某車型輪轂軸承異響分析研究

胡勇俊 辛慶鋒 吳海軍 張敬玉 汪方俊 高曉辰

摘 要：某車型在進(jìn)行結(jié)構(gòu)耐久過程中出現(xiàn)了異響問題，經(jīng)試驗(yàn)人員檢測(cè)，該異響是輪轂軸承處產(chǎn)生，本文通過對(duì)軸承的設(shè)計(jì)原理，異響產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，同時(shí)分析、對(duì)標(biāo)了輪轂軸承在整車、零件上的裝配保證能力，最終將該異響根本原因鎖定在整車擰緊力矩問題上，經(jīng)設(shè)計(jì)改善，車輛的整個(gè)耐久路試未有輪轂軸承異響問題發(fā)生，問題得到解決。為后續(xù)軸承異響問題排查提供參考。

關(guān)鍵詞：軸承異響 分析研究

Abstract：A problem appeared in a model of car in the process of the structural durability. Through the experiment testing， the sound is wheel hub bearing， and this article， through the design principle of the mechanism of sound analysis， analyzes， at the same time the wheel hub bearing on the vehicle， parts assembly guarantee ability， which will eventually cause the sound lock on the vehicle tightening torque. After the design improvement， no abnormal sound of hub bearing occurred in the whole endurance road test of the vehicle， and the problem was solved. The article provides reference for the follow-up investigation of abnormal sound problems of bearings.

Key words：abnormal sound of bearing， analysis and research

1 引言

輪轂軸承連接車輪、制動(dòng)盤、驅(qū)動(dòng)軸、車橋等部件，其在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下引導(dǎo)車輪與制動(dòng)盤等部件高速運(yùn)轉(zhuǎn)。故輪轂軸承既需要保證車輪系統(tǒng)的平順運(yùn)轉(zhuǎn)，又要承受軸向力、徑向載荷、旋轉(zhuǎn)扭矩等。輪轂軸承異響的可能原因有內(nèi)外滾道存在缺陷、本身壓接松曠、密封失效、軸承內(nèi)部有異物等導(dǎo)致車輛在行駛過程中發(fā)出異響經(jīng)車身結(jié)構(gòu)或者空氣傳遞至駕駛員，使其感知異常。本文以某新開發(fā)車型的輪轂軸承異響為例，通過對(duì)輪轂軸承的設(shè)計(jì)原理、裝配要求以及質(zhì)量保證等方面進(jìn)行深入研究，排查出故障產(chǎn)生的原因，通過對(duì)產(chǎn)生原因的改善，已將該問題解決。

2 故障描述

該車型在進(jìn)行整車操穩(wěn)調(diào)校測(cè)試時(shí)出現(xiàn)前輪異響，問題發(fā)生里程為3000km。經(jīng)測(cè)試，車速達(dá)到70km/h時(shí)噪音異響明顯，路試工況為強(qiáng)化路面。

初步對(duì)問題樣車的輪轂軸承外觀，手感，摩擦力矩等進(jìn)行復(fù)測(cè)，結(jié)果顯示手感和噪音異響不滿足要求。根據(jù)其工作原理，隨車速的增加，異響頻率會(huì)加大，確定是該軸承質(zhì)量問題導(dǎo)致車輪異響。具體數(shù)值見表1。

3 汽車輪轂軸承工作原理及異響原因分析

輪轂軸承異響的表現(xiàn)形式有三種[1]，分別為嗡嗡聲、吱吱聲和咯噔聲。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查輪轂軸承的異響表現(xiàn)形式為嗡嗡聲，產(chǎn)生該異響聲音的直接原因是軸承內(nèi)部滾道出現(xiàn)了摩擦或者壓痕等，抑或是軸承存在松曠現(xiàn)象。以下針對(duì)該車型產(chǎn)生噪音異響的問題樣件進(jìn)行相關(guān)零部件尺寸符合度、裝配工藝等方面展開分析。

將樣件拆解后，觀察各部件外觀形貌，均無碰撞劃傷痕跡，無異常，見圖1。

觀察軸承內(nèi)外側(cè)油脂形貌，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)油脂顏色，無異常。對(duì)注脂量、油脂水分兩項(xiàng)進(jìn)行檢測(cè)。將輪轂軸承清洗，清洗前后對(duì)樣件進(jìn)行稱重，得知油脂重量為12.17g，滿足9.4～12.4g范圍。油脂水分值0.208%，滿足≤1.5%要求。排除油脂因素以及軸承外部損傷造成的異響。軸承清洗后，觀察保持架形貌及兩側(cè)鋼球表面形貌，發(fā)現(xiàn)鋼球上有環(huán)帶壓痕。再將局部放大32X，能清楚看到有嚴(yán)重環(huán)帶壓痕。壓痕損傷會(huì)造成軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生噪音異響。見圖2。

鋼球環(huán)帶壓痕可能是由于零部件尺寸不合格，軸承游隙值超差，軸承未壓裝到位，預(yù)緊力不足等原因?qū)е隆?/p>

3.1 軸承尺寸符合性對(duì)壓痕損傷的影響

對(duì)內(nèi)部溝道各尺寸及相關(guān)配合尺寸進(jìn)行檢測(cè)，通過與標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸對(duì)比。異響問題樣件，無松曠現(xiàn)象，各值均滿足要求。具體檢測(cè)結(jié)果見表2。

3.2 游隙與硬度對(duì)壓痕損傷影響分析

踩用專用的游隙檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)軸承游隙。軸承游隙檢測(cè)值為0.10um，符合0.08～0.10范圍，可排除由于軸承游隙超差導(dǎo)致軸承鋼球碾邊的可能。用洛氏硬度儀檢測(cè)軸承表面硬度。軸承表面硬度符合要求值，可排除由于軸承硬度不合格導(dǎo)致軸承鋼球碾邊的可能。具體數(shù)值見表3。

3.3 擰緊力矩對(duì)軸承異響影響分析

正常情況下，輪轂軸承經(jīng)鎖緊螺母預(yù)緊后，軸承內(nèi)部是呈負(fù)游隙狀態(tài)，輪芯與內(nèi)圈為過盈配合狀態(tài)，并一起運(yùn)動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而打滑的情況。故障件拆解檢測(cè)軸承內(nèi)圈端面有磨損，可以確定軸承在使用過程中預(yù)緊力不足，導(dǎo)致鋼球碾邊形成環(huán)帶壓痕，最終導(dǎo)致行車異響，見圖3。

預(yù)緊松動(dòng)導(dǎo)致鋼球碾邊。是驅(qū)動(dòng)軸鎖緊螺母預(yù)緊力不夠或衰退導(dǎo)致軸承內(nèi)、外圈夾緊力不足，使內(nèi)側(cè)端內(nèi)圈退出。使軸承工作游隙變大，受到徑向力時(shí)，軸承中的鋼球跑到了套圈滾道的邊緣，邊緣棱邊對(duì)鋼球表面形成環(huán)帶狀壓痕，見圖4。

4 改善措施

為驗(yàn)證軸向預(yù)緊力對(duì)輪轂軸承的鎖緊效果，特對(duì)輪轂軸承的壓緊力與鎖緊力矩的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)。根據(jù)軸承的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，軸向壓緊力要求為80～100kN。經(jīng)測(cè)試對(duì)應(yīng)的鎖緊力矩230-310N.m，考慮擰緊力矩的衰退，將擰緊力矩設(shè)定為270±10N，比原設(shè)定的220N.m的力矩高50N.m。合格輪轂軸承樣件裝至試驗(yàn)測(cè)量進(jìn)行驗(yàn)證，截止試驗(yàn)完成，未有軸承異響問題發(fā)生，說明改善措施有效（表4）。

5 結(jié)束語

本文對(duì)該車型的輪轂軸承異響問題，根據(jù)其配合形式、工作原理等，進(jìn)行樣件拆卸分解，檢驗(yàn)、分析輪轂軸承異響的真實(shí)原因，保證了該車型市場(chǎng)車輛不出現(xiàn)該問題。解決預(yù)緊松動(dòng)導(dǎo)致鋼球碾邊的異響問題，可以有效延長(zhǎng)輪轂軸承的使用壽命，以及保證駕乘人員的駕駛體驗(yàn)和人身安全。對(duì)后期輪轂軸承開發(fā)過程中出現(xiàn)同類異響問題，提供參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒有坤等，某車型后輪轂軸承異響問題分析，長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心等，2017.06.

作者簡(jiǎn)介

胡勇俊：（1991—），男，浙江臺(tái)州人，學(xué)士，主要從事制動(dòng)方面的研究。