特别报道特别报道 SPECIAL REPORTSPECIAL REPORT 像当今汽车上许多零部件一样，车轮轴承已变得越来越可靠，以至于在没有出现故障前我们往往会忽视 它。然而，了解故障原因，即使是老化的原因，对我们来说都是有意义的。 解读车轮轴承 文/Sam Bell 译/南京 朱之亚 车轮轴承的技术与车轮本身一样有着悠 对许多小修理店来说，到机械加工厂把旧轴承 久的历史。最早出现的亚述人双轮马车可追溯 压出，再把新轴承压入就意味着要占用一个举 到大约4000年前。那种马车有两个“嘎嘎”作 升机。大一些的修理厂通常都会有压床，但对某 响的轮子，从远处就可听见马车驶来的声音。 些车型来说要找到适用的夹具也会耽误一些时 其后，埃及人将黄铜或青铜用在了双轮马车 间。幸运的是，这种情况已经得到改善，大约在 上。他们用铜片嵌入车毂和包裹车轴。最早的 1980年，Schley Products/SP Tools公司推出 “润滑脂罩杯”里装的是熬制的脂肪、牛油或 了一套就车拆装车轮轴承的工具，OTC和其它 猪油，并且松松地套在轴头上。 一些公司随后也推出了通用型的就车轴承拆装 朱之亚 滚珠轴承最早出现在2000多年前古罗马 工具组件。请记住以下要点： 曾任江苏联合汽 人的船上，用来支撑船上的旋转平台，这种旋 (1)大的滑锤会使轮毂变形。如果轮毂太紧 车维修有限公司经理、 转平台既可用于装卸货物也可用于打仗。记得 不易拆下，请选用其他种类的拉拔器。针对这种 南京苏杰汽车技术有限 上小学时我参观过一个凯撒年代后期建的水电 情况，大多数就车轴承拆装工具组件里都配有 公司经理、北京华信诚 厂，笨重的水轮机在一个满是钢球的座圈上旋 轮毂拉拔器。 汽车技术有限公司技术 转，座圈的形状有点像保龄球道的边沟。座圈里 (2)从轴承座里取出轴承时先应将卡簧取 总监，现任南京宝田汽 使用的钢球开始时有炮弹大小，随着钢球的磨 下。选用一个大于轴承外径的空心套(图1)，用螺 车用品有限公司技术总 损，不断加入新的钢球直到钢球磨损至网球大 纹拉杆通过推力垫圈和合适的垫块对轴承的内 监。 小时才将其取出。 圈施加压力，这样拉力就会均匀地作用在整个 很多年前在后轮驱动车辆的前轮上，锥形 轴承组件上，因而不会出现轴承组件在轴承座 滚柱轴承逐渐取代了滚珠轴承。尽管制造成本 内歪斜的现象。 比较高，但总体上锥形滚柱轴承的寿命比滚珠 (3)安装轴承前一定要清洁轴承座和卡簧 轴承长，原因是锥形滚柱轴承能更好地承受轴 槽，如果需要，可在轴承座内涂抹一些润滑脂、 向负荷和应力，而且比滚珠轴承容许的安装误 机油或防卡死剂。 差还要大许多。圆柱形的外形能使滚子全面地与 (4)安装轴承时只能对轴承的外圈施加压 内外座圈接触，而滚珠轴承与内外 力，决不能对轴承的内圈施加压力。任何作用在 座圈的接触面只有两个点。高 内圈上的力都会使滚珠和内外圈变形，从而造成 挡边滚珠轴承的滚子与座圈 轴承早期损坏。如果就车轴承拆装工具组件中 的接触呈椭圆形，因而越 来越常见。 大多数前轮驱动的 现代车辆都用一对高挡 边的滚珠轴承。通常情 况下两轴承共用一个轴 承座，从而成为一个密封 的组件。在许多车型上，轴 承压入转向节，轮毂压入轴承 图1 拆下旧的轴承时要用合适的空心套，空心套要完全 的内圈，驱动轴则插入轮毂。 适合转向节，其内径要比旧轴承的外径稍大。螺纹拉杆螺 由于大部分前驱车的轴承都是压入转向节 帽(在套筒里)与定心突缘间的推力垫圈能降低工具的磨 的，所以多年来换轴承就意味着要将转向节拆下。 损。别忘了还要用一些抗高压的润滑脂。 ·· 1818 OctoberOctober 栏目编辑：范颖 fy@ 没有合适的垫块，可将旧轴承的外圈在砂 轮轴承已变得越来越可靠，以至于在没有 轮上打磨掉几十丝，这样就可作垫块用了。 出现问题前我们往往会忽视它。请记住， 对于转向节内侧的轴承座来说，选用正确 车辆行驶16万km，常用的南宫NG·28娱乐(中国)官方网站 (访问: hash.cyou 领取999USDT）车轮轴承就会 的定心套可以降低轴承歪斜的几率。不管 转动大约7500万圈。13万km后，车轮轴 怎么方便，都不能用锤来敲击轴承，即使 承的故障率会急剧上升，20万km后，车 轴承在轴承座内歪斜也不能用锤击敲。这 轮轴承很少有不出故障的。过去对于一些 一点对装有磁条的轴承来说尤为重要。用 老款的车，维修保养制动系统时需更换 气动工具时，如果听见气动工具的扭力增 或检查车轮轴承。如今对于一些四轮驱 大就应该停止，因为这时轴承已经安装到 动的车，或者轴承是可维护的前轮驱动的 位，过多的力只会对螺纹拉杆的螺纹造成 车，维护和保养后轮制动时仍有可能要 伤害(图2)。 更换或检查车轮轴承。 (5)如果有卡簧或外油封，这时就应 锥形滚柱轴承有特殊的保养和加油 该装上，有底板的也应一并装上。完成上 要求。虽然锥形滚柱轴承的制造成本较 述工作后才能装轮毂。为了避免损坏轴 图2 使用滑锤时不要用轮胎螺帽，除非 高，但它比滚珠轴承甚至高挡边组合滚珠 承，螺纹拉杆的压力必须施加在内侧的内 准备将轮胎螺帽换掉。这样做有可能使 轴承所能承受的轴向负荷要大，同时还能 座圈和轮毂的外侧上。大部分就车轴承 轮胎螺帽的锥面变形，并使其在规定的 允许更多一些的中心偏差。前轮驱动的方 力矩下达不到车轮所要求的紧固力。真 拆装工具组件中都有一个定心环(图3)，这 式被普遍采用后，世界各地的汽车生产厂 正的危险是螺纹的强度会受到损坏。用 个定心环可以准确地套在轮毂突起的中 常用的螺帽加上平垫圈，用完后放入轴 家都将锥形滚柱轴承作为标准选择。下面 心部分上。为了确保轴承内圈的座不被挡 承拆装工具组件中备用。 的一些忠告或许你已忘记： 住,应将垫块平的一面对着轴承内圈，不 (1)清洁是必须要做的工作。有两种 能将垫块有台阶的一面对着轴承内圈。这 被认可的方法可以用来清洁轴承：将全 时所有的作用力都会施加在轮毂和轴承 新的润滑脂挤压进轴承或用溶液清洗轴 内圈而不在外圈上。安装轮毂时，螺纹拉 承。如果是将全新的润滑脂挤压进轴承， 杆的扭力一般不会大于11N·m，所以不 注意轴承内不能留有任何污染物，不行的 要将气动工具的扭力调得太大。 话，就反复向轴承内挤压全新的润滑脂。 许多汽车生产厂家采用将轮毂和轴 如果用溶液清洗轴承，记住：要彻底检查 图3 仔细观察这个轴承的定心环，看看 承制成一个总成的方法，轮毂和轴承总成 轴承并且轴承上不能留有一点溶液。轴承 有没有“台阶”。定心环内径大的一面朝 通过三、四根螺栓固定在转向节上，图4 外，小的一面朝里，并与轮毂的台阶吻 在使用前需正确地润滑和预加载荷，把 显示出轴承组所受各种力的详细情况。 合。许多技师第一次装这种轴承时都会 轴承放在一块干净的抹布上晾干。如果急 像当今汽车上许多零部件一样，车 出错，因而不得不花钱再买一个。 等着用，可用干燥的压缩空气将其吹干， 2009/102009/10 ·· 1919 特别报道 SPECIAL REPORT 栏目编辑：范颖 fy@ F —径向负荷 r Combined Load—总负荷 F —轴向负荷 a F —加速力 F —侧向反力 S A F —制动力 F —重力 B W 图4 (左)车轮轴承在工作时所承受的主要力。这些力的大小与车重、负荷、路况、车速和操作有关。(中)水平作用在车轴上的力称为轴向负荷。垂直作 用在车轴上的力称为径向负荷。(右)所有力的综合矢量可归结为总(综合)负荷。 但不能使其旋转。 (2)大多数新的轮毂都带有新的轴承外座圈。如果需要 把旧的换下来，找出能接近外座圈厚边的缺口。使用铜棒以免 造成损伤。安装时选用合适的工具将新座圈完全安装到位(图 5)。大部分轴承和油封安装组件中都有一个带突缘的锥形安装 器。所选用的安装工具不应在座圈的工作面上施加太大的力。 (3)要选用符合或超过NLGI #2和ASTM D 4950标 准的优质润滑脂(译者注：NLGI是美国润滑脂学会，ASTM是美国 材料试验学会。这两个组织共同制定了汽车维护保养润滑脂分 类和规格标准。GB/T5671-95是中国的汽车通用锂基润滑脂标 准，这个标准参照了日本的JISK2220-84标准)。当然，油封是要 换的，要确定油封的朝向并且按规定的深度安装(通常是与 图5 将轮毂压入轴承内圈，一旦完全压入后只能用手动工具将其完全安 装到位。 安装处的表面齐平，但有的规定要深一点)。油封的内唇要抹 点润滑脂，以便使其与轮毂一起旋转。轴承座腔内必须留有 左右(确切的数值请参阅厂家的规定)。 一定的空间，这样的话，可以存下轴承旋转时甩出的多余润 (8)将冠状保险片套在轴头螺帽上。许多轴头上都有两 滑脂。许多厂家都建议轴承座腔内只可涂抹大约1/3～1/2量 个垂直的对穿孔，将冠状保险片的缺口对准其中的一个孔并 的润滑脂，超过这个量有可能使轴承的工作温度升高，从而 插入开口销。切记：将开口销折弯，以防其掉出来。 导致轴承的早期损坏。 (9)装上轴头的防尘帽。损坏或变形的防尘帽会使水或 (4)将内轴承、油封和轮毂组件或轮毂、制动鼓组件装在 杂质进入轴承的工作区域，因此如果防尘帽损坏或变形就应 转向节上，再将车轮外轴承装在转向节上，然后再装上带有 更换。大多数技师都会在防尘帽里抹点润滑脂，这样可以吸 突舌的淬火垫片，最后旋上轴头螺帽。 附任何杂质并且使防尘帽的密封性更好。再说一遍，不要抹 (5)在确定内轴承紧靠在转向节的根部后，用手拧紧轴头 过多的润滑脂，防尘帽里至少要留有一半的空间。 螺帽。边拧轴头螺母边转动轮毂组件，以确保每个锥形滚柱 密封的轴承照样会坏，而且带来的后果可能很严重，常 的位置都正常。 常会因此造成车轴、转向节、车轮甚至轮胎的损坏，而在此 (6)用手动工具慢慢拧紧轴头螺帽直到轮毂组件在转向 期间转向会出现问题。幸运的是，在后果严重的故障发生很 节上刚好没有一点轴向间隙，这样就表明所有部件的位置都 早之前，通常会有异常的声音出现。大多数情况下，轴承出问 正确无误。接下来，就可以调整轴承的预加载荷。 题的最初阶段会伴有低沉的轰鸣声，这种声音会随车速和轴 (7)将轴头螺帽回旋1/6～1/4圈，并使螺帽上的开口对准 向(左右)负荷的变化而变化。车轮轴承损坏初期发出的噪音 轴头上的开口销孔，然后再次旋转轮毂组件。如果不将轴头 和轮胎的噪音并不总是很容易区别开来，特别是轮胎花纹有 螺帽回旋，就会由于过热和摩擦力过大而造成轴承早期严重 外伤或轮胎磨损严重时。路试时有一个小窍门可以区别轴承 损坏。对于大多数车型来说，端面间隙应为0.025～0.178mm 噪音和轮胎噪音，具体方法是：车辆以中速行驶，稍稍左右 · 20 October 2009/10 · 21 特别报道 SPECIAL REPORT 栏目编辑：范颖 fy@ 图6 用机械式听诊器诊断车轮轴承故障。当然是把探头放在轴承座或转 图7 什么时候轴承的功能又多了起来？轴承又多出了一个输入传感器的 向节上而不是放在旋转的部位上。 功能。右侧的外油封里有磁条，其作用是取代以前轮速传感器的磁阻轮。 转动方向盘，如果向一个方向转动噪音明显降低，而向另一 传感器和线路都没有问题，但车轴上没有磁阻轮。我的第一个 个方向转动时噪声明显增加，这时就基本可以肯定车轮轴承 想法是，他们有可能更换了车轴，换上去的是非ABS车所用的 出问题了。但到底是哪个轴承出问题？由于许多车都采用了 车轴。我粗略地检查了一下，对面的车轴上也没有磁阻轮。 双滚柱密封轴承，要确定哪个轴承有问题并不是件容易的 如图7所示，车轮轴承的外侧油封里含有磁条，其作用就 事。有一条好的经验可以告诉你：路试时听起来发出噪音的 是充当磁阻轮。新轴承在转向节内装反了，所以有磁条的油封 车轮对面的那个车轮轴承往往有问题。 没有对着传感器。从外观上看，唯一可以确定轴承正反面的方 有个好的方法可以确定到底是哪个轴承响，这就是用机 法就是看油封的颜色。对于这款车来说，装有棕色油封的一面 械式听诊器(图6)。将车用举升机举起，注意要有良好排放通 应当朝外，装有黑色油封的一面应当朝里。用纸夹也可以感觉 风的环境。让一位助手发动车辆并挂挡使车轮旋转，这时可 出油封有没有轻微的吸力，有吸力的一面应该对着传感器。不 将听诊器的探头放在转向节或轴承座上。检查两边的轴承， 过需要注意的是，油封所用的材料极易出现划痕和受损，所以 这样就可以确定是哪边的轴承响。记住：如果一边的车轮轴 测试时动作要轻并且纸夹的面要与油封的面平行。有疑问时， 承出现磨损的迹象，另一边的轴承也已行驶大致相同的里 可以检查对面车轮轴承，以便确定油封的朝向。 程。合理的做法是将两边的轴承都换掉，除非轴承的损坏是 在维护和安装带磁条的轴承组件时一定不能用力敲击， 由明显的外因造成的。 用力敲击一次就有可能损坏部分或全部的磁性物质，从而造 当然，对非驱动轮来说，用这种方法时就需做些变通。 成高成本的返工。在这类轴承附近干活时，还应避免使用磁 这时，要让助手尽可能快地转动车轮而你则用听诊器去听。为 铁或磁性工具。 了使车轮尽快转动，有时可能需要调大刹车间隙。遗憾的是， 这种装在轴承上的“主动式传感器”提供连续幅值的 大多数情况下，特别是轴承损坏的早期，不对有问题的车轮 数字方波信号，信号的频率随车速递增，霍尔效应传感器很 施加足够的径向负荷就很难用听诊器确定轴承的故障。在轴 容易读取这些信号。传感器和信号的这种组合方式有一个好 承进一步损坏之前，不用测功机也许很难确定轴承的故障。 处，这就是速度很慢甚至停车时传感器也能读取信号。 有时车轮轴承磨损后会出现很大的间隙，但却不会产生 如果怀疑油封中的磁条有问题，用一个简单的方法就可 额外的噪声，在对转向和悬挂系统进行例行检查时这个问题 以做出判断。具体做法如下： 并不难发现。将车举起，在6点钟和12点钟的方向抓住并用力 第一步：将轴承用塑料袋或塑料皮包起来。第二步：将 晃动轮胎。如果有任何摆动，重复上述动作并叫一位助手观 一张薄纸(葱皮纸)放在轴承的上方。最好用一张整纸，这样 察和感觉。如果球笼和其他部件没有间隙，检查轴承的调整 纸就可以伸在轴承的上方。第三步：在轴承周线上方的纸上 间隙。如果轴承间隙是不可调的但有间隙存在，这种情况下 撒些铁屑(大约半茶匙左右)。用指尖轻轻敲击纸张，使铁屑 就需更换轴承。 按照轴承中的磁场排列。观察铁屑，铁屑的排列应有规律。 几年前，一家经常与我们打交道的汽车钣金修理厂打电 最后一步：小心地将纸折起并让铁屑都聚在纸的折缝里。从 话说一辆新款本田雅阁的ABS出了问题。这是一辆事故车， 轴承上取下塑料包扎物时要确定上面没有残留的铁屑。 钣金修理厂更换了转向节，但车刚一行驶，ABS的故障灯就亮 有些设计先进的轴承是将一个接近传统式的磁阻轮装 了。他们调出了故障码并更换了从受损转向节上拆下的轮速传 在轴承的两个内圈之间。这种设计的优点是磁阻轮不会吸附 感器。遗憾的是，故障码又出现了，所以他们将车开到我这里。 金属微粒并能使磁阻轮不受盐分、沙粒和路面杂物的侵害。 · 22 October 2009/10 · 23 特别报道 SPECIAL REPORT 栏目编辑：范颖 fy@ 那么，到底是什么原因使轴承损坏呢？简单地说，大多 过从装有某种轮胎的一些车上下来时感受到静电放电(电击) 数轴承损坏的原因是由于磨损、疲劳和压力融接。 的经历。 磨损是由摩擦力造成的一个或多个轴承表面的物质消 使拉杆和转向节接地能在某种程度上保护轴承这一说 逝，当硬的颗粒物掉落在轴承的座圈之间后，轴承的磨损速 法令人费解。如果静电荷在车轮和轮胎上积聚，不通过轴承 度急剧加快。 的旋转部件，电荷怎么会传到拉杆和转向节上呢？也许，像有 疲劳是由连续的负荷和卸荷使轴承的小块物质从原来 些人所说的那样，接地线缆的真正作用是降低无线电频率干 的部位断裂而造成的。装载较重或在坑洼不平的路面行驶都 扰，这种无线电频率干扰信号不是来自车轮和轮胎，而是来 会增加轴承疲劳的风险。由于轴承的滚柱和座圈总会出现材 自常规的ABS轮速传感器。 料变形，因此总会有金属疲劳的危险存在。 我见过许多接地电缆断开或接触不好而造成轴承故障 压力熔接的成因是足够的压力使两块金属紧压在一起， 的例子。要了解究竟是什么原因，我们来看一个极端的例子： 一块金属的部分成分转移到另一块金属上。尽管滚柱、滚珠 一辆轿车，缸体接地电缆是好的，但车身的接地电缆断了。任 和座圈表面上看起来平整、光滑，但在显微观察下，其表面却 何不通过缸体接地的用电器都得找到自身通往电瓶或发电机 是粗糙不平的。这种粗糙不平的表面意味着局部地方会承受 的接地回路。大功率用电器，如雨刮器、车窗电机、风扇、后 极高的压力，极高的压力会破坏润滑脂在轴承部件表面形成 窗除霜电热丝等将通过车身经方向机柱到方向机齿轮、横拉 的油膜。这些没有油膜的极小区域的金属会熔接在一起，随 杆、转向节、车轮轴承、传动轴，最后通过变速器到缸体构成 后又被拉断。这种现象重复出现就会导致轴承的最终损坏。 回路。驱动这些大功率电器所用的电流足以在车轮轴承座圈 轴承预加载荷的不正确是造成金属疲劳和压力熔接的 和滚子之间造成电弧。如果接地电缆的问题不解决，电弧将 原因，通常情况下预加载荷不正确是由轴头螺帽旋得过紧造 很快使轴承损坏。用肉眼看，电弧造成的损坏与压力熔接造 成的。因此，这种情况很好预防。 成的损坏很相像。通过显微观察可以发现金属的表面有小的 摩擦学是专门研究摩擦力的，其中也包括对轴承损坏原 凹穴，但这些小的凹穴除了分布稍有规律外，其与熔接而形 因的分析。现在从摩擦学的角度来看看正常的轴承在没有润 成的小的凹穴在外观上很难区别。为了避免车轮轴承经常损 滑脂的情况下运转会发生什么情况？干转并不是前面所指出 坏，每次换轴承时一定要彻底检查缸体、底盘和车身的接地 的造成轴承损坏的原因之一，但很显然，干转在轴承损坏过 电缆。 程中肯定起了主要的作用。没有润滑脂会导致疲劳和熔接。 通常情况下，采用常规的电压降测试方法就可轻易地检 金属疲劳产生的硬微粒随后会大大加快磨损的进程。接着， 查出底盘的接地是否正常。将数字式万用表的负极表针连到 更大的磨损又加快了疲劳和熔接的进程。这种情况周而复始 电瓶的负极接柱上，再将正极表针连到底盘上，最好连在离 直至轴承损坏。大多数车轮轴承损坏的原因分析起来都差不 接地电缆远一点的位置上。选择直流电压测试功能，同时选 多，无论是油封损坏、安装不正确或仅仅是老化，轴承损坏 择最大值、最小值记录功能。接下来打开所有的主要用电器， 的最终原因都是由磨损、金属疲劳和压力熔接造成的。 如远光灯、后窗除雾、空调高速风扇、雨刮器，如果有座位加 虽然已找出了造成大多数轴承损坏的四个凶手，但还