汽车轮毂轴承密封件的技术开发(防泥水密封,低温环境密封和超低力矩密封)

摘要在石油资源紧缺和环境污染日益严重的背景下，某车企为满足油耗法规要求，急需对某款油耗较高的前置前驱MPV车型进行阻力优化研究。

本课题采用理论分析与试验研究相结合的方法，探究目标车型传动系统的阻力水平与分布规律，明确关键传动部件-轮毂轴承对传动系阻力特性的影响比重与优化空间。

分析影响轮毂轴承摩擦力矩的相关因素，试验探究各因素对其摩擦力矩的影响规律，并制定优化方案。

将优化后的样件装车并进行整车阻力与油耗试验，验证优化措施的有效性。

本文的研究工作及成果如下：（1）分析车辆动力传递过程中传动系的能耗损失，使用逐级拆解的测试方法对目标车和对标车传动系进行阻力分布测试。

试验结果表明，目标车的整车空挡平均阻力分别高于两对标车14N与33.4N。

传动系中轮毂轴承+轮胎部分的阻力占总传动阻力的比重最大。

且与对标车相比，目标车轮毂轴承阻力性能存在较大的优化提升空间。

（2）对轮毂轴承单元所受摩擦力矩进行分析，明确影响其摩擦力矩的相关因素。

研究表明轮毂轴承的密封和润滑脂部件对其摩擦力矩有重要影响。

对密封型式与结构参数进行优化，优化后的密封件可降低轮毂轴承摩擦力矩12%。

对润滑脂配方进行优化，试验表明所得测试油脂最高可降低轮毂轴承摩擦力矩9.9%。

（3）对轮毂轴承的最佳工作游隙进行研究，分析负游隙对轴承摩擦力矩与疲劳寿命的影响。

摩擦力矩试验表明，负游隙绝对值越小，轴承摩擦力矩越小，在轴承要求的公差范围内最高可降低摩擦力矩11%。

将负游隙绝对值减小并控制在0.01~0.02mm之间，经疲劳寿命试验验证，该范围的轮毂轴承可满足疲劳及可靠性要求。

（4）制定轮毂轴承的优化方案，并进行样件试制。

将原厂轮毂轴承与优化后的样件先后装车，进行整车阻力及整车燃油经济性试验。

试验结果表明，优化后的轮毂轴承可使整车传动系阻力矩大幅降低，其中左前轮阻力矩降低6.35%~19.28%，右前轮阻力矩降低18.41%~21.22%；同时整车油耗降低了80mL/100km，降低百分比为1.1%。

车型零部件性能试验试验大纲产品名称：轮毂轴承产品图号：试验类型：性能检验试验日期：编制：审核：批准：1.试验依据：乘用车及商务车轮毂轴承技术标准2.试验目的：验证产品的性能是否满足要求。

3.试验对象：轮毂轴承。

4.要求：负荷试验机的压力不小于10KN，室温在20±1℃。

5.试验方法5.1密封泥水试验5.1.1定义：泥水试验是使轴承在泥浆水喷溅的条件下，用轴承寿命来描述轴承防泥水能力的试验。

5.1.2试验准备5.1.2.1样本容量：2套，抽样4套，其中2套为备品及分析用5.1.2.2样品套圈的端面上逐套编号5.1.2.3样品在各项测试前应擦试干净，不得有油污5.1.2.4称质量采用的天平精度应不低于6级，并定期鉴定.5.1.2.5轴承在上机试验前称其质量5.1.2.6与轴承配合的轴与壳体的公差应符合要求5.1.2.7试验轴承必须安装正确,不得有压偏现象,不准敲打密封圈5.1.3试验条件5.1.3.1试验机为通过鉴定合格的轴承试验机5.1.3.2试验条件:泥水应符合：JISZ8901 8级，重量比为5%；流量：1×103m3/min转速：N=300rpm时，向密封件喷溅试验1小时N=1000rpm时，不喷溅试验1小时目标时间：100小时5.1.4试验过程5.1.4.1凡因设备仪器故障或操作人员违反试验规程造成轴承失效时,应从记录中剔除5.1.4.2试验轴承出现异常振动、噪声及其它异常现象时，应及时停机处理5.1.4.3试验在载荷下起动和停机5.2漏脂试验5.2.1定义：漏脂试验是轴承在一定条件下运转，用轴承腔内润滑脂泄漏到轴承外部的情况来描述其防漏脂能力的试验。

5.2.2试验准备5.2.2.1样本容量：4套，抽样数量6套，其中2套为备品及分析用。

5.2.2.2样品套圈的端面上逐套编号5.2.2.3样品在各项测试前应擦试干净，不得有油污5.2.2.4称质量采用的天平精度应不低于6级，并定期鉴定.5.2.2.5轴承在上机试验前称其质量5.2.2.6与轴承配合的轴与壳体的公差应符合要求5.2.2.7试验轴承必须安装正确,不得有压偏现象,不准敲打密封圈5.2.3试验条件5.2.3.1试验机为通过鉴定合格的密封轴承试验机5.2.3.2试验条件:试验转速：900转/分环境温度： 10~30ºC试验径向载荷：1500N试验时间：48小时螺母扭紧力：200Nm~260Nm5.2.4试验过程5.2.4.1开始每30分钟记录一次轴承温度及环境温度,待温度稳定后,每一小时记录一次.5.2.4.2凡因设备仪器故障或操作人员违反试验规程造成轴承失效时,应从记录中剔除5.2.4.3试验轴承出现异常振动、噪声及其它异常现象时，应及时停机处理5.2.4.4试验在载荷下起动和停机5.3强化试验5.3.1 本试验大纲制定参考STI-03C标准改动而成的。

汽车轮毂轴承列表目录汽车轮毂轴承是一种重要的汽车零部件，其质量直接关系到汽车行驶安全和舒适性。

随着汽车行业的不断发展，汽车轮毂轴承的需求也随之增加。

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1.汽车轮毂轴承的定义和功能-汽车轮毂轴承的定义-汽车轮毂轴承的功能-汽车轮毂轴承的重要性2.汽车轮毂轴承的分类-按结构分类-滚珠轴承-圆锥滚子轴承-调整型滚子轴承-按应用领域分类-前轴轴承-后轴轴承-轮毂轴承3.汽车轮毂轴承的主要材料-铸铁-铸钢-不锈钢-铝合金4.汽车轮毂轴承的主要制造工艺-热处理工艺-加工工艺-滚球磨削-车削加工-精加工5.汽车轮毂轴承的市场前景和发展趋势-汽车轮毂轴承市场规模和增长趋势-汽车轮毂轴承的发展潜力和机遇-汽车轮毂轴承的竞争格局和市场前景6.汽车轮毂轴承的检测和质量控制-轴承的尺寸测量和精度控制-轴承的噪音和振动检测-轴承的可靠性和寿命预测7.汽车轮毂轴承的国际贸易政策和标准-汽车轮毂轴承的国际贸易政策-汽车轮毂轴承的国际质量标准-汽车轮毂轴承的国际贸易保护措施8.汽车轮毂轴承的关键厂家和品牌-汽车轮毂轴承的国内知名厂家-汽车轮毂轴承的国际知名品牌-汽车轮毂轴承的新兴企业和品牌9.汽车轮毂轴承的进出口贸易情况-汽车轮毂轴承的进口情况-汽车轮毂轴承的出口情况-汽车轮毂轴承的贸易流向和贸易额10.汽车轮毂轴承的相关行业规范和技术要求-汽车轮毂轴承的国内行业标准-汽车轮毂轴承的国际行业标准-汽车轮毂轴承的技术要求和质量要求11.汽车轮毂轴承的市场竞争状况和发展方向-汽车轮毂轴承的市场竞争状况-汽车轮毂轴承的发展方向和趋势-汽车轮毂轴承的创新和技术进步12.汽车轮毂轴承的售后服务和维修保养-轴承的故障诊断和维修方法-轴承的保养和润滑要求-轴承的售后服务和质量保证以上是一个涵盖汽车轮毂轴承的外贸行业列表目录，通过对这些内容的了解，可以更好地进行汽车轮毂轴承的采购、销售和售后服务工作。

汽车轮毂轴承疲劳失效分析及预防研究中文摘要汽车轮毂轴承疲劳失效分析及预防研究中文摘要汽车轮毂轴承是汽车底盘及传动机构中非常重要的零部件之一，作用主要是承受汽车的重量及为轮毂的传动提供精确的向导。

轮毂轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷，当汽车在斜面上转弯时还受到轴向力产生的弯矩作用，是一个非常重要的安全件，同时也是易损坏的零部件。

轴承的失效模式按照ISO 15243:2004(E)中的定义主要有疲劳、磨损、腐蚀、电腐蚀、塑性变形和破裂。

在正常使用条件下，轴承主要的失效模式是疲劳。

随着国内汽车产量不断攀升，2009年已经突破1000万台，轮毂轴承的产能也急剧增长，随之而来的汽车使用与保养尤其是属于安全件的轮毂轴承的使用及保养注意事项也需要有专门的人员参与研究。

通过对国外第一和第二代轮毂轴承（FAG）失效模式的统计和分析发现,在保修期内，最常见的失效模式是疲劳损伤，包括局部浅层疲劳和表层疲劳两种失效形式，具体表现为内外圈滚道和滚动体表面有疲劳裂纹或材质剥落。

结合轮毂轴承工作特点及对失效轴承的组织、硬度、材料和润滑状况分析，提出造成轴承疲劳失效的原因大多与轴承设计、轴承体材质、工艺关系甚小，而润滑不良致使润滑油膜形成不理想或游隙过大致使接触面滑动时，除在接触表面存在赫兹应力，还会在接触表面下方产生交变剪切应力，这种剪切应力会导致表面的材质疲劳而产生疲劳裂纹，然后扩展到表面形成材质剥落。

本文通过对汽车轮毂轴承零组件设计及润滑系统的客观分析以及对轮毂轴承疲劳失效成因的详细阐述，目的希望汽车使用者能更好的去预防疲劳失效，避免造成更多的，不必要的损失。

关键词：轮毂轴承；FAG；疲劳失效；滚道；滚动体；游隙；赫兹应力作者：陈雪峰指导教师：卫瑞元Abstract Failure Analysis & Prevention of Wheel bearing of Automobile due to FatigueFailure Analysis & Prevention of Wheel bearing ofAutomobile due to FatigueAbstractWheel bearing is one of the most important part in chassis and transmission of the Vehicle, which stands the weight and guides. On wheel bearing there are different force and torque, it’s a part related with safety.About deformation is described as ISO 15243:2004(E), there are fatigue failure, wear limit, corrosion wear, plastic deformation and broken, mostly is fatigue failure.With the development of the automotive industry, the demand of wheel wearing raises rapidly. So more and more people concern with the bearing.Analyzing the data of FAG, within the warranty there are deformations, partial shallow fatigue and surface, which can be found at wrinkle and material peeling from inner and outer trail and rolling surface. According to a series of FAG about metallographic structure, hardness and lubrication, This thesis concludes the result proposes that such failures are independent of material choice and manufacturing technology, the main cause are due insufficient lubrication and excessive clearance, besides Hertz force the varying stress are applied. This stress can cause surface material fatigue, as well as wrinkles and material peeling off.In this thesis, analyses the causes of the deformation, and suggests the user how to use the bearing efficient.Key words: Wheel bearing,FAG, fatigue failure, raceway, rolling elements, clearance, Hertz stressWritten by：Chen XuefengSupervised by：Wei RuiYuan苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。