轿车轮毂轴承单元一般耐久试验分析

相百玲，谢长卫，王 爽

（1.哈尔滨汽车轴承有限公司，黑龙江 哈尔滨150036；2.哈尔滨轴承集团公司 质量管理部，黑龙江 哈尔滨 150036）

轿车轮毂轴承单元一般耐久试验分析

相百玲1，谢长卫1，王 爽2

（1.哈尔滨汽车轴承有限公司，黑龙江 哈尔滨150036；2.哈尔滨轴承集团公司 质量管理部，黑龙江 哈尔滨 150036）

针对某轿车实际行驶工况，利用现有轿车轮毂轴承单元一般耐久试验系统，模拟汽车实际转速和载荷，对四套轮毂轴承单元进行一般耐久试验分析，评价其噪音、裂纹、滚道表面剥落和压痕。结果表明，轮毂轴承在要求载荷和转速下试验合格，满足主机厂的寿命要求。

轮毂轴承单元；模拟试验；载荷；转速

1 前言

轴承疲劳失效，包括局部浅层疲劳和表层疲劳两种失效形式，具体表现为内外圈滚道和滚动体表面有疲劳裂纹或材质剥落。结合轮毂轴承单元工作特点，在对失效轴承的组织、硬度、材料和润滑状况进行分析后发现，造成轴承疲劳失效的原因大多与轴承材质、工艺无关。当润滑不良致使润滑油膜形成不理想或游隙过大致使接触面滑动时，除在接触表面产生赫兹应力，还会在接触表面下方产生交变剪切应力，这种剪切应力会导致表面的材料疲劳从而产生疲劳裂纹，然后扩展到表面形成材质剥落。

本文以某型号轮毂轴承单元为试验样本，采用一般耐久试验，验证轮毂轴承是否满足主机厂一般要求及极限状态下的失效情况。

2 轮毂轴承单元一般耐久试验

2.1 试验系统

本试验机采用悬臂结构、径向垂直加载和轴向水平加载，采用液压加载方式,每台试验机可同时做两套轴承试验，保持输入负荷不超过5%，循环时间不超过3%，测量和记录轴承单元在轮毂外径表面的温度，控制试验轴承单元试验时的振动值，保证转速误差不超过2%。保证载荷、电流、试验温度、振动值超标时自动停机。在规定的时间内所有的控制组件应校准，见图1、图 2、图 3。

2.2 试验工况

根据轿车轮毂轴承实际承载特点，径向负荷是一垂直于轴承轴线且作用于车轮中心线的恒力；轴向负荷是一平行于试验轴承旋转轴线的周期性循环力，与旋转轴线的距离等于车轮旋转半径。

（1）测量和记录轴承单元安装前的游隙及轴承单元的旋转力矩，以保证轴承单元为合格状态（轴承在300r/min的转速下运转3min后所测力矩）。

图1 试验系统示意图

图2 试验装置示意图

图3 试验轴承示意图

（2）安装方法。将轮毂轴承单元用规定的螺栓及力矩拧紧，将联接套与试验机连接好。将轴承单元与加力套按规定的要求连接好，将连接好的轴承单元与联接套用螺栓连接牢固，连接好径向加力臂，连接好轴向加力臂，安装好振动和温度传感器。

（3）将试验的径向载荷设置为整车重量的1/4，将试验的轴向载荷设置为：向内的轴向载荷为径向载荷的60%，向外的轴向载荷为径向载荷的40%。载荷循环步骤见表 1。根据某车型计算载荷见表 2。

表1 轴承单元试验载荷步骤

设置轴承单元的旋转速度为110km/h。

表2 不同循环步骤下的参数设置

2.3 判定标准

根据《STI—03A 德尔福轮毂轴承耐久性测试》标准，要求满足可靠性参数B10=200h判定为合格，达到1 000h（12 000次循环）可以停止试验。如果试验轴承出现任何包括面积为0.01平方英寸(6.5mm²)或更大的剥落，则应视为失效（失效首先是通过声音振动及温度来判断的）。

可靠性参数B10是产品的工作时间点，产品工作到这个时间点后，预期有10%的产品将会发生故障。

2.4 轴承试验前信息参数

轴承试验前信息参数见表 3。

表3 轴承试验前信息参数

2.5 试验过程

试验 1 号轴承，完成200h试验无异常，试验曲线见图 4。

图4 1 号轴承试验参数

试验 3 号轴承，完成400h试验无异常，试验曲线见图 5。

图5 3 号轴承试验参数

试验 2 号轴承，完成246h试验振动异常，试验曲线见图 6。

图6 2 号轴承试验参数

试验 4 号轴承，完成314h试验振动异常，试验曲线见图 7。

图7 4 号轴承试验参数

2.6 试验结果

试验结果见表 4。

表4 轴承试验后信息参数

2.7 试验后处理

（1）根据威布尔分析得出该型号轮毂轴承单元 B10=286h，即在286h有10%的轴承可能失效，大于标准要求的B10=200h，满足设计要求，见图 8。

（2） 根据试验过程图判断，1、3 号轴承运行图无异常；2、 4 号轴承单元满足试验要求时间以后失效。

（3）根据结果拆开 2 号轴承，小内圈沟道剥落；4 号轴承外法兰沟道剥落，都为接触疲劳导致沟道损伤。2 号及 4 号轴承零部件沟道剥落照片见图 9、10。

图8 C2概率图

图9 2 号轴承小内圈沟道剥落

图10 4 号轴承单元外法兰沟道剥落

3 结论

试验结果表明，轮毂轴承单元满足试验要求,但在超出试验时间（B10）后会出现不同程度的接触疲劳。达到极限试验时间后，部分轴承单元出现0.01平方英寸（6.5mm²）或更大的剥落表面。

根据威布尔分析计算，表明轮毂轴承单元在要求载荷及转速下试验合格，满足主机厂对轮毂轴承单元的寿命要求。

（编辑：钟 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，助理工程师.