某车型后轮毂轴承异响问题分析

邹有坤，许修国，李华雷，于志超，段雨蒙，王文龙

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

某车型后轮毂轴承异响问题分析

邹有坤1,2，许修国1,2，李华雷1,2，于志超1,2，段雨蒙1,2，王文龙1,2

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

针对某车型轮毂轴承异响的问题，从外观分析、尺寸分析、理化分析、台架试验和整车路试等方面找出失效真因，并给出解决思路，为后续相似问题的排查及解决提供理论支撑。

轮毂轴承；异响；失效分析

0 引言

轮毂轴承的主要作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导，它既承受轴向载荷又承受径向载荷，具有安装方便、受装配因素影响小等优点。某SUV车型上市1年内，售后市场共反馈后轮毂轴承异响问题23例，产生直接及间接经济损失共计23.5万元，引起顾客抱怨，影响某司品牌形象，需对此问题进行立项整改。

1 失效问题分析

根据售后反馈信息，故障样件在生产日期、故障日期、失效里程、地域分布无集中性，可视为样件本身缺陷导致异响。通过拆解异响轴承，从外观、尺寸和硬度检验3个方面进行分析[1-2]。

1.1 外观分析

将故障件拆解，通过观察，轴承内部油脂色泽光亮，无变色痕迹，无异常，见图1。

图1 故障件外观图示

使用特定刮色钢球对沟道沟曲率进行刮色检验，因钢球与沟道轮廓一致，正常情况下，通过贴合后刮擦，能将沟道表面红色油漆刮去；但故障件内、外法兰沟道受异常冲击，造成沟道表面出现冲击变形痕迹，变形区域红色油漆使用刮色钢球无法刮去。通过对故障件外法兰沟道刮色观察可以发现，外法兰内外侧沟道对称位置(具体见图2印痕示意图)存在明显的冲击变形现象。

图2 印痕示意图

1.2 尺寸分析

依据相关检测标准规范，对失效轴承各零部件进行轴承摆动量、小圈沟道尺寸、内法兰沟道尺寸、外法兰外侧沟道尺寸和外法兰内侧沟道尺寸检测，通过与标准要求尺寸对比，故障件轴承摆动值超差，轴承松旷，其他各尺寸均合格。具体检测明细见表1。

表1 尺寸分析检测明细表 mm

1.3 硬度检测

随机取故障件内、外侧钢球各两颗，检测其硬度，每颗钢球各检测3点。通过检测，故障件内、外侧钢珠基体硬度均在要求值范围内，结果见表2。同时对失效样件内、外法兰进行切割取样，严格按照硬度检测要求，检测内、外法兰样块硬度。故障件内、外法兰基体硬度均在要求值范围内，结果见表3。

综上所述，通过对失效件进行分析得出，失效件主要存在2种失效现象：(1)对角位置存在等球距压痕；(2)轴承摆动量超差，轴承已出现松旷。

表2 钢球硬度检验结果

表3 内外法兰硬度检验结果

2 故障再现

2.1 松旷异响验证

随机抽样新轮毂轴承4件，将轮毂轴承安装到轮毂轴承耐久试验工作台上，如图3所示，施加径向加载力，轮毂轴承连续运转，至轴承异响后试验停止，从试验工作台上拆下轮毂轴承，检查轴承有无松动。

图3 轮毂轴承耐久试验加载示意图

径向加载力按公式(1)进行计算：

Fr=fw×1/2wf

(1)

式中：wf为满载轴荷(N)；fw为载荷系数，一般选取1.0；Fr为径向加载力，垂直于路面作用力，加载在车轮中心位置。

轮毂轴承耐久试验结果如表4所示。

表4 轮毂轴承耐久试验结果

2.2 印痕深度与异响失效分析

随机抽样新轮毂轴承15件，将轮毂轴承安装到静态压痕试验工作台上(模拟车轮受力，通过台架对轴承施加载荷)，如图4所示，通过不同的加载力(见表5)，制作不同印痕深度的轮毂轴承样件，试验完成后，将轴承样件装车测试确定导致异响最小印痕深度。

图4 静态压痕试验加载示意图

载荷条件0．6g0．8g1．0g1．2g径向/N79408864978710711轴向/N47647091978712853

接地点径向力，按公式(1)进行计算：

(2)

接地点轴向力，按公式(1)进行计算：

(3)

式中：Waxle为整车前/后轴荷(N)；Hcg为整车质心高度(mm)；as为冲击系数，一般选取1.0；Sf为轮间距(mm)；ag/g为侧向加速度系数。

静态压痕试验数据及装车测试结果：样件印痕深度2.05～13.13 μm，6.78 μm时轴承装车出现异响，失效载荷1.0g，如表6所示。

表6 静态压痕试验数据及装车测试结果 μm

2.3 松旷与冲击印痕的关联性分析

制作正负游隙轴承，并进行静态压痕试验，加载载荷1.3g，对比初始负游隙数据与沟道压痕深度，检测结果显示沟道印痕深度与轴承游隙无正、反相关关系(见表7)，即证明松旷与冲击印痕为不强相关联的2种失效模式。

表7 不同负游隙产品静载压痕试验压痕数据

μm

3 改进优化

众所周知，产品的强度分布与载荷分布交叉区的大小是由零部件的安全余裕度决定的。因此，主要从产品加工工艺和零部件选择进行改进，对原有结构进行优化处理。

方案一：更改铆接结构，使铆接有效宽度不小于1.5 mm，小内圈倒角尺寸由2.7 mm调整为3.0 mm，倒角径向尺寸由3.0 mm调整为1.5 mm(见图5)。随机抽样新轮毂轴承样件，进行轮毂轴承耐久试验，至出现异响停止试验，出现异响时间从68 h增加至86 h，质量提升约26.5%。

图5 铆接结构改善示意图

方案二：钢球直径(φ13.494 mm)不变更情况下，钢球节圆直径由φ52 mm变更为φ56 mm，轴承内外侧各增加一颗钢球，因钢球中心径上调4 mm，出于设计优化考虑增加轴承强度，将内法兰轴颈(与小圈配合处)增加4 mm，在保证铆接量的同时则齿圈的检测中心径需同时做相对移动；改型样件示意图如图6所示，改善前后数据对比如表8所示。

选取改型样件进行静态压痕试验(测试数据见表9)，试验加载为0.8g、1.0g、1.2g、1.3g，试验完成后检测对比故障件压痕深度与静态压痕深度。检测结果显示1.3g为改型后最小失效载荷，滚道印痕深度为12.18 μm≥6.78 μm。

图6 改型样件示意图

项目改善前改善后钢球中心径/mm5256钢球个数(单列)1112额定动载荷Cr/kN58．662．4跨距L/mm59．462．2外圈最大应力/MPa38083666内圈最大应力/MPa41443937

表9 改型样件静态压痕深度

4 小结

通过对轴承异响原因进行检验、分析，寻找失效真因，并模拟轴承受力情况，复现失效状态,有效解决轮毂轴承因异常冲击导致的异响问题，避免轴承在短周期内失效，延长轮毂轴承使用寿命，同时对同类产品类似失效模式的改进有一定的借鉴意义。

【1】李奕宝.某轿车减振器异响分析与优化[J].汽车零部件,2013(8)：58-60. LI Y B.Analysis and Optimization of Automotive Shock Absorber Noise[J].Automobile Parts,2013(8)：58-60.

【2】郭慧焘.某轻型载货汽车后桥异响机理与改进分析[D].长春:吉林大学,2012.

【3】喻凡，林逸.汽车系统动力学[M].北京：机械工业出版社，2005.

Noise Analysis for Hub Bearing of an Idling Vehicle

ZOU Youkun1,2，XU Xiuguo1,2，LI Hualei1,2，YU Zhichao1,2，DUAN Yumeng1,2，WANG Wenlong1,2

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000, China； 2.Automotive Engineering Technical Center of Hebei, Baoding Hebei 071000, China)

In order to solve the problem of abnormal sound of a hub bearing, from appearance analysis, dimension analysis, physical analysis, metallographic examination, bench test and vehicle test, the failure cause was found out, and the optimum design direction of the structure was proposed. It provides theoretical support for the investigation and settlement of similar problems.

Hub bearing; Noise; Failure analysis

2017-02-25

邹有坤(1988—)，男，工学学士，助理工程师，研究方向为零部件疲劳验证及分析。E-mail：zouykun@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.06.019

U463.343

B

1674-1986(2017)06-069-04