汽车轮毂轴承的两类剥落失效分析(1).pdf

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’蕊铲。。。。,嬲 j 篇戛。。。。 汽车轮毂轴承的两类剥落失效分析 ※甘草.%* 秆Ⅱ渡戚痔 ‘l ■z H } n * 1 ■{ tJ ■⋯⋯ * l a t “ ㈣| * &t t } n “ } 女m H Ⅱ} * “ p s E M * t £E . } k “* t 舌々 自“ 女日 Ⅲ .一 * 自 t ⅡH “W I 一 * m 自f 月Ⅱ* * Ⅷ h } { k n i h A 4 “ Ⅱ 十“ 自女} &女7 t 自 自女n “Ⅱ Ⅲ n * * { I * 口t 女{ ≈ n * 自F * * H “ i } 月目一 ●} t 十日 自“B “4 4 _ } t 十n 自} 女i 4 目自f H 4 } ‰* * ∞i } 目目* { 匕t * R * H ≈* t 々} m H 口t T m ,自r &* n ■ ,* A * 自 * №∞* 十 自 m T m * * 月自} H n d 镕 * t Ⅷ. n ■I “ 一* H { * ∞■m { 自十女 十目 女{ t 【6 a tT H l l7 I女■ m q ;A * z } 女 l I * &i l E 日女m 目∞W ∞* m m Ⅻ.1 l 镕 目* * W 镕∞m 自l { “* 1 轮戢轴承两类剁落失效特性 11 * 一女W * * 女d 镕∞ m ⅡⅫ日I .2 M i 口I 目 m ∞“ 目m m Ⅻ.目2 ~£ t ∞ ■ m m &目目 m ∞№目* * ∞”目 R M } E &【IA } 镕 ”“* * T t £ m 自自目】2 f M Ⅻ ≈№№t 月自{ 目 W 自 E m u 目自十r Ⅸ* m 镕 * d ;目H 寸.№m * 一* ■ ∞s E M 。怎麓蒜慧糕戮, i i i i i 姥群i 器i 。溢⋯⋯。。 。。。。。 ■■11, 薰篓蒸雾一 万方数据 。‰m t * * “ ∞目女d * * ”M * ‰自1 日{ i4 4 { Ⅻ~Ⅵn 女Ⅻm M & “镕Ⅸ∞ 自F “№※‰,I 自r %n Ⅻ镕 l 口* * { t * 目∞l E &* W ” 蕊曼i 黧勰糍拦 21 ■一 ■镕* H * R m 一№* 目【】Ⅻf * H * 、R t 口 Ⅷ镕镕r ∞ q A “ m { “ 十4 , m { E H 女} K m ∞t n m l Ⅻ№[ - I l * r m * mb 口 Ⅲ~ 自十* 十 ∞ 自. * t 4 * t * ≈‘’№Ⅻ№m ~∞≈m ”W I * m ■f * { 目№M F ≈m ”* 月. №* 女镕 ⅫT 镕 m 女i №&&月 * * * 自I &m ”目* m t { d ∞ * Ⅸ n R ~镕月Tm 自镕;* m m * m &自T m m “& Ⅷ,&* & h Ⅲ目W ★ⅫW 镕&,I 口.* 自 々* d ∞ №≈目4 n * m H m m Ⅻn M Ⅻ} r W 自女Ⅻm m r 月目 Ⅲ.&m m &m m ⅨW 日j * 自镕镕n * ⅨM m * 日自f 黑掣鲞一 圄一圈撩鋈一盘 万方数据 中国矿业大学学报 第2 9 卷 力集中将导教剿落区域沿闹向的进一步扩展。遗 祥,就形成了车轮轴承的第一类剥落, 2 .2 第二娄剩落失效分析 第二类剥落的共阏特撼是剥落条纹在轴承滚 遭周向等闻距分布.识是,A 型剥薅条纹彝B 型溅 落条纹的形成枧理不弱,下鼹将分别探讨这两种类 整裂落条绞豹形残撬疆, 2 .2 .1A 型剿落条绞的轴向冲击视理 A 型剿落条纹分布在轴承滚道整周.即剥落象 绞不是局限予轴承的强向承藏区域。遮说明1 径 向载荷不是譬致A 型剥落条纹发生的主要原因; 2 毒巍向载蔚是A 型剥落条纹发生的必餐条饽;3 A 型剥落条绞一定产生于汽车遴学工作避程中; 基于以上分析,本文提幽了A 型利落条纹的 鞴秘载蒋肄番税理.後梳瑾龟括1 辅承的内部及 辅承与窿孑L 的轴向配合面问存在游隙 无轴向预紧 或轴向预紧不够 ;2 运行中的汽车转向和摆动提 供轴向惯性力即轴向载荷.因此,汽车运行中的轮 毂轴承在不断的轴向冲击藏蒋 轴向摄动 作用T , 滚邈周内_ 褒与滚动体j c 事应的位爨形畿徽裂绞势继 续扩展。轴承滚遘圈囱剿落条绞盼密度反证了谈模 型的合握性。当轴承外圈相对予内圈转动的频率 与辘商载蓿冲击频率稽等或成整倍数时,测蔫条纹 密度小弼z 条 z 是滚韵体个数 ,A 型剥落条纹程 度最严重;当外圈相对予内圈转动的频枣与轴向载 荷冲击频率不成整倍数时,剥蓼条纹密度大,剥藩 程度较轻。 2 .2 .2B 魁测落条绞豹徽袭磨壤橇理 B 型剥落条纹分布于辅承的局都瘸囱 鄂径向 承载区 滚道一t ,涮落祭纹的问躐与滚动体问距相 对应.这澄酾1 径向载荷是B 穗剥落条纹发生的 必要条件;2 径向承载区的滚动体在与滚道的轴 向接触线 小蕊积 上发生了反复微小的游动,造成 疲劳剁落;3 B 型剥落条纹应该产生予汽车鲍被 动运辕过程申,如船运或铁路运输 对被动运输汽 车簸终纛检测对,发瑾麸没有运行避的汽霉轮毂辅 承表褥已膏B 塑徽,j 、损伤.滚动体与其徽动磨损 模墅如翻7 所示.在运输道程中,有人常常认为径 向微动 冲击微动 应该比轴向微动 冲击微动 更 易发生.事实上,因为汽车的颀向减振比孽哇l 向减振 好。轴赶微动更容易发生。 在汽车蛉技动运辕过程中,鼹露不平度霹以g l 趁车轮轴承在接触煮附近麴微幅振动会产生微小 熬搬锯条。璐张了轮黢辘承后续主动行虢过程中失 效凡率帮程发. ‘ 崎’振动糟值 黼7 车轮轴承微动翳损模型 F i g .7F r e t t i n gm o d e lf o rw h e e lb e a r i n g s 当汽车主动行驶时,原有的擐伤条的微凸体皴 着点的不敷剪鳜以及毅牯营点麴重囊魅终,该避露 嶷复进惫,搏导致轮毂辘承滚遵裘蕊条型微动裂纹 戳及条形潮落静形成.并且,滚动俸与条形剥落边 缘的接魅矫;l 起的液力集中,将导致条形辎落浴周 向扩宽. 3 簿馁粼落失效静对策毒擀熬 本文分别从汽车车轮轴承鞭类疲劳剩落形成 的不同枧理,懿钵搽讨蹲低疲劳测落失效豹对策. 3 .1 降低第一类剥藩失效的措施 第一类利落失效怒典整酌藏触疲劳失效n j .提 离轴承寿命 静延长轴承循环次数 的有效途径是 降低滚动体载荷.具体方法可利用数字技术 如大 型的有限元和优化软件 ,通过对车轮轴墩系统的 整体动态优化设计实现.通过轮毂轴承的参数挽 化,⋯方耍可使轴墩躲工作游隙接近予零,能受芬 嚣的承载滚予数强增搬;另一方嚣,捷滚动体受藏 均匀,鄂遥过对滚动体迸舒适当母线修正,避免滚 动俸端部与滚遭接触产生过大应力,对数谁线修正 可戳获瑶论上使得滚子接触藤力经向基串椭圆分 布而轴向呈均匀分布,目前S K F 公司拥有这方面 的技术实力. 3 .2 降低第二类剥落失效的攘嫩 3 .2 1 抗微魂磨损对策 徽魂囊损是秘辩涉及舞糕着、密毽、襞纯和疲 劳4 种磨损梳理的一种特殊蘑损[ z - - | ‘3 .如何有效减 少甚至漓除微动纛损一直是微动磨损领域的研究 热点之一.备专家学者从不同角度提出了抗微动的 观点和攒施n “] .从微动磨损形成的根本起因,可将 抗微动磨攒技术概撼为3 个方嚣;1 使产生微动 的甄个接触裘薅宪全分离 如磁悬浮轴承 ;2 宠 全消除或减少耨接歉蕊黪糟对运葫 鲡健载荷增抽 到足够大 ;3 逵释露爨努抗徽蘑蘑损的材辩 翔 摩擦副表面镀抗微动层,润滑脂中加入抗徽动添加 剂 。本文将结合车轮轴承的特点,提_ 哇l 率轮轴承抗 徽渤摩擦的有效途径. 万方数据 第5 期 张雪萍等汽车轮毂轴戚的两类剥落失效分析 轮毂轴承檄动囊损存在的妊要条襻链括辅承 的径向载荷、滚动体与最大滚道接触处的微小振 动.赝以减少微砖磨损的措施有;1 尽魅减少辘敷 的游隙,降低单个滚动体的载荷,这可以通过轴承 预紧等方法实现;2 轮毂轴撒内部及越安装的澜 凑耱孛舞秘撬徽动瘸损静极蠖添燕裁;3 运簸避 程中使车轮旋转.可以使滚动体与滚道的接触区域 改变,从而有效减弱车轮轴承的微动磨损;4 轮毅 辅承的表耐镀抗徽动磨损豺瓣;5 增强运输避程 中的减振,缩小微动的幅值,将有效降低微动磨损. 3 ,2 .2 辜囊翔冲击载蓊对策 根据轴向冲击形成的机理,降低B 型剥落的 有效措施祷1 增强汽车运行过程中的横向减振 麓力,减轻辘岗静静毒载蔫 绸螽在辘囱增援弹簧 垫片;2 尽量减少轴承的轴向游隙,降低轴向冲 击的幅度,遮可以通过轴承装配过程的选配轴向垫 阐厚度来实褒. 4 结束谶 1 表面诱发型疲劳失效是轮毂轴承的主要失 效形式. 2 轮毅轴承豹裘覆失效蠢两种主簧豹失效类 溅一种是接触疲劳造成的溉续剥落;甥一种是微 韵与{ 孛击遗戎的等蠲距条获剿落. 3 降低第一种剥落的主璎措施是通过轴承系 统的动态参数优化设计,使轴嫒工作游羰尽量接近 予零,增加澈载的滚动体数目;通过滚动体的鼓形 修芷,使滚动体载荷爆可能均匀分布.降低第二种 裂落静套效途径是藏低汽车教曩运输孛豹敷动裂 纹,在车轮轴承中添加极压添加剂、增强横向减振 措施、避免轴向过载冲击. 参考文献; [ 1 3 万长淼.滚动轴承的分辑方法[ M ] .北京;机械工般 出版丰主.1 9 8 5 .1 4 8 ~1 5 0 . C 8 ] 何明鉴.机械构件的微动疲劳[ M ] .北京国防工业 出舨挂。1 9 9 4 .7 - 9 . [ 3 ] 邵荷擞.摩擦与滕损[ M ] .北京机械正业出版挂, 1 9 9 3 .3 4 43 6 9 . [ 4 ] M e r v i nH ,J o n e s ,l k u g t a sS c o t t 。I n d u s t a i a | t r i b o k 咏y r M ] .A m e r i c a .N C WY o r k E l s e v i e rs c i e n t i f i cP u b - l i s h i n gC o m p a n y 1 9 8 3 .1 819 . 墨3 Z h o uzR 。G r e a s el u b r i c a t i o ni nf r e t f i n g [ J ] ,J o u r n a l o f T r i b o [ o g y - 1 9 9 8 12 0 4 7 3 77 4 2 . [ 6 ] L e h e u pER .F r e t t i n gw e s to fs i n t e r e di r o nu n d e rl o w n o r m a lp r e s s u r e [ J ] .W e a r ,1 9 9 8 ,2 2 1 8 8 9 3 ; I n v e s t i g a t i o no nT w oT y p i c a l F l a k i n gF a i l u r e so fA u t o m o b i l eW h e e lB e a r i n g s Z H A N GX u e p i n g ,Y A OZ h e n q i a n g ,Y UY a b o ,W A N GC h e n g ~1 a o S c h o o lo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ,S h a n g h a iJ i a oT o n gU n i w , r s i t y ,S h a n g h a i2 0 0 0 3 0 ,C h i n a A b s t r a c t B a s e do nm a c r oo b s e r v a t i o na n dm i c r o S E Ma n a l y s i so ft h e6 0 0s e t so ff a i l u r eb e a r i n g st W Ot y p i c a I f l a k i n gf a i l u r e sw e r er e v e a l e di na u t o m o b i l ew h e e lb e a r i n g s T h ef i r s tt y p eo ff l a k i n gt a k c sp l a c ea tt h er a c e w a yn e a rc o n eb a c kf a c eO r “ c u pf r o n th o e ,a n dd e v e l o p sa l o n gt h ea x i a ld i r e c t i o n .T h eo t h e rt y p eo ff l a k i n g d i s t r i b u t e se q u a l l ya l o n gc i r c u m f e r e n c ei ng r i df o r m .C o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ea u t o m o b i l ew h e e l h u b /b e a r i n g sa n di t sd y n a m i c sd u r i n gr u n n i n g ,t W Or e l a t e dm e c h a n i s mm o d e l sw e r ed e v e l o p e d .T o ol a r g e w o r k i n gc l e a r a n c es h o u l da c c o u n tf o rt h ef i r s tt y p eo ff l a k i n gf a i l u r e ,a n d “ f r e t t i n gw e a rd u r i n gt r a n s p o r t a t i o n a n da x i a li m p a c t i n gd u r i n gr u n n i n gs h o u l db er e s p o n s i b l ef o rt h es e c o n dt y p eo ff l a k i n gf a i l u r e .I no r d e rt Or e d u e ea u t o m o b i l eb e a r i n gf l a k i n g ,i ti ss u g g e s t e dt oo p t i m i z eb e a r i n gc l e a r a n c ea n dr o l l e rp r o f i l ea n dt Od a m p a x i a lv i b r a t i o n . K e vw o r d s .w h e c ih e a r i n g ;} 瀛k i n £;c l e a r a n e £;f r e t t i n gw e a r ;a x i a li m l z 睦C t 万方数据
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