李曉霞　李飛　陳定積　夏海青

（東風(fēng)汽車有限公司東風(fēng)日產(chǎn)乘用車公司技術(shù)中心。廣州　510800）

摘　要：本文通過故障樹分析方法（FTA）分析了輪轂軸承油脂泄漏原因，通過實(shí)車路試和臺(tái)架試驗(yàn)確認(rèn)了不同稠化劑類型對(duì)聚脲型潤滑脂的剪切穩(wěn)定性的影響，進(jìn)而確認(rèn)了對(duì)輪轂軸承潤滑脂泄漏性能的影響，從而為新車型輪轂軸承潤滑脂的選型提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：輪轂軸承；油脂泄漏；稠化劑；剪切穩(wěn)定性；潤滑脂選型

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為滿足輕量化、高安全性、舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性的要求，輪轂軸承正朝著集成化，高可靠性及長壽命，低摩擦等性能方面發(fā)展。在乘用車中比較普遍采用有三種式樣的輪轂軸承，一代輪轂軸承，二代輪轂軸承和三代輪轂軸承。在輪轂軸承中，潤滑脂的泄漏是引起軸承失效的Z主要因素之一。潤滑脂泄漏，不僅涉及密封圈結(jié)構(gòu)，也與封入的潤滑脂種類相關(guān)。因此，如何選用合適的潤滑脂，降低輪轂軸承的潤滑脂泄漏概率，對(duì)提高汽車行駛安全性及降低汽車用戶的維護(hù)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 

1.引言

因此本文將就公司某款車型開發(fā)過程中潤滑脂泄漏的原因進(jìn)行分析和探討，通過分析，確認(rèn)不同潤滑脂對(duì)輪轂軸承泄漏性能的影響，進(jìn)而對(duì)潤滑脂的選型提供依據(jù)。

2.失效軸承安裝部位及故障現(xiàn)象

本次發(fā)生油脂泄露的軸承為一代輪轂軸承。發(fā)生油脂泄露的部位為軸承內(nèi)側(cè)，泄漏油脂在驅(qū)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)向節(jié)的空檔處集聚，油脂顏色墨綠，呈脂狀。拆解后觀察失效件潤滑脂的狀態(tài)，呈現(xiàn)半流體狀。

3.原因分析

在分析原因之前，首先說明輪轂軸承的安裝結(jié)構(gòu)，首先將一代軸承壓裝到轉(zhuǎn)向節(jié)，然后再壓入輪轂軸，Z后通過合適的鎖緊力矩控制輪轂軸承Z終工作預(yù)壓，使其達(dá)到合適的工作狀態(tài)。一代輪轂軸承由內(nèi)輪，外輪，鋼球，油封，油脂，保持架等組成。

3.1 外圈

首選確認(rèn)與油封配合的外圈內(nèi)徑，如果此內(nèi)徑尺寸超差或有毛刺或粗糙度不滿足設(shè)計(jì)此內(nèi)徑尺寸超差或有毛刺或粗糙度不滿足設(shè)計(jì)要求，可能與油封配合的不良，從而導(dǎo)致潤滑脂的泄漏。通過測量失效件外圈與油封配合處的尺寸，粗糙度，圓度及表面情況，確認(rèn)外圈關(guān)聯(lián)尺寸全部滿足設(shè)計(jì)要求，因此排除外圈的因素。

3.2 內(nèi)圈

同外圈情況相同，需要確認(rèn)與油封拋油環(huán)配合是否存在問題。通過測量內(nèi)圈外徑，表面粗糙度，圓度；油封拋油環(huán)內(nèi)徑，表面粗糙度，圓度等參數(shù)，確認(rèn)內(nèi)圈及拋油環(huán)全部滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 油封

在分析原因之前，首先說明油封結(jié)構(gòu)及各個(gè)唇口的功能。本輪轂軸承采用了三唇式樣油封。每個(gè)唇口的功能介紹如下，唇Ⅰ：主唇，防止軸承內(nèi)油脂從內(nèi)部溢出到外部。唇Ⅱ：防塵唇，防止軸承外部異物，泥水等進(jìn)入到軸承內(nèi)部。唇Ⅲ：防塵唇，防止軸承外部異物，泥水等進(jìn)入到軸承內(nèi)部。

本次油脂泄露是軸承內(nèi)部油脂溢出到軸承外部，因此主要分析主唇Ⅰ與拋油環(huán)Ⅳ的接觸壓力是否足夠及主唇與拋油環(huán)的配合是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.1 主唇Ⅰ與拋油環(huán)Ⅳ接觸壓力

通過CAE分析確認(rèn)唇口與拋油環(huán)的接觸壓力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.2 唇口尺寸及拋油環(huán)尺寸

測量唇口Ⅰ及拋油環(huán)的相關(guān)配合尺寸，確認(rèn)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.3 唇口異常磨損確認(rèn)

通過觀察唇口Ⅰ及拋油環(huán)的磨損痕跡，確認(rèn)唇口的配合是否存在異常。拋油環(huán)Ⅳ磨損及唇口Ⅰ磨損，確認(rèn)唇口與拋油環(huán)配合正常，無異常磨損。

3.3.4 油封裝配

如果油封壓入過程中壓歪，可能會(huì)引起油封與內(nèi)外圈配合的異常，從而引起潤滑脂的泄漏。所以在故障件分解前確認(rèn)了油封端面的平行度，確認(rèn)油封裝配滿足要求。

3.4 油脂

3.4.1 首先確認(rèn)潤滑脂的封入量

根據(jù)軸承設(shè)計(jì)，分析計(jì)算軸承內(nèi)容空間，確認(rèn)油脂封入量為正?？臻g容量的30～40%，符合設(shè)計(jì)要求。

3.4.2 潤滑脂物理特性確認(rèn)

如果潤滑脂油分離度較高，在使用過程中基礎(chǔ)油容易析出而導(dǎo)致潤滑脂的泄漏。確認(rèn)潤滑脂的油分離度參數(shù)，發(fā)現(xiàn)此潤滑脂的油分離度的值較小，滿足設(shè)計(jì)要求。排除由于潤滑脂的油分離度不合適而導(dǎo)致基礎(chǔ)油甩出的可能。

潤滑脂是由基礎(chǔ)油，增稠劑和添加劑組成，其增稠劑的纖維結(jié)構(gòu)在?用過程中不斷被剪切而導(dǎo)致其變軟而變得容易流動(dòng)，增加了泄漏的可能性。因此對(duì)泄漏潤滑脂的剪切性能進(jìn)行了確認(rèn)。從測量數(shù)據(jù)可以看出，潤滑脂的硬度變化較大，其硬度初始的從256（3號(hào)）變化到396.7（00號(hào)），變化率高達(dá)55%，根據(jù)NLGI 錐入度與硬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其硬度跨越了4個(gè)等級(jí)。

與此同時(shí)驗(yàn)證了現(xiàn)有某量產(chǎn)車型的潤滑脂（B），與失效潤滑脂（A）進(jìn)行了對(duì)比。發(fā)現(xiàn)潤滑脂（B）的剪切穩(wěn)定性從290（2號(hào)?變化到327.9（1號(hào)），硬度跨越2個(gè)等級(jí)，變化率僅為13%。與潤滑脂（A）跨越4個(gè)等級(jí)的結(jié)果相比，潤滑脂（B）的剪切穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于潤滑脂（A）。 

因而推定由于選用了剪切性能不合適的潤滑脂，而此油脂在使用過程中極易變軟從而導(dǎo)致了潤滑脂的泄漏。

4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及解決方案

為了確認(rèn)兩種潤滑脂對(duì)輪轂軸承泄漏性能的影響，進(jìn)行了臺(tái)架和實(shí)車實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，測試工況選擇低速和高速泄漏測試工況。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，潤滑脂（B）在3種實(shí)驗(yàn)條件下，泄漏量為0g，同等實(shí)驗(yàn)條件，防泄漏性能明顯優(yōu)于潤滑脂（A）。 

但是由于潤滑脂（B）屬于首次在此輪轂軸承上應(yīng)用，因而有必要確認(rèn)此油脂與油封橡膠材，保持架的兼容性，同時(shí)需要驗(yàn)證對(duì)摩擦力矩及對(duì)軸承壽命的影響，Z終驗(yàn)證滿足設(shè)計(jì)要求后決定選用潤滑脂（B）替代潤滑脂（A）。

5.潤滑脂的選用建議

然聚脲潤滑脂因其卓越的性能，如良好的熱穩(wěn)定和氧化安定性，高性能及長使用壽命廣泛應(yīng)用于汽車輪轂軸承[2]。但從本次油脂泄漏實(shí)際案例出發(fā)，潤滑脂（A）與潤滑脂（B）雖然同屬于聚脲型潤滑脂，但因?yàn)槌砘瘎╊愋筒煌浼羟蟹€(wěn)定性有比較明顯的差異，對(duì)輪轂軸承潤滑脂泄漏性能也有比較大的影響。為降低潤滑脂的泄漏概率，對(duì)輪轂軸承潤滑脂的選用提出了兩點(diǎn)建議：

5.1 稠化劑類型

不同結(jié)構(gòu)稠化劑會(huì)導(dǎo)致不同性能的聚脲潤滑脂[3]，確認(rèn)到芳香族稠化劑類型潤滑脂，即潤滑脂（B）在剪切穩(wěn)定性方面優(yōu)于脂肪族稠化劑類型聚脲潤滑脂即潤滑脂（A），使用過程中，硬度變化范圍小，建議選擇潤滑脂時(shí)優(yōu)先選擇芳香族稠化劑類型聚脲潤滑脂。

5.2 剪切穩(wěn)定性變化率

潤滑脂剪切穩(wěn)定性，即延長工作錐入度的變化率更能表征某種潤滑脂的機(jī)械穩(wěn)定性。因此除了確認(rèn)工作錐入度，還需要確認(rèn)延長工作錐入度的變化率，根據(jù)依據(jù)本次潤滑脂（B）的剪切穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果及及參考國標(biāo)GB/T 5671