性能試驗是輪轂軸承產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)輪轂軸承的功能分析了其性能要求及決定性能的因素，總結(jié)了耐久性試驗、彎曲疲勞試驗、密封試驗、高速泄漏試驗、摩擦力矩試驗、沖擊強度試驗、路肩沖擊試驗、力矩剛性試驗、微動磨損試驗及其他功能試驗方法在各大主機廠的研究進(jìn)展，評價了現(xiàn)有輪轂軸承性能試驗方法，并對相關(guān)研究進(jìn)行了展望。

伴隨汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，行業(yè)競爭日趨激烈，對汽車零部件品質(zhì)的要求越來越高，各大主機廠加大了汽車基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)投入。輪轂軸承是汽車底盤零部件中的安全件，備受主機廠關(guān)注，為開發(fā)具有優(yōu)異性能的輪轂軸承，主機廠的科研人員不斷探索更加全面、科學(xué)、合理的試驗方法,以評價輪轂軸承的性能，為開發(fā)前端提供重要的基礎(chǔ)支撐。

輪轂軸承的性能試驗方法在全球范圍內(nèi)尚未達(dá)成共識，沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。各國在工業(yè)領(lǐng)域即使已形成部分輪轂軸承標(biāo)準(zhǔn)，如美國汽車工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)SAE、德標(biāo)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS、中國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB等，但并沒有出臺相應(yīng)的法規(guī)進(jìn)行強制實施，基本處于參考狀態(tài)，主流輪轂軸承制造商仍依從主機客戶的試驗標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行輪轂軸承產(chǎn)品的設(shè)計、論證與評價。

輪轂軸承性能試驗方法的研究工作主要集中在全球主流的車企，分為歐系(典型代表是大眾、寶馬、奔馳)，美系(典型代表是通用、福特等)，日系(典型代表是豐田、本田、馬自達(dá)等)。中國車企仍未形成自己的性能試驗方法研究體系，各大車企均在不斷地對國外試驗規(guī)范進(jìn)行借鑒、吸收與采用,也積極與輪轂軸承供應(yīng)商進(jìn)行聯(lián)合研究工作，使輪轂軸承性能試驗規(guī)范趨于合理。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球輪轂軸承性能試驗規(guī)范達(dá)近百種，各大車企的試驗方法規(guī)范也各有優(yōu)劣，不同車企大量的車輛售后軸承召回事件與其設(shè)計評估的試驗方法不合理有很大關(guān)系。

綜上，對輪轂軸承的性能需求進(jìn)行分析，綜述當(dāng)前國際主流的輪轂軸承性能試驗方法，對比分析其合理性并提出評價概述，為國內(nèi)輪轂軸承性能試驗的研究提供參考。

1、輪轂軸承性能要求與分析

乘用車輪轂軸承在整車上發(fā)揮著承載與傳動這2大功能，對功能可靠性的滿足又衍生出相應(yīng)的性能要求：長壽命、低摩擦、高強度、高剛度、抗沖擊、耐微動、抗泄漏、抗泥水等。以典型的第三代輪轂軸承單元為例，輪轂軸承的性能要求與各基礎(chǔ)件要求之間的映射關(guān)系如圖1所示。決定輪轂軸承每個性能的因素多且復(fù)雜，全面評價輪轂軸承性能需要涉及到多種性能試驗，可歸納為10項(表1)。

2、輪轂軸承性能試驗方法的應(yīng)用及評價

2.1 耐久性試驗方法

2.1.1 載荷譜的研究現(xiàn)狀

輪轂軸承耐久性試驗的目的是評價軸承的滾道接觸疲勞壽命，當(dāng)前耐久性試驗方法的研究核心在于編制耐久性試驗載荷譜。耐久性試驗載荷譜的研制流程如圖2所示，其編制依據(jù)為：在實車道路的行駛過程中，采用安裝于輪端的加速度傳感器、六分力傳感器或被標(biāo)定的應(yīng)變橋采集車輪承受的載荷，利用雨流計數(shù)法對載荷信息進(jìn)行分類統(tǒng)計以獲得載荷譜的雛形，借鑒輪轂軸承設(shè)計理論中的理論算法對輪端載荷進(jìn)行估算，綜合這兩者信息并適當(dāng)引入強化因子從而獲得一個標(biāo)準(zhǔn)的耐久性試驗載荷譜。

圖2  輪轂軸承耐久性試驗載荷譜的研制流程

Fig.2  Development process for durability test load spectrum of hub bearing

按照歐系、美系、日系車企的劃分，將輪轂軸承行業(yè)所采用的載荷譜歸類如下：

1)歐洲的AK45試驗，已形成了歐洲標(biāo)準(zhǔn)，被大眾與奧迪采用。由于對原始道路載荷信息處理理解上的差異，奔馳進(jìn)一步在原始?xì)W洲采集譜的基礎(chǔ)上制定了AK51試驗。試驗的載荷條件相同，但大循環(huán)的載荷步驟存在差異，AK45為45個步驟，AK51為51個步驟，兩者最苛刻的步驟均為第43步，其載荷的當(dāng)量條件達(dá)到了1.0g(g為重力加速度，下同)。

2)美系典型的兩大車企為通用與福特，分別采用了20步法與2步法。20步法的制定思路更接近于歐洲的AK45，但所應(yīng)用的強化因子要遠(yuǎn)小于AK45，載荷試驗條件更加寬松；2步法為簡單的理論受力模型中＋0.6g與-0.6g側(cè)向加速度條件下的試驗載荷。

3)日系車企的載荷譜制定思路相對簡單，一般采用2~4個載荷步驟，在0g，±0.3g與±0.6g之間循環(huán)試驗，與福特的載荷譜有共同之處。

對比上述載荷譜條件可知：歐系載荷譜條件最苛刻，瞬時工作應(yīng)力一般會超出4 200 MPa的最大額定靜載荷。因載荷的苛刻程度，在輪轂軸承設(shè)計上除考慮滾道接觸疲勞壽命外，必須要兼顧凸緣類結(jié)構(gòu)件的強度，甚至軸向車輪預(yù)緊的緊固件或緊固方式的設(shè)計。目前，軸承公司也制定有相應(yīng)的企業(yè)試驗標(biāo)準(zhǔn)，尤其是國內(nèi)軸承公司，為滿足國內(nèi)缺乏載荷譜研究的主機客戶開發(fā)項目的需求，一般推薦將軸承公司自身的載荷譜作為滾道接觸疲勞壽命的評價方法。例如，浙江萬向精工有限公司不僅全面制定了輪轂軸承性能試驗規(guī)范企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也承擔(dān)研制了浙江制造輪轂軸承的地方標(biāo)準(zhǔn)，同時聯(lián)合廣汽、吉利、北汽等國內(nèi)車企制定了主機客戶的試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.1.2 試驗細(xì)節(jié)的處理

1)加載模式的選定。行業(yè)內(nèi)存在旋轉(zhuǎn)件加載、非旋轉(zhuǎn)件加載這2種加載模式，從原理圖(圖3)中可看出2種加載模式在載荷傳遞上存在顯著差異：旋轉(zhuǎn)件載荷傳遞路徑為加載臂、中間支承軸承、旋轉(zhuǎn)工裝、試驗軸承的旋轉(zhuǎn)零件、試驗軸承的滾道；非旋轉(zhuǎn)件載荷傳遞路徑為加載臂、非旋轉(zhuǎn)工裝、試驗軸承的非旋轉(zhuǎn)零件、試驗軸承的滾道。旋轉(zhuǎn)件加載模式的載荷傳遞效果對整車車輪上的受力模擬更為真實，由于其引入了一個支承軸承,試驗總成的系統(tǒng)剛性比非旋轉(zhuǎn)件加載的更小，大量對比試驗表明旋轉(zhuǎn)件加載的壽命比非旋轉(zhuǎn)加載的壽命高出近1倍。在2015年之前，大眾與奧迪普遍采用旋轉(zhuǎn)件加載模式評估輪轂軸承滾道接觸疲勞壽命；在2015年后，為加速壽命試驗，更改為非旋轉(zhuǎn)件加載模式。目前，整個行業(yè)普遍采用非旋轉(zhuǎn)件加載模式開展耐久性試驗，但奔馳、馬自達(dá)仍采用旋轉(zhuǎn)件加載模式執(zhí)行耐久性試驗。