂轴承系列产品密封件标准结构及其数量，制定出轴承装配密封件的统一装配方式，再与其密封件供应商进行联合研发。

第二步，汽车轮毂轴承企业联合其密封件供应商提交汽车轮毂轴承密封件标准化方案，由国家发改委牵头组织技术推广和实施，开始行业产品整合工作，这个工作巨大且艰巨。

第三步，这之后的密封件的研发重心慢慢过渡到密封件供应商方面。密封件供应商需要做好密封件系列的研发和周期性密封性能升级工作，具体就是研发密封基型面的结构，采用新材料来提高密封性能，配合全系列密封产品的更新换代工作。这样密封件供应商就能花大量的时间和精力来从事产品性能提升工作，把有限的资金和精力投入到关键环节中去，这样才能形成良性的研发体制，不断提升产品质量和产品性能。

3 结束语

对汽车轮毂轴承密封件标准化研发体制进行了探讨，希望能通过行业标准化组织、汽车轴承企业和密封件供应商三者之间的联合制定研发标准结构的密封件，并推向行业选用标准密封件，走出一条宏观规划、科学分析、技术共享、合理分配技术资源、全面提升产品性能品质的优化研发体制之路，从而提高国内汽车轴承产品的密封技术能力，有效提高轴承的整体寿命，同时也能不断地提升相关企业的自主研发能力和在国际市场的竞争力。

【1】 聂龙宣，张湘印.国外轿车轴承[R].洛阳：机械工业部洛阳轴承研究所，1997.

【2】 李婉，吴振东.汽车轮毂轴承密封结构技术现状及发展[J].轴承，2008(7)：47-51,53.

【3】 吴振东，李婉.基型模块设计方法在系列汽车轮毂轴承结构设计中的应用[J].轴承，2008(10)：5-8,47.

【4】 余俊.中国机械设计大典：第1卷[M].南昌：江西科学技术出版社，2002.

【5】 盛晓敏,邓朝晖.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社，2000.

【6】 Sakamoto Junshi.Trends and New e chnologies of Hub Unit Bearings[J].Motion & Control ，2005(5)：4-5.

【7】 Hub Unit Bearing Seals[J].Motion & Control，2008(2)：22-23.

ResearchonStandardResearch&DevelopmentSystemforAutomobileHubBearingSeals

LIU Bin1，WU Zhendong2，3,GAO Xiangdong2

(1.Shaoguan Southeast Bearing Co., Ltd.,Shaoguan Guangdong 512029，China；2.School of Electromechanical Engineering,Guangdong University of Technology, Guangzhou Guangdong 510090，China;3.Nuclear Industry South China’s Vestibule Schools，Shaoguan Guangdong 512026，China)

2014-04-03

刘彬(1982—)，本科，助理工程师，研究方向为机械设计制造方向，轴承制造与发展。E-mail：ib-liubin@163.com。