下载文档原格式
滚动轴承常见的失效形式及原因分析+浪逐风尖2008-11-05 10:55滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一，疲劳剥落疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面．轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。
2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下：A、制造因素1、产品结构设计的影响产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。
轴承失效原因分析滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一，疲劳剥落疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面．轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。
2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下：A、制造因素1、产品结构设计的影响产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。
滚动轴承常见失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一，疲劳剥落疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面。
轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：>>>>1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。
>>>>2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
>>>>3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下：（1）制造因素a.产品结构设计的影响产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一，疲劳剥落疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面.轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。
表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下：A、制造因素1、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。
滚动轴承常见的失效形式及原因滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一，疲劳剥落疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面．轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。
2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下：A、制造因素1、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。
滚动轴承常见的失效形式及原因滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角. 通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要岀现在套圈和滚动体的滚动表面.轴承疲劳失效的机理很复杂，也岀现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。
表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具■体因素如下：A制造因素|1 、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。
轴承的主要失效形式和处理方法滚动轴承在使用过程中由于本身质量和外部条件的原因，其承载能力，旋转精度和减摩能性能等会发生变化，当轴承的性能指标低于使用要求而不能正常工作时，就称为轴承损坏或失效，轴承一旦发生损坏等意外情况时，将会出现其机器、设备停转，功能受到损伤等各种异常现象。
轴承坏了，要先分析出坏的原因，然后再找到解决办法。
因此需要在短期内查处发生的原因，并采取相应措施。
一、轴承的损坏的原因轴承是损耗型的零件,只要一用就肯定会损，只是要积累到一定的程度才表现出来，也就是要到一定的量才坏。
当然，滚动轴承损坏的情况比一般机械零件的损坏要复杂得多，滚动轴承损坏的特点是表现形式多，原因复杂，轴承的损坏除了轴承设计和制造的内在因素外，大部分是由于使用不当，例如：选型不适合、支承设计不合理，安装不当，润滑不良，密封不好等外部因素引起的。
1、发生金属锈蚀。
如果缺少润滑的话,很容易被空气氧化,生锈。
防止轴承的锈蚀，不要用水泡。
轴承是精钢做的，但也怕水。
用手拿取轴承时，要充分洗去手上的汗液，并涂以优质矿物油后再进行操作，在雨季和夏季尤其要注意防锈。
轴承自然锈蚀磨损的具体原因主要有以下几种：①氧化磨损。
其摩擦外表上的微小峰谷互相挤压，使脆性表层逐渐脱落而磨损。
轴承相对运动外表上的微小峰谷与空气中的氧化合成而生成与基体金属接合不牢的脆性氧化物，该氧化物在摩擦中极易脱落，发生的磨损称为氧化磨损。
②摩擦生热磨损。
当轴承在高速重负荷和润滑不良的情况下工作时，外表峰谷处由于摩擦而产生高温、接触点硬度及耐磨性下降，甚至发生粘连、撕裂现象。
这种磨损称为摩擦生热磨损。
③硬粒磨损。
如果轴承作相对运动时。
轴承运动外表组织不匀，存在硬颗粒，或轴承的运动外表间落入沙粒、摩屑、切屑等杂质，轴承在相对运动中，硬粒或杂质会使轴承外表擦伤甚至形成沟槽，这种磨损称为硬粒磨损。
汽车轴承④点蚀磨损。
齿轮、轴承等滚动接触外表，相对过程中周期性地受到很大的接触压力，长时间作用，金属外表发生疲劳现象，使得轴承外表上发生微小裂纹和剥蚀，这种磨损称为点蚀磨损。
汽车轮毂轴承失效模式识别及其机理分析发布时间：2022-05-31T08:27:56.264Z 来源：《新型城镇化》2022年10期作者：王建杰[导读] 汽车轮毂轴承单元主要作用是对制动器、扭力梁或传动轴进行连接，并为轮毂的转动传递转矩和支撑荷载。
因此轮毂轴承是保证汽车运行平稳、舒适及安全的重要部件之一，一旦失效将会导致汽车在行驶过程中无法正常行驶，从而引发严重的交通事故。
鉴于此，本文主要分析探讨了汽车轮毂轴承失效模式识别及其机理，以供参阅。
襄阳汽车轴承股份有限公司湖北襄阳 441057摘要：汽车轮毂轴承单元主要作用是对制动器、扭力梁或传动轴进行连接，并为轮毂的转动传递转矩和支撑荷载。
因此轮毂轴承是保证汽车运行平稳、舒适及安全的重要部件之一，一旦失效将会导致汽车在行驶过程中无法正常行驶，从而引发严重的交通事故。
鉴于此，本文主要分析探讨了汽车轮毂轴承失效模式识别及其机理，以供参阅。
关键词：汽车；轮毂轴承；失效模式引言汽车轮毂轴承单元是用于连接制动器、传动轴或者扭力梁，为轮毂的转动传递转矩和支撑整车载荷的作用。
汽车轮毂轴承单元主要承受通过悬架系统传递而来的汽车重量（径向载荷），转向系统中转向力产生的轴向载荷，传动系统传递变速箱和驱动轴扭矩，使汽车前进和后退。
因此轮毂轴承是一个非常重要的部件，保证了汽车运行平稳舒适性和安全性。
一旦失效会导致车辆不能正常行驶，零部件运转异常、异响，零件磨损加剧，使用寿命下降，安全性能降低等问题。
典型的轮毂轴承失效主要有：密封性能失效、内外圈表面疲劳失效。
1汽车轮毂轴承结构演变汽车轮毂过去较多是使用成对的单列圆锥滚子或球轴承，随着技术发展，现已广泛使用轮毂轴承单元。
受成本因素影响，中国市场上采用圆锥滚子轴承的设计已逐步淘汰，故本文的研究范围仅划定在球轴承轮毂单元。
汽车轮毂轴承单元，英文为HubBearingUnit，缩写为HBU，主体是背靠背布置的双列角接触球轴承。
第一代轮毂轴承单元是由SKF开发，在1938年开始生产的。
汽车轮毂轴承的断裂失效研究摘要：汽车轮毂轴承是汽车的关键构件之一，可以将汽车方向盘操作力度精确地传送给车轮，便于司机及时控制行车方向，在保证变相以及变速灵敏度方面具有重要的作用。
汽车轮毂轴承断裂失效是较为常见的问题，分析其产生原因具有现实意义。
基于此，本文以某批次失效轮毂轴承为例，讨论其断裂失效情况，并从润滑不良以及游隙过大两个方面提出有效预防方案，以期能为汽车轮毂轴承断裂失效问题的解决提出参考。
关键词：汽车轮毂；轴承；失效引言轮毂轴承是汽车的重要零件之一，其核心作用是承载重量，并为控制轮毂的转动，这就需要其不仅能够承载轴向荷载，同时能够承受径向荷载[1]。
汽车车轮采用两套圆锥滚子轴承或是球轴承联合的方法，轴承安装、润滑、密封以及游隙调节都是在汽车生产线上完成安装。
如果车辆轮轴承受损，将导致轴承在车辆行驶过程中失效，进而威胁乘客的生命安全。
一般情况下，失效的主要表现形式包括异常磨损、振动明显等，失效的主要原因包括断裂、磨损、锈蚀等类型，其中又以断裂失效引发的后果最为严重。
因此，检修人员应分析车辆轮毂轴承断裂失效产生的原因，并通过有效的方式予以处理，保证汽车行驶的安全性。
一、轴承断裂情况及检测工作（一）轴承断裂情况某汽车制造商维修站存在一批轮毂轴承失效零构件，该批次轴承质量保证时长为3年或是20万公里的。
该批次失效轮毂主要用在某国产品牌汽车组装之中，构成零构件包括内圈、外圈以及滚球等多个部分。
通过对本批次内容进行分析总结等发现，该批次汽车轮毂轴承之中，40%已经断裂失效的轴承使用时长在0个月至5个月之间，40%的轴承使用时长在6个月至10个月之间，18%失效轴承使用时长在11个月至15个月之间，剩下的轴承使用时长在16个月至20个月之间。
检修人员拆卸部分典型的断裂失效轴承，并开展力学、成分等检验与分析，寻找导致轮毂轴承失效的根本原因。
（二）检测研究工作第一，宏观观察。
针对其中十分典型的三类轮毂轴承予以失效研究，编号分别设为1号、2号与3号。
系统FMEA 编号：子系统第 页共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
潜在设计失效模式和后果分析（DFMEA）
底盘 制动前轮毂轴承
系统FMEA 编号：子系统第 页共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
潜在设计失效模式和后果分析（DFMEA）
底盘
制动前轮毂轴承
承早期失效
内不能正常运行,甚至引起其他部件的功能,车辆异响,顾客
不满意
统共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
制动前轮毂轴承
统共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
制动前轮毂轴承
统共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
制动前轮毂轴承
统共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
制动前轮毂轴承
统共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
制动前轮毂轴承
统共 页零部件
设计责任人：编制日期： 车
关键日期：
修订日期：
核心小组：
制动前轮毂轴承。
1 轴承失效的基本模式轴承失效一般可分为止转失效和丧精失效两种。
止转失效就是轴承因失去工作能力而终止转动。
例如卡死、断裂等；丧精失效就是轴承因几何尺寸变化了配合间隙，失去了原设计要求的设计精度，虽尚能继续转动，但属非正常运转。
例如磨损、腐蚀等。
按损伤机理大致可分为:接触疲劳失效;磨擦磨损失效;断裂失效;变形失效;腐蚀失效、和游隙变化失效等几种基本模式。
1.1接触疲劳失效接触疲劳失效是各类轴承表面最常见的失效模式之一，是轴承表面受到交变应力的作用而产生的失效。
接触疲劳剥落在轴承表面也有疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂的过程。
初始的接触疲劳裂纹首先从接触表面以下最大正交切应力处产生，然后扩展到表面形成剥落，如麻点状的称为点蚀或麻点剥落;剥落成小片状的称浅层剥落。
初始裂纹在硬化层与心部交界区产生，造成硬化层的早期剥落则称为硬化层剥落。
1.2 磨损失效轴承零件之间相对滑动摩擦导致其表面金属不断损失的现象称为磨损。
持续的磨损使零件尺寸和形状变化，轴承配合间隙增大，工作表面形貌变坏从而丧失旋转精度，使轴承不能正常工作，称为轴承的磨损失效。
磨损失效也是各类轴承表面最常见的模式之一，按其磨损形式可分为磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、微动磨损和疲劳磨损等。
其中最常见的为磨粒磨损和粘着磨损。
轴承零件的摩擦面之间挤入外来硬颗粒或金属表面的磨屑，引起摩擦面磨损的现象称为磨粒磨损。
它常在轴承表面造成凿削式或犁沟式的擦伤。
外来硬颗粒常常来自于空气中的灰尘或润滑剂中的杂质。
粘着磨损主要是由于摩擦表面的显微突起或摩擦异物使摩擦面受力不均，局部摩擦热有可能使摩擦面形成显微焊合。
摩擦表面温升高，会造成润滑油膜破裂，严重时表面层金属将会局部熔化，接触点产生粘着、撕脱、再粘着的循环过程，构成粘着磨损。
严重的粘着磨损会造成摩擦面的焊合和卡死。
1.3 断裂失效轴承零件断裂将会造成突发性失效事故。
轴承断裂的主要原因是过载和缺陷两大因素。
由于外加载荷超过轴承零件材料的强度极限，造成轴承零件断裂就称过载断裂。
汽车车轮轴失效分析摘要：本文描述了对用于无人驾驶，遥控操作车辆的机动军事目标失败的车轮/驱动轴组件进行的一份调查。
由于许多车辆已经大量制造并交付给客户，有必要确定它是否可能发生了更多的故障。
断轴的一项研究表明，这样一个脆弱的旋转组件可能是稳定状态下的疲劳失效，如果没有采取相应的基本预防设计措施。
分析认为，这两种传递扭矩和重力（从而弯曲）时的应力水平的影响，并评估它们分别对裂口的影响，以及改进设计所需的任何后续修改。
驱动轴布置与使用从动轮安排在转动一个固定轴的可行的选择比较。
调查结果证实认识到凸起部分导致了疲劳的重要性以及如果想要提高它的服役寿命对设计和制造过程给予更多关心的必要性认提前。
关键词：疲劳，疲劳设计，机械故障，车辆故障。
1。
引言具有直接从电源驱动的轮轴（在这种情况下，电动发动机由电池供电），使用定时皮带传动是用于驱动小，成本相对较低的车辆的常用手段。
旋转轮轴的吸引力在于它可以做得非常简单，因为它可以容纳从动皮带轮，用于安装轴承，同时附加一对轮子单个组件。
这样的设计和使用位于车轴的从动轮毂设计的比较已经具有勿庸置疑的优势，例如，当发生时，用在自行车轮上的链轮。
然而，在这两种轴的设计，却有着本质的差异，当其旋转时，弯曲应力在每一转拉力和压力之间的替代，然而具有一轴，因为它保持静止，这是并非如此。
行驶在恒定速度和背着稳定的负载穿梭在水平地形，一个轴的交变应力仍然可导致疲劳损坏，特别是当车轮直径小，因而转数就变得非常重要。
在军事目标车辆的情况下，问题是他们携带沉重的电池，必须用装甲这大大增加了携带的重量，从而沿轴高弯曲力矩的潜力得到保护加剧的事实。
设计要求是由其他因素，其中有许多是可变性质的进一步复杂化。
这些包括从启动到全速和突然断裂（这些影响将导致扭转，从而改变剪切应力）在车辆的加速期间传递扭矩变化的效果，行驶在不平地形无悬浮物将增加冲击载荷时（进一步添加以波动的弯曲应力）。
因此，易受疲劳损伤显然是非常真实的，所以有必要认识到这一点，并找出薄弱位置，并在设计和制造阶段采取预防措施。
滚动轴承轴承失效的原因分析滚动轴承是一种常用的机械元件，用于支撑旋转或摆动的轴，以减小摩擦和支撑负荷。
然而，由于各种原因，滚动轴承可能会出现失效的情况。
本文将就滚动轴承失效的原因进行分析。
1.疲劳失效：疲劳失效是滚动轴承最常见的失效类型之一、由于长期使用和负荷的变化，滚动轴承内部的应力会不断积累，从而导致失效。
这种失效通常表现为轴承的裂纹、变形或断裂。
2.磨损失效：由于外部污染物（如灰尘、金属碎屑等）的进入或润滑不良，轴承表面可能会发生磨损。
当磨损过度时，轴承的摩擦系数会增加，从而导致轴承失效。
3.轮辋间隙过大：轮辋间隙过大是滚动轴承失效的一个重要原因。
当轮辋间隙过大时，轴承无法正常支撑负荷，从而导致失效。
4.温度过高：高温会导致轴承的材料变形和润滑油的降解，从而降低轴承的工作效率。
当温度过高时，轴承内部可能会出现润滑不良和疲劳失效。
5.润滑不良：滚动轴承需要适量的润滑油或润滑脂来减小摩擦和磨损。
当润滑不良时，轴承可能会发生过度磨损、卡死或疲劳失效。
6.负荷过大：如果滚动轴承所承受的负荷超过了其承载能力，轴承可能会变形、磨损或疲劳失效。
7.安装误差：滚动轴承的安装误差也是轴承失效的一个重要原因。
当轴承安装不平衡、偏斜或受到不良的外力作用时，轴承可能会变形或断裂。
8.振动和冲击：强烈的振动和冲击也会导致滚动轴承失效。
这些外部力量可能会导致轴承断裂、变形或磨损。
综上所述，滚动轴承失效的原因有很多，包括疲劳失效、磨损失效、轮辋间隙过大、温度过高、润滑不良、负荷过大、安装误差、振动和冲击等。
为了延长滚动轴承的使用寿命，需要注意轴承的润滑、安装和使用条件，并及时检测和处理问题。
交 通 科 技２０１１年７ 月 ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ ＆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｌ．２０１０汽车轮毂轴承径向突然断裂的原因分析与对策王立军１ 程林清２（１．中石化管道储运公司仪长输油处 武汉 ４３００７７；２．天津港实华原油码头有限公司 天津 ３００４５２） 摘 要 分析了汽车轮毂轴承径向突然断裂的原因，提出了汽车轮毂轴承径向突然断裂的预防措施和对策，并阐述了轮毂轴承技术及发展趋势。
关键词 汽车 轮毂轴承 断裂 原因分析 对策汽车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，是一个非常重要的零部件。
表２ 内、外圈沟道表面粗糙度检测结果样品内圈表面粗糙度／μｍ 外圈表面粗糙度／μｍ １ ２ ３ ２．９６２．６７ ２．９３ ５．１９４．８８ ４．６７ 第一代汽车轮毂轴承径向突然断裂的原因分析 １ １ ２３．１２ ３．４６５．８５ ５．３４第二代轴承本身评判指标的分析（１）轴承组件硬度分析。
从断裂中随意取出 ５ 件样品，分别是３ 件第一代轴承，２ 件第二代轴 承进行硬度分析，见表１。
１．１ （４）沟道沟心距分析。
沟道沟心距在轴承设 计时的要求是非常严格的，在设计时，公差一般要 求不大于０．０３ ｍｍ。
在轴承运转过程中，沟道沟 心距过大或过小都会对局部沟道产生切向应力， 使得轴承的断裂损伤速度加快。
这里所研究的５ 件样品其沟道沟心距都在公差的范围内。
表１ 轴承组件硬度分析样品内圈／ＨＲＣ 钢球／ＨＲＣ 外圈／ＨＶ１０１６１．２ ６３．７ ７６８ 润滑状况对轴承断裂的影响（１）轴承密封圈与密封圈座的配合。
一般情 况下，接触式合金骨架和橡胶双层结构在汽车轮毂轴承的密封圈设计中被应用。
为了防止润滑脂外泄，内层密封圈横截面与密封圈座紧配合；为了 防止外界水汽及异物侵入轴承中，外层密封圈与 密封圈座、轴承内圈紧配合。
此种设计有双层密 封功能，可以有效地保护轴承体内的油脂，此设计 较为合理。
第29卷第5期 中国矿业大学学报 V o l .29 N o .52000年9月 Jou rnal of Ch ina U n iversity of M in ing &T echno logy Sep .2000文章编号:100021964(2000)0520532204汽车轮毂轴承的两类剥落失效分析张雪萍,姚振强,俞亚波,王成焘(上海交通大学机械工程学院,上海 200030)摘要:通过对600套失效汽车轮毂轴承宏观特征分析统计和SE M 研究发现,汽车轮毂轴承的表面剥落有两种典型形式,一种为轴向扩展性片状剥落;另一种为周向等间距条状剥落.结合汽车轮毂轴承的结构特点及其在汽车运行过程中的动力学特征,提出了这两种表面失效的机理模型.认为轴承工作游隙过大是造成汽车轮毂轴承轴向扩展性片状剥落的主要原因;而运转过程中的微动损伤以及运转过程中的轴向冲击是造成周向等间距条状剥落的主要原因.优化轴承游隙并对滚动体进行合理鼓形修正可以减少轴向扩展性片状剥落;增强横向减振能力并减小轴承轴向游隙可以降低周向等间距条状剥落.关键词:轮毂承;剥落;游隙;微动磨损;轴向冲击中图分类号:U 463.2;TH 117.1 文献标识码:A 汽车轮毂轴承是汽车的关键零部件之一,它影响汽车行驶系统以及整车的安全性.分析轮毂轴承的失效机理对提高轮毂轴承的寿命、减少维修次数和增强整车的可靠性具有重要意义.汽车在运行过程中,轮胎与地面的作用使车轮既承受径向力又承受轴向力的作用.轮毂轴承组除受到上述两力外,还受到轴向力产生的弯矩作用.因而,汽车轮毂轴承大都采用成对使用的向心推力轴承.中国汽车轮毂轴承的早期失效率偏高,例如1996年汽车轮毂轴承综赔费用总计达人民币7000万元1为探究汽车轮毂轴承的失效特征和机理,本文对国内外9种约600套失效汽车轮毂轴承(汽车行程范围10～176km ,平均行程5～7万km ,轴承平均失效转数为18.5×106～25.9×106转)进行了失效分析1结果发现汽车轮毂轴承具有擦伤、磨损、腐蚀小坑以及滚动体断裂等多种失效形式,其中轴承滚动接触表现诱发型失效是最重要的失效形式,且以内外圈滚道表面及滚动体表面剥落所占比例为最高1轮毂轴承表面剥落失效具有两种形式.一种为轴向扩展性片状剥落;另一种是周向等间距条状剥落;本文将具体探讨这两类典型疲劳剥落的失效机理,以探求降低疲劳剥落的措施与对策.1 轮毂轴承两类剥落失效特性1.1 第一类剥落第一类剥落的宏观特征如图1,2所示.图1为前轮轴承的外圈滚道表面,图2为后轮轴承的内圈滚道表面.后轮轴承的内圈和前轮轴承的外圈都装配在汽车底盘上,在车轮运转时,两者都不发生宏观转动.由图1,2可见,剥落带在轴承周向呈一局部剥落,在轴承轴向从大端向小端扩展,形成连续片状剥落;同时,散布有麻点.第一类剥落的SE M图1 第一类疲劳剥落(前轮轴承外圈滚道)F ig .1 T he first type of flak ing failu re (at cup ’s racew ay fo r the fron t w heel bearings )收稿日期:20000121基金项目:上海市汽车工业科技发展基金(199821199A )作者简介:张雪萍(19722),女,河南省平顶山市人,上海交通大学机械工程学院博士研究生,从事传动机械系统失效机理研究.形貌如图3所示,剥落表现为层状扩展.一般地,在剥落区的表面下,有微裂纹萌生和扩展.这种剥落即是经常被提到的正常疲劳剥落[1].图2 第一类疲劳剥落(后轮轴承内圈滚道)F ig .2 T he first type of flak ing failu re (at cone ’s racew ay fo r the rear w heel bearings )图3 第一类疲劳剥落的SE MF ig .3 SE M fo r the first type flaking failu re1.2 第二类剥落第二类剥落特征如图4,5所示.图4为前轮轴承的外圈;图5为后轮轴承的内圈.在汽车运行过程中,两者都不发生宏观周向转动.可以看到在滚道表面周向等间距分布着条状剥落条纹.剥落条纹轴向长度与滚动体的长度接近.按照剥落条纹周向的分布范围,条状剥落可以分为两种方式,第1种为整周均布,称为A 型剥落条纹;第2种则分布在滚道某一弧长范围,称为B 型剥落条纹.按照剥落条纹周向分布密度,剥落条纹可以分为两种形式,图4 第二类疲劳剥落(前轮轴承外圈滚道)F ig .4 T he second type of flak ing failu re (at cup ’s racew ay fo r the fron tw heel bearings )图5 第二类疲劳剥落(后轮轴承内圈滚道)F ig .5 T he second type of flak ing failu re (at cone ’s racew ay fo r the rear w heel bearings )第1种,剥落条纹间距与滚动体间距相同;第2种,剥落条纹间距为滚动体间距的1 N (N 为大于1的正整数).第二类剥落的SE M 形貌如图6所示.微观上,可以观察到疲劳剥落带有粘着、撕裂和碾压的痕迹.图6 第二类疲劳剥落SE MF ig .6 SE M fo r the second type flak ing falu lu re2 剥落失效原因分析2.1 第一类剥落失效分析汽车轮毂轴承一般采用O 型(背对背)配置方式,圆锥滚子的大端在外.在汽车行驶过程中,车轮轴承要同时承受径向载荷(载重)和轴向载荷(惯性附加横向力);由于车轮半径的影响,轮毂轴承又要承受车轮与地面横向力的弯矩作用.在工作游隙不为零的情况下,弯矩的作用,将使滚动体大端与滚道表面优先发生局部接触,使滚动体及内外圈滚道承受过大的接触应力.在过大赫兹应力作用下,滚动体与滚道在接触表面下形成裂纹扩展,发展至接触表面后剥落.大端剥落发生后,滚动体与滚道的优先局部接触点沿轴向向小端内移,从而导致了剥落由大端向小端的扩展.另一方面,在滚道表面出现剥落后,当滚动体滚过剥落区域边缘时,由于应335第5期 张雪萍等:汽车轮毂轴承的两类剥落失效分析 力集中将导致剥落区域沿周向的进一步扩展.这样,就形成了车轮轴承的第一类剥落.2.2 第二类剥落失效分析第二类剥落的共同特征是剥落条纹在轴承滚道周向等间距分布.但是,A型剥落条纹和B型剥落条纹的形成机理不同,下面将分别探讨这两种类型剥落条纹的形成机理.2.2.1 A型剥落条纹的轴向冲击机理A型剥落条纹分布在轴承滚道整周,即剥落条纹不是局限于轴承的径向承载区域.这说明:1)径向载荷不是导致A型剥落条纹发生的主要原因;2)轴向载荷是A型剥落条纹发生的必备条件;3) A型剥落条纹一定产生于汽车运行工作过程中.基于以上分析,本文提出了A型剥落条纹的轴向载荷冲击机理.该机理包括:1)轴承的内部及轴承与座孔的轴向配合面间存在游隙(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载荷(轴向振动)作用下,滚道周向在与滚动体对应的位置形成微裂纹并继续扩展.轴承滚道圈向剥落条纹的密度反证了该模型的合理性1当轴承外圈相对于内圈转动的频率与轴向载荷冲击频率相等或成整倍数时,剥落条纹密度小到Z条(Z是滚动体个数),A型剥落条纹程度最严重;当外圈相对于内圈转动的频率与轴向载荷冲击频率不成整倍数时,剥落条纹密度大,剥落程度较轻.2.2.2 B型剥落条纹的微动磨损机理B型剥落条纹分布于轴承的局部周向(即径向承载区)滚道上,剥落条纹的间距与滚动体间距相对应.这说明:1)径向载荷是B型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(小面积)上发生了反复微小的滑动,造成疲劳剥落;3)B型剥落条纹应该产生于汽车的被动运输过程中,如船运或铁路运输.对被动运输汽车做终点检测时,发现从没有运行过的汽车轮毂轴承表面已有B型微小损伤1滚动体与其微动磨损模型如图7所示.在运输过程中,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,因为汽车的径向减振比轴向减振好,轴向微动更容易发生.在汽车的被动运输过程中,路面不平度可以引起车轮轴承在接触点附近的微幅振动会产生微小的损伤条.助张了轮毂轴承后续主动行驶过程中失效几率和程度.图7 车轮轴承微动磨损模型F ig.7 F retting model fo r w heel bearings当汽车主动行驶时,原有的损伤条的微凸体粘着点的不断剪断以及新粘着点的重新粘结,该过程反复进行,将导致轮毂轴承滚道表面条型微动裂纹以及条形剥落的形成.并且,滚动体与条形剥落边缘的接触所引起的应力集中,将导致条形剥落沿周向扩宽.3 降低剥落失效的对策与措施本文分别从汽车车轮轴承两类疲劳剥落形成的不同机理,具体探讨降低疲劳剥落失效的对策.3.1 降低第一类剥落失效的措施第一类剥落失效是典型的接触疲劳失效[1].提高轴承寿命(即延长轴承循环次数)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),通过对车轮轴承系统的整体动态优化设计实现1通过轮毂轴承的参数优化,一方面可使轴承的工作游隙接近于零,使负荷区的承载滚子数目增加;另一方面,使滚动体受载均匀,即通过对滚动体进行适当母线修正,避免滚动体端部与滚道接触产生过大应力,对数母线修正可以从理论上使得滚子接触压力经向呈半椭圆分布而轴向呈均匀分布,目前SKF公司拥有这方面的技术实力.3.2 降低第二类剥落失效的措施3.2.1 抗微动磨损对策微动磨损是同时涉及到粘着、磨粒、氧化和疲劳4种磨损机理的一种特殊磨损[2～4].如何有效减少甚至消除微动磨损一直是微动磨损领域的研究热点之一.各专家学者从不同角度提出了抗微动的观点和措施[5,6].从微动磨损形成的根本起因,可将抗微动磨损技术概括为3个方面:1)使产生微动的两个接触表面完全分离(如磁悬浮轴承);2)完全消除或减少两接触面的相对运动(如使载荷增加到足够大);3)选择有良好抗微动磨损的材料(如摩擦副表面镀抗微动层,润滑脂中加入抗微动添加剂).本文将结合车轮轴承的特点,提出车轮轴承抗微动摩擦的有效途径.435 中国矿业大学学报 第29卷轮毂轴承微动磨损存在的必要条件包括:轴承的径向载荷、滚动体与最大滚道接触处的微小振动.所以减少微动磨损的措施有:1)尽量减少轴承的游隙,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)轮毂轴承内部及其安装的润滑脂中添加抗微动磨损的极压添加剂;3)运输过程中使车轮旋转,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)轮毂轴承的表面镀抗微动磨损材料;5)增强运输过程中的减振,缩小微动的幅值,将有效降低微动磨损.3.2.2 轴向冲击载荷对策根据轴向冲击形成的机理,降低B 型剥落的有效措施有:1)增强汽车运行过程中的横向减振能力,减轻轴向的冲击载荷.例如在轴向增加弹簧垫片;2)尽量减少轴承的轴向游隙,降低轴向冲击的幅度.这可以通过轴承装配过程的选配轴向垫圈厚度来实现14 结束语1)表面诱发型疲劳失效是轮毂轴承的主要失效形式.2)轮毂轴承的表面失效有两种主要的失效类型:一种是接触疲劳造成的延续剥落;另一种是微动与冲击造成的等间距条状剥落.3)降低第一种剥落的主要措施是通过轴承系统的动态参数优化设计,使轴承工作游隙尽量接近于零,增加承载的滚动体数目;通过滚动体的鼓形修正,使滚动体载荷尽可能均匀分布.降低第二种剥落的有效途径是减低汽车被动运输中的微动裂纹,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] 万长森1滚动轴承的分析方法[M ].北京:机械工业出版社,1985.1482150.[2] 何明鉴1机械构件的微动疲劳[M ].北京:国防工业出版社,1994.729.[3] 邵荷生1摩擦与磨损[M ].北京:机械工业出版社,1993.3442369.[4] M ervin H ,Jones ,Douglas Sco tt .Indu staial tribo lo 2gy [M ].Am erica ,N ew Yo rk :E lsevier Scien tific Pub lish ing Company ,1983.18219.[5] Zhou Z R .Grease lub ricati on in fretting [J ].Jou rnalof T ribo logy ,1998,120(4):7372742.[6] L eheup E R .F retting w ear of sin tered iron underlow no rm al p ressu re [J ].W ear ,1998,221:86293.Investigati on on Tw o T yp icalF lak ing Failu res of A u tom ob ile W heel BearingsZHAN G Xue 2p ing ,YAO Zhen 2qiang ,YU Ya 2bo ,W AN G Cheng 2tao(Schoo l of M echan ical Engineering ,Shanghai J iao Tong U n iversity ,Shanghai 200030,Ch ina )Abstract :B ased on m acro 2ob servati on and m icro 2SE M analysis of the 600sets of failu re bearings tw o typ ical flak ing failu res w ere revealed in au tom ob ile w heel bearings .T he first typ e of flak ing takes p lace at the racew ay near cone back face o r cup fron t face ,and develop s along the ax ial directi on .T he o ther typ e of flak ing distribu tes equally along circum ference in grid fo rm .Con sidering the characteristics of the au tom ob ile w heel hub bearings and its dynam ics du ring runn ing ,tw o related m echan is m m odels w ere develop ed .Too large w o rk ing clearance shou ld accoun t fo r the first typ e of flak ing failu re ,and fretting w ear du ring tran spo rtati on and ax ial i m p acting du ring runn ing shou ld be respon sib le fo r the sec 2ond typ e of flak ing failu re .In o rder to reduce au tom ob ile bearing flak ing ,it is suggested to op ti m izebearing clearance and ro ller p rofile and to dam p ax ial vib rati on .Key words :w heel bearing ;flak ing ;clearance ;fretting w ear ;ax ial i m p act535第5期 张雪萍等:汽车轮毂轴承的两类剥落失效分析 。
汽车轮毂轴承失效模式与分析方法摘要:汽车轮毂轴承开发阶段需要进行多种性能试验，通过轮毂轴承失效的案例，分析轴承早期失效模式，找出其根本原因，验证产品设计合理与否。
针对这些失效模式，归纳梳理了轮毂轴承失效分析的系列方法，为深入研究轮毂轴承的失效机理，改善产品质量提供参考。
关键词:轮毂轴承; 性能试验; 失效模式; 分析方法Failure Mode and Analysis Method for Automobile HubBearingsAbstract:The development stage of automobile hub bearings is required to conduct various performance tests.The initial failure mode for bearings is analyzed through failure case of hub bearings，and the root cause is found out to verify the rationality of product design．Aiming at these failure modes，a series method for failure analysis of hub bearings is summarized，which provides a reference for in-depth study of failure mechanism for hub bearings and improvement of product quality．Key words: hub bearing; performance test; failure mode; analysis method;0 引言轿车轮毂轴承是汽车底盘上的一个重要组件，其是否能够平稳可靠地运转直接关系到行车的安全。
普通轴承失效模式识别和分析方法的研究已有相关学者做过大量的工作［1－4］。
而轮毂轴承的失效分析起步较晚，近年来随着汽车工业的迅猛发展而逐渐受到重视。
文献［5］对轮毂轴承载荷谱和失效机理做了深入探索。
文献［6－7］分别就轮毂轴承的失效分析步骤及其对策与诊断方法进行了研究。
由于轮毂轴承失效模式多种多样，且相关研究工作存在一定的局限性，故在轮毂轴承开发阶段就需要进行各种性能试验，通过早期失效分析，找出其失效原因，为改善轮毂轴承的品质提供参考。
1 性能试验范围轮毂轴承开发验证的台架试验包括: 一般耐久性试验、高速耐久性试验、疲劳强度试验、密封试验、刚性试验、动摩擦试验及冲击试验等。
设计的样品只有顺利通过台架试验，才能在主机厂所指定的路试场进行道路试验。
道路试验综合了台架试验的各种考评项目，能够真实反映实际工况。
不同的主机厂有各自的台架试验和道路试验规范，并明确了评判标准。
当试验样品没有达到试验规范或标准的相关要求时，认为样品发生了早期失效，该样品便属于失效分析的对象，需查找出失效的原因。
2 失效模式根据国内、外著名轴承厂商，如洛阳轴研科技，浙江万向精工，SKF，FAG，NSK 及 NTN 等的统计，轮毂轴承早期失效模式有腐蚀、压痕、烧伤、裂纹和剥落等多种，现大致归纳如图 1 所示［6］。
通过大量失效分析工作的统计发现，同一种失效模式可能是由不同的单一原因引起的，也可能是由各种原因综合作用的结果，因此，为分析轮毂轴承的失效机理，需要具备较全面的分析手段。
3 失效分析过程开发阶段轮毂轴承的早期失效，即图1 所示的各种失效模式通常来源于5 个方面: (1) 产品设计不合理; (2) 工艺过程未能保证设计要求; (3)试验设备不稳定; (4) 轴承安装不当; (5) 工作载荷过大，超出产品承受能力。
针对这些方面，一般的分析过程如下。
3.1原始信息收集当失效轴承被委托给分析室进行分析时，非常重要的一环是分析者首先要收集失效件的原始信息。
原始信息一般包括: 设计图纸、工艺图纸、车型参数、试验规范、试验设备、工装信息、失效时试验员所做的轴承异常运转情况记录及失效样品原始检测报告。
其中失效样品原始检测报告应包括轮毂轴承组件中各零件(外圈、内圈、钢球、密封圈、保持架和润滑脂) 的材质报告和相关尺寸检测报告、装配件的相关检测结果等。
由于失效件的原始状态已经受到极大破坏，故原始信息的收集对分析者非常重要，可以说收集信息的完备性决定着分析结果的准确性。
3.2 设计确认设计确认的目的在于以现行轮毂轴承行业的水准来评判轴承设计的合理性。
为完成产品的设计确认，分析者需要对轮毂轴承设计理论[8]有一定深度的了解，并能够运用一些辅助工具，如数学计算方法、小程序编译，相关辅助软件MATALAB，ANSYS，ABAQUS 及MSC．FATIGUE 等; 根据所提供的设计图纸和试验载荷谱信息[9]，对产品设计工程师所完成的设计进行确认。
需要确认的项目包括: 负游隙、静强度、刚性、滚道疲劳寿命、滚道挡边高、接触应力、疲劳强度和密封结构等。
由于目前广泛应用的第1代、第2代和第3代轮毂轴承结构大不相同，故在设计确认上也会存在一定的差异。
第1代、第2代和第3代轮毂轴承的装车差异如图2所示。
相比于第1代，集成程度较高的第2代和第3代轴承存在与凸缘心轴及转向节的配合，由于其通过锁紧螺母进行预紧，因此会影响到最终的装车游隙。
游隙的设计应以最终装车状态的游隙作为目标，通常装车状态的理想游隙为-0.03 ~-0.06 mm。
以带凸缘的第2代或第3代轮毂轴承为例，有些确认项是相互矛盾的。
在客户要求轮毂轴承质量控制在某一特定量的前提下，需要在滚道疲劳寿命与所需强度间进行有效的平衡。
通过增大钢球尺寸提高额定动载荷来强化滚道疲劳寿命就会降低轴承的强度，此时，应把轴承强度放在首位考虑，其属于关乎安全性的重要项目。
3.3 工艺过程确认在确定产品无设计缺陷后，需要以设计图纸和企业规范作为评价标准进行工艺过程确认，以明确设计是否得到保证。
对于轴承制造商而言，轮毂轴承套圈材料、密封圈和保持架一般为外购件，套圈较关键的终加工工艺则由轴承制造商完成。
工艺过程确认主要以相关检测报告为基础，根据检测报告逐一核实是否达到设计要求。
需要核实的项目主要有:( 1) 原材料信息。
所提供的钢材一般为热轧状态，需要对材料的元素成分、氧含量、非金属夹杂物、晶粒度及力学性能做出核实。
(2) 热处理信息。
原材料在加工过程中进行的相关热处理，如正火和淬火，需要核实其基体和滚道的组织、硬度( 梯度) 及锻造流线是否满足要求。
(3) 成品零件尺寸。
包括滚道沟曲率半径、沟径、沟间距、圆度、轮廓度、表面粗糙度、密封口径及其圆度、密封圈各唇口配合直径、唇口结构尺寸、滚道挡边高度和重要外轮廓尺寸等的核实。
(4) 外购件特性。
查看外购件的检测报告，确认其是否满足使用要求。
如密封圈的材质、拉伸特性、硬度，润滑脂的九大性能指标———黏度、高低温性能、极压性与抗磨性、抗水性、防腐性、胶体安定性、氧化安定性和机械安定性[10]。
(5) 装配件检测结果。
装配件的游隙和凸缘跳动均会对轴承滚道寿命产生较大影响; 装配件压装密封圈的平行差会影响到产品的密封性能，故均需要核实其是否满足设计要求。
在设计得到确认、失效样品原始状态的工艺信息核实无误及试验过程状态明确的前提下，基本能够推断出轮毂轴承是否具备通过各项性能试验的能力。
3.4 分析流程分析者接到失效件后，需要对失效件做相应的处理，从失效件的失效模式和损伤痕迹，并结合设计及工艺过程明确失效的原因。
失效件在试验前的原始状态通过收集的数据得到分析后，对试验失效件也要进行一些辅助检测，旨在对比试验前、后及设计标准之间的差异程度。
如果有差异，还需确定差异是否在可接受范围; 如果某项指标不在经验值范围内，则应作为失效的关注点有所侧重[11]。
失效轴承检查分析流程和所用仪器见表1。
根据国家标准、行业标准或企业标准进行相关检测。
针对某型号轮毂轴承进行的失效分析项目，即表1中的实施项目并非全部为必须的，而是需要根据逐步的观察、分析确定。
有些失效原因能够较早、较容易被发现，而有些则较复杂，隐藏较深，基本要经历整个过程才能够发现。
4 分析案例以M型轮毂轴承为例，安装于路试车辆上进行道路试验。
车辆行驶64 000 km(要求100 000km) 后左前轮出现异常声。
经拆套发现: 外圈滚道外侧剥落，润滑脂变成棕黄色。
按照上述流程逐步检测排查，最终确定为轴承密封失效。
轴承密封失效分析的主要信息如下。
4.1 润滑脂含水率按照卡尔费休法对提取的润滑脂含水率进行检测，发现其含水率严重超标，检测结果见表2。
4.2 沟道剥落通过观察轴承沟道情况(图3) 发现，的确是轴承密封发生了失效，导致泥水侵入轴承中，引起轴承润滑不良，最终导致沟道产生早期剥落。
4.3 密封圈磨损在体视镜下对密封圈进行放大观察，发现外密封圈存在明显的偏磨损情况(图4a和图4b) 。
对密封圈制样后在工具显微镜下检测其尺寸，也发现外密封圈存在偏磨损，图4c和图4d为密封圈上2个不同位置的磨损情况。
通过查看同批装车的外密封圈尺寸检测报告可知，密封圈尺寸精度较好，符合要求。
通过了解外密封圈的压装过程，经分析最终判定为外密封圈存在压装歪斜，导致平行差不好，使泥水经由密封圈缝隙侵入到轴承中，导致轴承提前失效。
为此，建议针对存在的超差问题改进密封圈压装装置，并且产品由抽检改为全检，确保外密封圈压装平行差符合要求。
5 结束语对轮毂轴承开发阶段涉及的各种性能试验及失效模式进行了归纳梳理，详细介绍了轮毂轴承失效分析的步骤与方法，并以某一密封失效的分析案例进行了验证。
结果表明，该分析方法可为相关人员开展轴承失效模式的机理研究提供参考。
[参考文献](References)［1］常晏铭，吴张永．浅析振动分析技术在滚动轴承故障诊断中的应用［J］．维修与改造，2007( 4) : 56 －60．［2］赵传国．滚动轴承失效分析概论［J］．轴承，1996(1) : 39 －45．［3］陆骥．滚动轴承的失效分析［D］．上海: 复旦大学，2006．［4］张广．滚动轴承烧损的模式分析［J］．内蒙古科技与经济，2007( 15) : 78 －79．［5］张雪萍．轿车轮毂轴承失效机理的理论与实验研究［D］．上海: 上海交通大学，2002．［6］杨林．汽车轮毂轴承早期失效分析及试验研究［D］．广州: 华南理工大学，2012．［7］董建鹏．乘用车前轮毂轴承失效分析［D］．广州: 华南理工大学，2012．［8］Harris T A，Kotzalas M N．滚动轴承分析［M］．罗继伟，马伟，杨咸启，等，译．北京: 机械工业出版社，2010．［9］黄德杰．轿车轮毂轴承耐久性计算与试验系统开发［D］．杭州: 浙江工业大学，2011．［10］Schlobohm ＲT．Formulating Grease to Minimize Fret-ting Corrosion［J］．NLGI Spokensman，1976，40 ( 4) :131 －135．［11］GB/T 6283—2008，化工产品中水分含量的测定卡尔.费休法( 通用方法)［S］．。
