摘　要：在概括汽車輪轂軸承零件（jiàn）常見失效形式的基礎上，指出了輪轂軸承壽命的影響因素，並從材料技術、表麵處理技（jì）術、深冷技術（shù）以及潤滑和密封（fēng）技術（shù）等方麵綜述了近年來提高軸承可靠性，延長軸（zhóu）承壽命的（de）途徑。
　　關鍵（jiàn）詞：輪轂軸承；失效分析；壽命；影響因素；改進
　　汽車輪轂軸承的主要作用是承重和為輪轂的轉動提供精確引導，既承受（shòu）軸向載（zǎi）荷又承受徑向載（zǎi）荷，其質量對整車質量有著重要影響。隨著使（shǐ）用要（yào）求的不斷（duàn）提高，汽車輪（lún）轂軸承正朝著集成化、高性（xìng）能、高可靠性和長壽命的方向發展。
　　輪轂軸承（以下簡（jiǎn）稱軸（zhóu）承）壽（shòu）命是評（píng）價輪轂軸（zhóu）承的綜合指標，軸承的材料、設計和加工工（gōng）藝（yì）、潤滑方式、密封裝置和使用條件（包括載荷、速度、溫度和環境等）對軸承壽命和使用性能都（dōu）有著不同程度的影響（xiǎng）。輪（lún）轂軸承單（dān）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（lún）轂（gū）軸承單元（yuán）的壽命Z終可通過在試驗場進（jìn）行的實車耐久試驗結果確定。
　　1　影響軸承壽命的（de）因素
　　汽車在運行過（guò）程中路況複雜，環境惡劣，輪胎與地麵的作用使車輪既承受徑向力又承受軸向力；當汽車在（zài）斜麵上（shàng）轉（zhuǎn）彎（wān）時還受到軸向力（lì）產生的彎矩作用。因而，汽車輪轂軸承大都采用成對使用的向心（xīn）推力軸承。通過失效分析發（fā）現（xiàn），汽車輪轂軸承具有表麵剝落、磨粒磨損、滾道和滾動體燒傷、點蝕等多種失（shī）效形式（shì），其中軸承滾動接觸表麵誘發（fā）型失效是Z重要的失（shī）效形式，以內、外圈滾道表麵及滾動體表麵剝（bāo）落所占比例Z高^[1]。影響軸承（chéng）壽命的（de）因素是多種多樣的，所有安裝、使用、維護（hù）和保養以及軸承材料（liào）的質量和設計製（zhì）造過程都軸承的壽命有關。主要影響因素如下。
　　1.1 安裝和使用
　　軸承的安裝調整、維護和保養要符合規定的技術要求，軸承安裝不（bú）合（hé）適會導致軸承各（gè）組成零件之間的受（shòu）力狀態不正常。特別是軸承遊隙的調整，當軸承遊隙調整不合適時，汽車在非平穩、轉彎或側傾運行時會導致某一單側因承受過大的軸向載荷以及彎矩引起的過（guò）大（dà）徑向載荷，出（chū）現嚴重的早期疲勞失效。
　　1.2 密封與潤滑劑
　　汽（qì）車高速（sù）運行中，軸承運（yùn）轉過程中產生的磨粒及汙泥等外界磨粒會侵入軸承滾（gǔn）道，潤滑劑潔（jié）淨度不高時，其中的微粒也會充當磨粒。磨粒顆粒較小時會在內、外圈滾道和滾動體表麵產生（shēng）擦傷；當顆（kē）粒較大或較硬時，磨粒磨（mó）損引起的過熱將（jiāng）導致內外圈滾道和滾動體表（biǎo）麵燒（shāo）傷^[1]。因此輪轂軸承的（de）密（mì）封質量、潤滑劑和（hé）潔淨度是影響軸承壽命的重要因素。
　　1.3 材料
　　軸承鋼的潔淨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於鋼中（zhōng）的夾雜物，特別是氧化物類（lèi）非金屬（shǔ）夾雜物是引起（qǐ）剝落的主要原因。氧化物型（xíng）夾雜物在軋製等熱加工過程中不（bú）延伸，與基體間產生空隙，是應力集中源，在表麵層下（xià）Z大剪應力作用下，就會產生應力集中而加（jiā）速疲勞破壞（huài）。圖1是氧含量和非金屬夾雜物對軸承壽命的影響^[2]。 　　國內對軸承零（líng）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（shàng）的（de）馬氏體、5%～15%的殘餘奧氏體及5%～10%的殘留碳化（huà）物的混合組織，從而獲得較好的力學（xué）性能^[5]。
　　1.6 表麵層質量
　　軸承的主要失（shī）效形式是疲勞和磨損，疲勞和磨損（sǔn）均發生在接觸表麵和表麵層，顯然工作表麵層的質量對軸承的可靠性和使用壽命是至關重要的。以軸承滾道表麵層質量為例，研（yán）究表明滾道表（biǎo）麵粗糙度值Ra在0.050mm時，軸承可達到合理的（de）壽（shòu）命^[6]。除表麵粗糙度外，軸承（chéng）滾（gǔn）道表麵波紋（wén）度對軸承壽命也有影響。
　　1.7 表麵殘（cán）餘應（yīng）力
　　由於零（líng）件的疲勞失效出現在承（chéng）受過大拉應力的時候，所以，當表麵有較（jiào）大殘餘壓應力時（shí），會抵消同等數值的拉應力，而使鋼的實際承（chéng）受（shòu）拉應力數值減小，使疲勞強度極限值增高。當表麵有較大殘餘拉（lā）應力時，會與承受的拉應力載荷疊加而使鋼實（shí）際承受的拉應力明顯增（zēng）大，使疲（pí）勞強度極限值降低。
　　此外，裝配過程中軸承零件表（biǎo）麵出現刮傷、劃痕也將影響軸承的使用（yòng）壽命。
　　2　提高輪轂軸承壽命的（de）途徑
　　從輪轂軸承（chéng）疲勞機理、失效形式（shì）等出發，針對上述影響輪轂（gū）軸承壽命的因素，可以采取相應的技術措施，以保證和（hé）提高軸承的（de）疲勞壽命。
　　2.1 軸承安裝、潤滑及密封技（jì）術
　　由於輪轂軸承需要（yào）適應各種複雜路況及惡劣環（huán）境，因此軸承密封圈必須具備良好的耐熱、防潤滑脂滲漏（lòu）、防泥漿和汙水的性能；軸承對潤滑劑潔淨度及遊隙調整要求（qiú）也較高，因此（cǐ）可以采用自帶密封圈密封、由軸承製（zhì）造廠預先設定初始軸承遊隙（xì）並完成添（tiān）脂^[7]，省去人工（gōng）外部安裝密封圈、調整軸承（chéng）遊隙和手（shǒu）工添加潤滑脂的步驟，不僅（jǐn）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（liáng）好（hǎo）的密封裝置和潤滑（huá）脂，適應集（jí）成化和（hé）高可靠性的趨勢。
　　2.2 軸承材料潔淨冶煉技術
　　針對鋼材的內在質量對（duì）輪轂軸承單元性能的影響，可通過以下（xià）兩種途徑改（gǎi）進軸承鋼的性能（néng）：一是通過改進軸承鋼的冶煉方法（鋼包精煉、真空脫氣）和製備工藝，以降低雜質和（hé）氧（yǎng）含量，改善夾雜物及碳化物的分布，從而提高鋼的潔淨度和疲勞壽命^[8]，特別用途時，還可采用真空重熔或電渣重熔^[9]。二（èr）是改進合金成（chéng）分，提高基體強度。通過（guò）合金元素的Z佳化來強化材料的基體，防止（zhǐ）或延（yán）緩組織變化的發生（shēng）。如在GCr15的基礎上添加Si、Ni而形成的GT鋼，不僅提高了基體強度（dù）、韌性，同（tóng）時提高了抗回火穩定性（xìng），在潔淨潤滑條件下軸承的疲勞壽（shòu）命約為標準GCr15的6倍以上^[2]。
　　2.3 軸承毛坯（pī）冷輾擴技術
　　試驗表明軸承套圈的疲勞剝落有91%都發生在表麵有（yǒu）流線露頭的地方^[10]，從使用情況看，輪轂軸承的疲勞也多發生（shēng）在溝道處。為避免采用車削加（jiā）工軸承套圈毛坯切斷金屬流線，造成溝道的（de）疲勞剝落，可采用冷（lěng）輾擴加工，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（shòu）命^[8]。
　　但實際生產（chǎn）中的鍛造單件輾擴（kuò）工藝仍然存在著擠壓成形毛坯質量差、生產率低、廢品率高、材料利（lì）用率低等問（wèn）題，如果借鑒或采用塔鍛工藝，綜合經濟效益將是十分顯著的（de）^[11]。
　　2.4 軸承表麵（miàn）改性技術
　　輪轂軸承工作表（biǎo）麵層的質量和表麵殘餘應力是軸承的可（kě）靠性和使用壽命的重要影響因素，通過表麵改性技術可提高軸承工作表麵的耐（nài）疲勞、耐磨損等性能，從而提高輪轂軸承的疲勞壽命。
　　（1）滲碳或碳氮共（gòng）滲（shèn）
　　滲碳鋼表麵硬，心部韌，因而耐疲勞、耐磨損和耐衝擊。特別是滲碳表層處於壓應力狀態，可有效地防止疲勞裂（liè）紋的擴展，非常（cháng）有（yǒu）利於軸承壽命的提高^[12]。
　　（2）激光表麵改性
　　通過激光表麵改性後，可以得到具有非常高的硬度、強度、耐磨性、耐蝕性、好的表麵粗糙度和長使用壽命的軸承零部件^[13-14]。
　　（3）離子注入
　　離子注入不僅可以大幅度提高零件耐腐（fǔ）蝕性能，耐磨（mó）損試（shì）驗表（biǎo）明，經過離子注入，軸承零件耐磨性也可以得到提高^[15-16]。
　　（4）滾道電化學機械光整（ECM）加工技術
　　軸承滾道進行ECM加工可以提高（gāo）軸承滾道表麵質量，改善軸承（chéng）使用性能、表麵工作特（tè）性、表麵耐磨性、接觸剛度（dù）和精（jīng）度保持性，克服油石超精加工的缺陷^[17]。
　　2.5 軸承（chéng）深冷處理技術
　　深冷處理是熱處（chù）理過程中（zhōng）的附加工藝，同時也是一種材料強化的新技（jì）術，其提高材料耐磨性等方麵的明顯作用已引起了人們的（de）廣泛（fàn）關（guān）注^[18-19]，並且在提高刀（dāo）具和模具使用（yòng）壽命（mìng）上的顯著效果已得到證實。文獻^[20]對深（shēn）冷處理對GCr15鋼性能影響的研究（jiū）表明，深冷處（chù）理（lǐ）對GCr15鋼相對耐磨性提高幅度可達13%～92%，深冷處理溫度越低，變（biàn）溫速率越小，相對耐磨性提高（gāo）越顯著。文獻^[21]指出，GCr15鋼在（zài）采用淬（cuì）火（huǒ）、回火後進行深冷處理（及附加（jiā）消除（chú）應（yīng）力回火），可使其強度、韌性及耐磨性均得到提高。
　　3　結束（shù）語
　　隨著我國汽車產量和保有量的增加，輪轂軸（zhóu）承單元的需求量（liàng）也在日益增大。輪轂軸（zhóu）承單元作（zuò）為汽（qì）車的重要（yào）零部件，其質量對汽車整車質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（gāo）軸承的可（kě）靠性、延長軸承壽命是一個（gè）永無止（zhǐ）境的課題，鑒（jiàn）於深冷處理在提高刀具和模（mó）具使用壽命上的（de）顯著效果，結合深冷處理對提高GCr15鋼性能（néng）作用的已有研究，今（jīn）後將探索深冷（lěng）處理（lǐ）在延長輪（lún）轂軸承疲勞壽命和可靠性方麵（miàn）的新技術、新工藝。
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