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 Fatigue
Failure Analysis & Prevention of Wheel bearing of
Automobile due to Fatigue
Abstract
Wheel 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 stress
Written by：Chen Xuefeng
Supervised by：Wei RuiYuan
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汽车轮毂轴承疲劳失效分析及预防研究第1章滚动轴承的简述
第1章滚动轴承简述
1.1 滚动轴承定义
将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承（rolling bearing）。
1.2滚动轴承的组成
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，部分滚动轴承加有密封圈，目的是防止润滑油脂外泄及外部异物、水分进入轴承。
内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；
外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；
滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承
的使用性能和寿命；
保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
1.3 滚动轴承的作用
滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。
1.4  滚动轴承的基本特点
1.4.1优点
（1）摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动。
（2）尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便。
（3）结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更为缩小。
（4）精度高，转速高，磨损小，使用寿命长。
第1章滚动轴承的简述汽车轮毂轴承疲劳失效分析及预防研究（5）部分轴承具有自动调新的性能。
（6）适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高。
1.4.2 缺点
（1）噪音大。
（2）轴承座的结构比较复杂。
（3）成本较高。
1.5 滚动轴承的分类
1.5.1按滚动轴承结构类型分类
轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同分为：向心轴承----主要用于承受径向载荷的滚动轴承，其公称接触角从0°到45°。按公称接触角不同，又分为：径向接触轴承----公称接触角为0°的向心轴承：向心角接触轴承----公称接触角大于0°到45°的向心轴承。推力轴承----主要用于承受轴向载荷的滚动轴承，其公称接触角大于45°到90°。按公称接触角不同又分为：轴向接触轴承----公称接触角为90°的推力轴承：推力角接触轴承----公称接触角大于45°但小于90°的推力轴承。
1.5.2按轴承滚动体的种类分类
球轴承----滚动体为球。
滚子轴承----滚动体为滚子。滚子轴承按滚子种类，又分为。
圆柱滚子轴承----滚动体是圆柱滚子的轴承，圆柱滚子的长度与直径之比小于或等于3。
滚针轴承----滚动体是滚针的轴承，滚针的长度与直径之比大于3，但直径小于或等于5mm。
圆锥滚子轴承----滚动体是圆锥滚子的轴承。
调心滚子轴承----滚动体是球面滚子的轴承。