ZK6110H客车轮毂轴承的故障失效分析

焦红兰

摘 要：汽车轮毂轴承从受力分析看，主要承受通过悬架系统传递而来的汽车的重量，但从装配关系看，汽车轮毂轴承主要与制动系统连接装配。所以轮毂轴承也是汽车的重要件，对汽车整体性能起着关键的作用。本文结合客车轮毂轴承的使用工况及对售后反馈轮毂轴承的失效型式、失效轴承的材料、硬度等状况进行分析，列出造成轴承失效的主要原因。

关键词：滚动轴承 质量失效 轮毂轴承

中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0044-02

1 产品结构介绍

圆锥滚子轴承主要由内圈、外圈、滚子以及保持架组成，几何形状见图1。圆锥滚子轴承有以下特点。

内、外轮毂轴承分别安装在后轮鼓内腔，见图2装配位置示意图。通过锁紧螺母将两轴承的预紧达到一个理想的间隙。轴承的预紧对轴承本身的失效起着至关重要的作用。如何合理的装配和零件质量的提高对轴承失效的控制很重要。

汽车轮毂轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷，是一个非常重要的安全件。国内大部分客车都是采用传统的两套单独的圆锥滚子轴承，如图2所示，内、外轮毂轴承分别安装在后轮鼓内腔，通过锁紧螺母将两轴承的预紧达到一个理想的间隙。如何合理的装配和零件质量的提高对轴承失效的控制很重要。这种结构是在汽车装配时需要进行调整游隙、预紧、添加润滑脂等，质量靠装配过程中诸多人为因素控制。

2 售后数据的分析

根据售后服务的数据分析，共有33起轴承失效故障，频次分别为开裂、破损、断裂的情况57%；噪音大故障为19%；磨损（使用后松旷，松脱）故障为19%；烧蚀、烧损故障为5%；轴承失效原因分类见图3。从数据上分析排除批量性的问题，是偶发性的故障。批量性的故障重点从材质、产品设计、产品选型等问题去考虑分析，偶发性从装配情况，热处理等情况去分析考虑。0～2000 km无失效故障说明整车出厂前没有失效故障；到2500 km后陆续出现开裂、断裂等故障，失效件有部分出现在客车公司强制保养的过程后出现故障。由于客车公司要求在2000～3000 km数强制保养，很大一部分轴承失效是保养过程中没有将轴承的轴向间隙调整到合理的间隙范围，造成轴承失效。初步推断出失效原因可能为轴承轴向间隙过大或过小、轴承套圈硬度偏高、配合过盈量等原因。轴承失效故障件行驶里程（公里）见图4排列图。

3 通过鱼刺图对汽车轮毂轴承失效故障的分析

我们对造成轮毂轴承故障的现状进行了分析，组织小组成员运用头脑风暴法，结合目前现有的统计数据，从人（人的要求）、机（工装、设备、量检具等）、料（零部件、实物等）、法（标准、产品文件、工艺文件等）、环（环境因素等）和测六方面进行分析，绘制了导致轮毂轴承失效的鱼刺图，见图5。

结合对人、机、料、法、环和测6个方面描绘出的轮毂轴承失效的鱼刺图以及从返回的售后失效件来看，初步推断出失效原因可能为轴承轴向间隙过大或过小、轴承套圈硬度偏高、配合过盈量等原因。综合分析，原因如下：

（1）在2000～3000 km数强制保养，保养过程中没有将轴承的轴向间隙调整到合理的间隙范围。

（2）工艺要求打紧螺母后退回1/8～1/4圈，装配工所测的8～15 Nm轴承预紧力矩是假象，并不是真实的数值了（此时油封座圈和轴承是否已经到了合适的位置）。

（3）轴承套圈硬度偏高，小挡边易掉块，以至于使得开裂、破裂等失效。

（4）配合过盈量小（轴承的内径或外径超差未能及时检验出造成套圈打滑烧损）导致轴承套圈打滑产生热裂纹。

（5）轴承保持架窜动量大，导致噪音大。

（6）在生产包装前，有异物、粉尘、油污等进入轴承，轴承没有清洗干净造成磨损，使用后松旷，松脱。

4 纠正和改进措施的制定

轮毂轴承故障失效原因分析清楚后，组织相关职能人员对分析的问题逐项进行解决：

（1）起草指导文件说明在2000～3000 km数强制保养过程中装配轴承的轴向间隙的注意事项，并通过客车企业的售后部门传达至维修站。

（2）装配工艺作相关调整：敲入轮毂外轴承内圈，然后装上轮毂轴承调整螺母，将轮毂轴承调整螺母拧紧，拧紧力矩为500～550 Nm，然后松开螺母，用手转动制动鼓2～3圈确定轴承正确就位，再拧紧到500～550 Nm，然后用手转动制动鼓应感到沉重以确定轴承预紧，然后退回1/8～1/4圈。这样反复的打紧松开目的为了消除轴承之间，以及油封座圈假象的位置，确保所测的8～15 Nm预紧力矩为真实的。

（3）要求轴承制造厂家：热处理严格控制零件淬火硬度并增加回火工艺，将硬度控制在标准中的下限HRC60-63。对每批轴承零件热处理硬度抽检检验，发现硬度高于HRC63的零件，立即通知热处理按200 ℃高温回火处理。

（4）轴承生产过程中：对零件内径及外径百分百检验后，增加由终检验收，按抽样方案标准GB2828-87《逐批检查计数抽样程序及抽样表》检验合格后，再进入装配。

（5）更改轴承保持架装配检查工艺，对成品轴承保持架收缩量的检验由抽检改为全检，达到0.1～0.5 mm工艺范围。

（6）更改成品轴承清洗、涂油包装工艺规程：对轴承包装前的清洗油和防锈油由一个月更换一次，改为半个月更换一次，保证轴承清洁度。

5 改进效果及结论

ZK6110H客车轮毂轴承的故障失效攻关项目在6月底已完成了相关改进措施并加以实施，由公司售后人员进行的跟踪及信息反馈（截止十二月底）表明：从2010年1月至9月份轮毂轴承失效共1件，同期比较有了很大的改善，达到了预期制定的攻关目标。

通过以上实例可以看出，产品质量的因果关系完全可以通过鱼刺图全面的反映，它不仅把产品质量中产生的原因与存在的问题较全面的表现出来，而且主、次原因层次分明，可以从中反映各种影响质量的因数之间的关系。鱼刺图的图形虽然比较简单，但是需要具备一定的技术理论水平与生产经验，需要对整个生产流程控制比较全面、深入的了解，才能够绘制出客观反映实际影响失效因数的鱼刺图。