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　　摘　要：在概括汽車輪轂軸承零件常見失效形式的基礎(chǔ)上，指出了輪轂軸承壽命的影響因素，并從材料技術(shù)、表面處理技術(shù)、深冷技術(shù)以及潤滑和密封技術(shù)等方面綜述了近年來提高軸承可靠性，延長軸承壽命的途徑。
　　關(guān)鍵詞：輪轂軸承；失效分析；壽命；影響因素；改進(jìn)
　　汽車輪轂軸承的主要作用是承重和為輪轂的轉(zhuǎn)動提供精確引導(dǎo)，既承受軸向載荷又承受徑向載荷，其質(zhì)量對整車質(zhì)量有著重要影響。隨著使用要求的不斷提高，汽車輪轂軸承正朝著集成化、高性能、高可靠性和長壽命的方向發(fā)展。
　　輪轂軸承（以下簡稱軸承）壽命是評價輪轂軸承的綜合指標(biāo)，軸承的材料、設(shè)計(jì)和加工工藝、潤滑方式、密封裝置和使用條件（包括載荷、速度、溫度和環(huán)境等）對軸承壽命和使用性能都有著不同程度的影響。輪轂軸承單元的使用壽命是由疲勞壽命、潤滑劑壽命、密封件壽命等多種因素共同作用的結(jié)果。輪轂軸承單元的壽命Z終可通過在試驗(yàn)場進(jìn)行的實(shí)車耐久試驗(yàn)結(jié)果確定。
　　1　影響軸承壽命的因素
　　汽車在運(yùn)行過程中路況復(fù)雜，環(huán)境惡劣，輪胎與地面的作用使車輪既承受徑向力又承受軸向力；當(dāng)汽車在斜面上轉(zhuǎn)彎時還受到軸向力產(chǎn)生的彎矩作用。因而，汽車輪轂軸承大都采用成對使用的向心推力軸承。通過失效分析發(fā)現(xiàn)，汽車輪轂軸承具有表面剝落、磨粒磨損、滾道和滾動體燒傷、點(diǎn)蝕等多種失效形式，其中軸承滾動接觸表面誘發(fā)型失效是Z重要的失效形式，以內(nèi)、外圈滾道表面及滾動體表面剝落所占比例Z高^[1]。影響軸承壽命的因素是多種多樣的，所有安裝、使用、維護(hù)和保養(yǎng)以及軸承材料的質(zhì)量和設(shè)計(jì)制造過程都軸承的壽命有關(guān)。主要影響因素如下。
　　1.1 安裝和使用
　　軸承的安裝調(diào)整、維護(hù)和保養(yǎng)要符合規(guī)定的技術(shù)要求，軸承安裝不合適會導(dǎo)致軸承各組成零件之間的受力狀態(tài)不正常。特別是軸承游隙的調(diào)整，當(dāng)軸承游隙調(diào)整不合適時，汽車在非平穩(wěn)、轉(zhuǎn)彎或側(cè)傾運(yùn)行時會導(dǎo)致某一單側(cè)因承受過大的軸向載荷以及彎矩引起的過大徑向載荷，出現(xiàn)嚴(yán)重的早期疲勞失效。
　　1.2 密封與潤滑劑
　　汽車高速運(yùn)行中，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的磨粒及污泥等外界磨粒會侵入軸承滾道，潤滑劑潔凈度不高時，其中的微粒也會充當(dāng)磨粒。磨粒顆粒較小時會在內(nèi)、外圈滾道和滾動體表面產(chǎn)生擦傷；當(dāng)顆粒較大或較硬時，磨粒磨損引起的過熱將導(dǎo)致內(nèi)外圈滾道和滾動體表面燒傷^[1]。因此輪轂軸承的密封質(zhì)量、潤滑劑和潔凈度是影響軸承壽命的重要因素。
　　1.3 材料
　　軸承鋼的潔凈度和組織均勻性是影響軸承使用壽命的重要因素。軸承的疲勞剝落起始于鋼中的夾雜物，特別是氧化物類非金屬夾雜物是引起剝落的主要原因。氧化物型夾雜物在軋制等熱加工過程中不延伸，與基體間產(chǎn)生空隙，是應(yīng)力集中源，在表面層下Z大剪應(yīng)力作用下，就會產(chǎn)生應(yīng)力集中而加速疲勞破壞。圖1是氧含量和非金屬夾雜物對軸承壽命的影響^[2]。 　　國內(nèi)對軸承零件的熱處理一般都采用整體淬火和低溫回火，這樣可獲得含有80%以上的馬氏體、5%～15%的殘余奧氏體及5%～10%的殘留碳化物的混合組織，從而獲得較好的力學(xué)性能^[5]。
　　1.6 表面層質(zhì)量
　　軸承的主要失效形式是疲勞和磨損，疲勞和磨損均發(fā)生在接觸表面和表面層，顯然工作表面層的質(zhì)量對軸承的可靠性和使用壽命是至關(guān)重要的。以軸承滾道表面層質(zhì)量為例，研究表明滾道表面粗糙度值Ra在0.050mm時，軸承可達(dá)到合理的壽命^[6]。除表面粗糙度外，軸承滾道表面波紋度對軸承壽命也有影響。
　　1.7 表面殘余應(yīng)力
　　由于零件的疲勞失效出現(xiàn)在承受過大拉應(yīng)力的時候，所以，當(dāng)表面有較大殘余壓應(yīng)力時，會抵消同等數(shù)值的拉應(yīng)力，而使鋼的實(shí)際承受拉應(yīng)力數(shù)值減小，使疲勞強(qiáng)度極限值增高。當(dāng)表面有較大殘余拉應(yīng)力時，會與承受的拉應(yīng)力載荷疊加而使鋼實(shí)際承受的拉應(yīng)力明顯增大，使疲勞強(qiáng)度極限值降低。
　　此外，裝配過程中軸承零件表面出現(xiàn)刮傷、劃痕也將影響軸承的使用壽命。
　　2　提高輪轂軸承壽命的途徑
　　從輪轂軸承疲勞機(jī)理、失效形式等出發(fā)，針對上述影響輪轂軸承壽命的因素，可以采取相應(yīng)的技術(shù)措施，以保證和提高軸承的疲勞壽命。
　　2.1 軸承安裝、潤滑及密封技術(shù)
　　由于輪轂軸承需要適應(yīng)各種復(fù)雜路況及惡劣環(huán)境，因此軸承密封圈必須具備良好的耐熱、防潤滑脂滲漏、防泥漿和污水的性能；軸承對潤滑劑潔凈度及游隙調(diào)整要求也較高，因此可以采用自帶密封圈密封、由軸承制造廠預(yù)先設(shè)定初始軸承游隙并完成添脂^[7]，省去人工外部安裝密封圈、調(diào)整軸承游隙和手工添加潤滑脂的步驟，不僅可使輪轂軸承安裝方便，而且可以使輪轂軸承單元獲得性能良好的密封裝置和潤滑脂，適應(yīng)集成化和高可靠性的趨勢。
　　2.2 軸承材料潔凈冶煉技術(shù)
　　針對鋼材的內(nèi)在質(zhì)量對輪轂軸承單元性能的影響，可通過以下兩種途徑改進(jìn)軸承鋼的性能：一是通過改進(jìn)軸承鋼的冶煉方法（鋼包精煉、真空脫氣）和制備工藝，以降低雜質(zhì)和氧含量，改善夾雜物及碳化物的分布，從而提高鋼的潔凈度和疲勞壽命^[8]，特別用途時，還可采用真空重熔或電渣重熔^[9]。二是改進(jìn)合金成分，提高基體強(qiáng)度。通過合金元素的Z佳化來強(qiáng)化材料的基體，防止或延緩組織變化的發(fā)生。如在GCr15的基礎(chǔ)上添加Si、Ni而形成的GT鋼，不僅提高了基體強(qiáng)度、韌性，同時提高了抗回火穩(wěn)定性，在潔凈潤滑條件下軸承的疲勞壽命約為標(biāo)準(zhǔn)GCr15的6倍以上^[2]。
　　2.3 軸承毛坯冷輾擴(kuò)技術(shù)
　　試驗(yàn)表明軸承套圈的疲勞剝落有91%都發(fā)生在表面有流線露頭的地方^[10]，從使用情況看，輪轂軸承的疲勞也多發(fā)生在溝道處。為避免采用車削加工軸承套圈毛坯切斷金屬流線，造成溝道的疲勞剝落，可采用冷輾擴(kuò)加工，使金屬流線完整，材料致密度和耐磨性提高，從而提高軸承壽命^[8]。
　　但實(shí)際生產(chǎn)中的鍛造單件輾擴(kuò)工藝仍然存在著擠壓成形毛坯質(zhì)量差、生產(chǎn)率低、廢品率高、材料利用率低等問題，如果借鑒或采用塔鍛工藝，綜合經(jīng)濟(jì)效益將是十分顯著的^[11]。
　　2.4 軸承表面改性技術(shù)
　　輪轂軸承工作表面層的質(zhì)量和表面殘余應(yīng)力是軸承的可靠性和使用壽命的重要影響因素，通過表面改性技術(shù)可提高軸承工作表面的耐疲勞、耐磨損等性能，從而提高輪轂軸承的疲勞壽命。
　?。?）滲碳或碳氮共滲
　　滲碳鋼表面硬，心部韌，因而耐疲勞、耐磨損和耐沖擊。特別是滲碳表層處于壓應(yīng)力狀態(tài)，可有效地防止疲勞裂紋的擴(kuò)展，非常有利于軸承壽命的提高^[12]。
　　（2）激光表面改性
　　通過激光表面改性后，可以得到具有非常高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性、好的表面粗糙度和長使用壽命的軸承零部件^[13-14]。
　?。?）離子注入
　　離子注入不僅可以大幅度提高零件耐腐蝕性能，耐磨損試驗(yàn)表明，經(jīng)過離子注入，軸承零件耐磨性也可以得到提高^[15-16]。
　?。?）滾道電化學(xué)機(jī)械光整（ECM）加工技術(shù)
　　軸承滾道進(jìn)行ECM加工可以提高軸承滾道表面質(zhì)量，改善軸承使用性能、表面工作特性、表面耐磨性、接觸剛度和精度保持性，克服油石超精加工的缺陷^[17]。
　　2.5 軸承深冷處理技術(shù)
　　深冷處理是熱處理過程中的附加工藝，同時也是一種材料強(qiáng)化的新技術(shù)，其提高材料耐磨性等方面的明顯作用已引起了人們的廣泛關(guān)注^[18-19]，并且在提高刀具和模具使用壽命上的顯著效果已得到證實(shí)。文獻(xiàn)^[20]對深冷處理對GCr15鋼性能影響的研究表明，深冷處理對GCr15鋼相對耐磨性提高幅度可達(dá)13%～92%，深冷處理溫度越低，變溫速率越小，相對耐磨性提高越顯著。文獻(xiàn)^[21]指出，GCr15鋼在采用淬火、回火后進(jìn)行深冷處理（及附加消除應(yīng)力回火），可使其強(qiáng)度、韌性及耐磨性均得到提高。
　　3　結(jié)束語
　　隨著我國汽車產(chǎn)量和保有量的增加，輪轂軸承單元的需求量也在日益增大。輪轂軸承單元作為汽車的重要零部件，其質(zhì)量對汽車整車質(zhì)量的影響是顯而易見的，因此對其性能要求越來越苛刻。如何提高軸承的可靠性、延長軸承壽命是一個永無止境的課題，鑒于深冷處理在提高刀具和模具使用壽命上的顯著效果，結(jié)合深冷處理對提高GCr15鋼性能作用的已有研究，今后將探索深冷處理在延長輪轂軸承疲勞壽命和可靠性方面的新技術(shù)、新工藝。
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