圆锥滚子轴承广泛地应用在汽车底盘中，特别是主减、差速，轮毂部位。本文对应用在轮毂部位的圆锥滚子轴承进行分析。
汽车底盘的传动系统：
发动机 → 离合器 → 变速器 → 传动轴 → 主减速器 → 差速器 → 半轴 →轮毂。
1 轮毂轴承
1.1 轮毂结构
经主减速器减速增扭，差速器调整左右轮毂速度后，半轴通过一端的花键与半轴齿轮连接，半轴另一端通过螺栓与轮毂连接，将扭矩传递给轮毂，轮毂与半轴同时旋转。见图1、图2。
图1 底盘传动系统示意图
1.2 轮毂轴承
本文仅对驱动桥轮毂轴承进行分析，转向桥轴承（见图3）另议。
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轮毂轴承主要承受径向负荷，因此接触角不宜过大，多选择外圈接触角α：12~17°。根据工作跨度需要多采用两套圆锥滚子轴承背对背（两个内圈窄端面相对）安装。轴承外圈与壳体孔以过盈配合压入。轴承外圈与壳体孔一起旋转。轴承内圈与半轴套管以过渡配合推（压）入。轴承内圈与半轴套管不转起支撑作用。两轴承装配前注入锂基脂或复合锂基脂，注脂量不超过轴承有效空间的2/3，避免因散热不良引起轴承温升、变色。通过调整螺母对轴承施以预加负荷，使内组件与外圈紧密接触，在接触处产生一定的弹性变形，接触面积增大，参与受力的滚动体数量增多，使大于180°甚至360°范围内的滚动体受力。然后将调整螺母松开1/8~1/4螺距，调整轴向游隙。轴向游隙的调整十分关键，游隙过大会造成振动、噪音大，导致轴承早期疲劳失效；游隙过小会造成温度急剧上升，破坏油膜，甚至出现轴承抱死现象。为防止漏脂，内、外轴承须加油封密封。
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图2 驱动桥结构
1.3 轮毂轴承失效分析
由于设计、制造、安装、润滑、调试等方面的原因，轮毂轴承在工作期间会出现不同形式的失效模式。下面对经常发生的失效形式进行分析。
1.3.1 轮毂轴承抱死；
轮毂轴承抱死属于恶性事故，后果是十分严重的。
轴向游隙调整量过小，导致轮毂轴承运转期间游隙消失，甚至出现过盈，轴承抱死。
在安装过程中由于某种原因造成保持架变形或保持架窗孔倾斜度过大，导致轮毂轴承运转期间滚子倾斜。滚子倾斜造成滑动摩擦，温度急剧上升，油膜破坏，保持架扭曲断裂，轴承抱死。
润滑不良或润滑脂劣化也会造成温度急剧上升，出现上述现象。
轮毂壳体孔与半轴套筒同轴度大会造成游隙的变化及滚子倾斜。
轴承零件有裂纹现象，运转过程中在反复交变应力作用下，裂纹将扩展直至断裂，轴承抱死。
1.3.2 轮毂轴承变色；
轮毂轴承在运转过程中由于温度的变化引起轴承颜色按淡黄色、黄色、紫蓝色、蓝黑色的变化。一般情况下轴承呈淡黄色可继续使用。
轮毂轴承高速运转注脂量一般不超过轴承有效空间的1/3; 轮毂
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轴承中速运转注脂量一般不超过轴承有效空间的2/3；轮毂轴承低速运转注脂量可加满轴承有效空间。轮毂轴承高、中速运转注脂过量易散热不良，温度升高，轴承变色。
若使用劣质润滑脂会造成润滑脂变质，油、水分离，腐蚀轴承。
轴向游隙偏小温度升高（轴承正常工作温度不超过90℃）。
1.3.3 轮毂轴承预紧力无法调整
载重汽车轮毂轴承按设计要求一般采用两套圆锥滚子轴承“背对背”安装。其中外轴承内圈非装配倒角（轴承设计要求此倒角可为45°）就成为装配倒角。在主机厂装配现场会出现外轴承内圈压入后退不出来即预紧力无法调整（俗称调不出预紧力）现象。造成此种现象原因如下：
装配方法不正确; 采用套筒装配法，套筒端面为平面，锤击时受力不均，轴承成倾斜状进入半轴套筒。
配合公差出现在两个极限位置：轮毂轴承外圈旋转，内圈静止。内圈与轴是过渡配合。当轴是最大极限尺寸，孔是最小极限尺寸时，达到最大过盈量。
轴承内圈非装配倒角成45°角装配时易划伤轴，产生毛刺，增加过盈量。
解决措施：轴承内圈非装配倒角设计成R角；提高工序能力，配合公差尽量不在极限位置；装配有条件可采用热装或油压，套筒装配可将套筒端部设计成球状。
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1.3.4 运转时出现异响；
轴向游隙过大造成振动、噪音大。
轴承工作表面磕、碰、划伤破坏油膜，引起滑动摩擦产生异响。滚子倾斜、保持架变形引起滑动摩擦产生异响。
清洁度差，杂物及颗粒状的存在，影响轴承的正常运转，加剧了轴承的磨损，同时产生噪音。
1.3.5 早期疲劳；
疲劳是轴承失效的主要形式，影响因素很多。
钢材的纯净度是产生早期疲劳的主要原因之一。特别是钢中的非金属夹杂物和含氧量超标严重影响轴承寿命。
应力集中是产生早期疲劳的主要原因之一。应力集中多发生在滚道及滚动体的表面及内圈大挡边处。
润滑不良是产生早期疲劳的主要原因之一。润滑不良形不成油膜，产生滑动摩擦，温度上升导致轴承疲劳。
表面粗糙度粗糙不利于油膜的保存，摩擦较大。
清洁度差易使轴承工作表面产生剥落。
解决措施：钢材符合GB/T 18254要求；内、外圈滚道，滚动体表面只许凸不许凹，凸值符合工艺要求；控制好大挡边角度，滚子球基面与大挡边接触位置正确；润滑良好，采用符合要求润滑脂；表面粗糙度、清洁度符合工艺、标准要求。
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图3 转向桥结构图
2 轮毂轴承单元
轮毂轴承单元具有结构紧凑、安装方便、施加预紧负荷、可靠性高、寿命长、不需要补给润滑脂、内置高性能密封圈、可安装ABS防抱死制动系统等优点。目前已广泛应用到轿车、乘用车轮毂上。商用车开始起步（国外已广泛应用）。
2.1 第1代轮毂轴承单元
将原两套分立的角接触球轴承或圆锥滚子轴承集结成为一套外圈整体式、内圈背对背组合的双列角接触球轴承或双列圆锥滚子轴承，可预先设定 初始游隙值，并自带密封圈。
类型代号 含义
DAC 第1代双列角接触球轴承轮毂轴承单元
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DU 第1代双列圆锥滚子轴承轮毂轴承单元
第1代双列圆锥滚子轴承轮毂轴承单元见图4。
图4 第1代DU型轮毂单元
2.2 第2代轮毂轴承单元
在第1代轮毂轴承单元基础上，使外圈带凸缘，通过螺栓直接连接到悬架上（内圈旋转型），或安装到刹车盘和钢圈上（外圈旋转型）。
类型代号 含义
DAC F 第2代双列角接触球轴承轮毂轴承单元
DU F 第2代双列圆锥滚子轴承轮毂轴承单元
第2代双列圆锥滚子轴承轮毂轴承单元见图5。
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图5 第2代DUF型轮毂单元
2.3 第3代DUF型轮毂单元
在第2代轮毂轴承单元基础上进行改进，如内圈带凸缘用于连接刹车盘和钢圈，还可集成ABS传感器。
类型代号 含义
DAC2 F 第3代双列角接触球轴承轮毂轴承单元
DU 2F 第3代双列圆锥滚子轴承轮毂轴承单元
第3代双列圆锥滚子轴承轮毂轴承单元见图6。
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图6 第3代DU2F型轮毂单元
3 ABS防抱死系统工作原理
ABS防抱死系统工作原理见图7示意图（ABS不工作 时）。
1—踏板 2—主缸 3—液压部件 4— 电动机 5—液压泵 6—储
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液器 7—线圈 8—柱塞 9—电磁阀 10—轮缸 11—车轮 12—轮速传感器 13—电子控制（ECU）
ABS系统正常工作时，首先由轮速传感器将车轮变化的速度信号及时输送给ABS计算机，由计算机对信号进行分析后，给液压调节器发出制动压力控制指令，液压调节器安装在制动系统的制动主缸和制动轮缸之间，在接受到ABS计算机控制指令后，通过液压调节器中的二通电磁阀通路的改变（还有液压泵），直接和间接地控制制动压力的增减，从而调节制动器制动力矩，防止制动车轮被抱死。
防抱死制动系统的制动过程分为常规制动过程、轮缸减压过程、轮缸保压过程和轮缸增压过程等四个过程。
常规减压过程：ABS未进入工作状态，电磁阀不通电，柱塞处于图示的最下方，主缸与轮缸的油路相通，主缸可随时控制制动油压的增减。
轮缸减压过程：轮速传感器检测到车轮有抱死信号，感应电流电压增大，电磁阀通入较大电流。柱塞移入图示最上方，主缸与轮缸的通路被截断，轮缸与储液器接通，轮缸压
力下降。与此同时，驱动电动机启动，带动液压泵工作，把流回储液器的制动液加压后送入主缸，为下一个制动过程做好准备。
轮缸保压过程：轮缸减压过程中，转速传感器产生的电压信号较弱，电磁阀通入较小电流。柱塞降至图示位置，所有油路被截断，保持油缸压力。
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轮缸增压过程：保压过程中，车轮转速趋于零。感应交流电压亦趋于零，电磁阀断电，柱塞下降到初始位置，主缸与轮缸油路再次相通，主缸的高压制动液重新进入轮缸，使轮缸油压回升，车轮又趋入接近抱死状态。
图7 ABS防抱死系统示意图
唐有光
2012.3
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