基于轮毂轴承润滑脂泄漏失效的润滑脂选用分析

2018-09-04李晓霞李飞陈定积夏海青

汽车科技 2018年3期

李晓霞　李飞　陈定积　夏海青

摘要：本文通过故障树分析方法（FTA）分析了轮毂轴承油脂泄漏原因，通过实车路试和台架试验确认了不同稠化剂类型对聚脲型润滑脂的剪切稳定性的影响，进而确认了对轮毂轴承润滑脂泄漏性能的影响，从而为新车型轮毂轴承润滑脂的选型提供了依据。

关键词：轮毂轴承；油脂泄漏；稠化剂；剪切稳定性；润滑脂选型

中图分类号：TH133.3；O313.7 文献标识码：B 文章编号：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.

随着汽车工业的发展，为满足轻量化、高安全性、舒适性、燃油经济性的要求，轮毂轴承正朝着集成化，高可靠性及长寿命，低摩擦等性能方面发展【1】。在乘用车中比较普遍采用有三种式样的轮毂轴承，一代轮毂轴承，二代轮毂轴承和三代轮毂轴承。在轮毂軸承中，润滑脂的泄漏是引起轴承失效的最主要因素之一。润滑脂泄漏，不仅涉及密封圈结构，也与封入的润滑脂种类相关。因此，如何选用合适的润滑脂，降低轮毂轴承的润滑脂泄漏概率，对提高汽车行驶安全性及降低汽车用户的维护成本具有重要的现实意义。

1 引言

因此本文将就公司某款车型开发过程中润滑脂泄漏的原因进行分析和探讨，通过分析，确认不同润滑脂对轮毂轴承泄漏性能的影响，进而对润滑脂的选型提供依据。

2 失效轴承安装部位及故障现象

本次发生油脂泄露的轴承为一代轮毂轴承，其安装示意如图（图1）所示。发生油脂泄露的部位为轴承内侧，泄漏油脂在驱动轴与转向节的空档处集聚，油脂颜色墨绿，呈脂状，故障现象如图（图2）所示。拆解后观察失效件润滑脂的状态，呈现半流体状（图3）。

3 原因分析

在分析原因之前，首先说明轮毂轴承的安装结构（图3），首先将一代轴承压装到转向节，然后再压入轮毂轴，最后通过合适的锁紧力矩控制轮毂轴承最终工作预压，使其达到合适的工作状态。一代轮毂轴承由内轮，外轮，钢球，油封，油脂，保持架等组成。

3.1 外圈

首选确认与油封配合的外圈内径，如果此内径尺寸超差或有毛刺或粗糙度不满足设计此内径尺寸超差或有毛刺或粗糙度不满足设计要求，可能与油封配合的不良，从而导致润滑脂的泄漏。通过测量失效件外圈与油封配合处的尺寸，粗糙度，圆度及表面情况，确认外圈关联尺寸全部满足设计要求，因此排除外圈的因素。

3.2 内圈

同外圈情况相同，需要确认与油封抛油环配合是否存在问题。通过测量内圈外径，表面粗糙度，圆度；油封抛油环内径，表面粗糙度，圆度等参数，确认内圈及抛油环全部满足设计要求。

3.3 油封

在分析原因之前，首先说明油封结构（图4）及各个唇口的功能。本轮毂轴承采用了三唇式样油封，如下图（图4）所示。每个唇口的功能介绍如下，唇Ⅰ：主唇，防止轴承内油脂从内部溢出到外部。唇Ⅱ：防尘唇，防止轴承外部异物，泥水等进入到轴承内部。唇Ⅲ：防尘唇，防止轴承外部异物，泥水等进入到轴承内部。

本次油脂泄露是轴承内部油脂溢出到轴承外部，因此主要分析主唇Ⅰ与抛油环Ⅳ的接触压力是否足够及主唇与抛油环的配合是否满足设计要求。

3.3.1 主唇Ⅰ与抛油环Ⅳ接触压力

通过CAE 分析确认唇口与抛油环的接触压力满足设计要求，CAE 分析结果（图5）如下所示。

3.3.2 唇口尺寸及抛油环尺寸

测量唇口Ⅰ及抛油环的相关配合尺寸，确认尺寸满足设计要求。

3.3.3 唇口异常磨损确认

通过观察唇口Ⅰ及抛油环的磨损痕迹，确认唇口的配合是否存在异常。抛油环Ⅳ磨损（图6）及唇口Ⅰ磨损（图7）如下图所示，确认唇口与抛油环配合正常，无异常磨损。

3.3.4 油封装配

如果油封压入过程中压歪，可能会引起油封与内外圈配合的异常，从而引起润滑脂的泄漏。所以在故障件分解前确认了油封端面的平行度，确认油封装配满足要求。

3.4 油脂

3.4.1 首先确认润滑脂的封入量

根据轴承设计，分析计算轴承内容空间，确认油脂封入量为正常空间容量的30～40%，符合设计要求。

3.4.2 润滑脂物理特性确认

如果润滑脂油分离度较高，在使用过程中基础油容易析出而导致润滑脂的泄漏。确认润滑脂的油分离度参数，发现此润滑脂的油分离度的值较小，满足设计要求。排除由于润滑脂的油分离度不合适而导致基础油甩出的可能。

润滑脂是由基础油，增稠剂和添加剂组成，其增稠剂的纤维结构在使用过程中不断被剪切而导致其变软而变得容易流动，增加了泄漏的可能性。因此对泄漏润滑脂的剪切性能进行了确认，测量结果如下表（表1）。从测量数据可以看出，润滑脂的硬度变化较大，其硬度初始的从256（3号）变化到396.7（00号），变化率高达55%，根据NLGI 锥入度与硬度的对应关系（表2），其硬度跨越了4个等级。

与此同时验证了现有某量产车型的润滑脂（B），与失效润滑脂（A）进行了对比。发现润滑脂（B）的剪切稳定性从290（2号）变化到327.9（1号），硬度跨越2个等级，变化率仅为13%，测试数据参考下表（表3）。与润滑脂（A）跨越4个等级的结果相比，润滑脂（B）的剪切稳定性远远优于润滑脂（A）。

因而推定由于选用了剪切性能不合适的润滑脂，而此油脂在使用过程中极易变软从而导致了润滑脂的泄漏。

4 实验验证及解决方案

为了确认两种润滑脂对轮毂轴承泄漏性能的影响，进行了台架和实车实验的验证，测试工况选择低速和高速泄漏测试工况。从实验结果来看，润滑脂（B）在3种实验条件下，泄漏量为0g，同等实验条件，防泄漏性能明显优于润滑脂（A）。

但是由于润滑脂（B）属于首次在此轮毂轴承上应用，因而有必要确认此油脂与油封橡胶材，保持架的兼容性，同时需要验证对摩擦力矩及对轴承寿命的影响，最终验证满足设计要求后决定选用润滑脂（B）替代润滑脂（A）。

5 润滑脂的选用建议

雖然聚脲润滑脂因其卓越的性能，如良好的热稳定和氧化安定性，高性能及长使用寿命广泛应用于汽车轮毂轴承[2]。但从本次油脂泄漏实际案例出发，润滑脂（A）与润滑脂（B）虽然同属于聚脲型润滑脂，但因为稠化剂类型不同，其剪切稳定性有比较明显的差异，对轮毂轴承润滑脂泄漏性能也有比较大的影响。为降低润滑脂的泄漏概率，对轮毂轴承润滑脂的选用提出了两点建议：

5.1 稠化剂类型

不同结构稠化剂会导致不同性能的聚脲润滑脂[3]，确认到芳香族稠化剂类型润滑脂，即润滑脂（B）在剪切稳定性方面优于脂肪族稠化剂类型聚脲润滑脂即润滑脂（A），使用过程中，硬度变化范围小，建议选择润滑脂时优先选择芳香族稠化剂类型聚脲润滑脂。

5.2 剪切稳定性变化率

润滑脂剪切稳定性，即延长工作锥入度的变化率更能表征某种润滑脂的机械稳定性。因此除了确认工作锥入度，还需要确认延长工作锥入度的变化率，根据依据本次润滑脂（B）的剪切稳定性实验结果及及参考国标GB/T 5671—1995《汽车通用锂基润滑脂》标准规定延长工作锥入度变化率不大于20%的标准，建议选择聚脲基润滑脂时，润滑脂的延长工作锥入度的变化率参考GB/T 5671—1995标准执行。

当然，除了以上两点需要特别关注的因素外，轿车轮毂轴承的工作状况决定其选用的润滑脂还应必须具备的其他的关键性能[4]包括：

（1）优异的耐高温性能。

（2）优良的抗氧化安定性。

（3）良好的橡胶兼容性。

（4）优良的抗微动磨损和抗磨性能。

（5）抗水性

（6）较长的使用寿命。

6 结束语

本文解决了一种轮毂轴承润滑脂泄漏的课题，提供了一种解决的途径；确认了两种不同稠化剂类型聚脲型润滑脂的剪切稳定性的差异及对轮毂轴承润滑脂泄漏性能的影响，为今后轮毂轴承润滑油脂的选用提供了依据，对今后新车型轮毂轴承的开发具有非常重要的指导意义。

参考文献：

[1]姚立丹，杨海宁.2008中国汽车工程学会年会论文集[C].北京：机械工业出版社，2008.

[2]严飞.轿车轮毂轴承聚脲润滑脂研究综述[J]. Automible parts，2013，（10）：77-79.