照例釋放文案稿

今天跟大家聊聊輪轂軸承這個零件。輪轂軸承又叫軸頭，英文是Hub Bearing。自行車?yán)锏幕ü木褪沁@個Hub的音譯。雖然是個底盤零件，但是和減振器，拉桿襯套這些懸掛部件，以及卡鉗，剎車盤這些制動部件相比，輪轂軸承的關(guān)注度基本為零。再加上它平時被剎車盤和防塵罩一前一后包圍著，想看到它本尊都不容易。僅有的出場機(jī)會大概就是改裝剎車盤時的除銹環(huán)節(jié)。我沒見過有人去講解這個零件，所以就做了這個視頻。

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首先花一部分時間了解一下乘用車，也就是轎車或者SUV這種車型級別用的輪轂軸承的代次劃分。理解這個代次劃分可以幫助你在面臨需要更換這個軸承時，對大概需要花多少錢，做好足夠的心理準(zhǔn)備。

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到目前為止，輪轂軸承已經(jīng)有四代了。不同代的區(qū)別主要在于軸承和其他部件的整合程度。第一代就是普普通通的雙列角接觸軸承。{圖1}一般乘用車用的都是滾珠，但偶爾也會有些例外，比方說像早期的Subaru Impreza因?yàn)槔愜嚨难y(tǒng)，用的就是商用車，也就是巴士或者卡車用的雙列圓錐滾子軸承。顯然，同樣外觀尺寸下，圓錐滾子軸承的負(fù)載能力會更大些，不過代價就是滾阻也會大一下。

第二代輪轂軸承的主要特征是把軸承的外輪和其他部件做了整合。整合的對象根據(jù)是驅(qū)動輪還是從動輪而不同。驅(qū)動輪的外輪上整合了用于安裝到前輪轉(zhuǎn)向節(jié)或者后輪懸架上的法蘭和螺栓孔。裝車時，需要把輪轂法蘭壓入內(nèi)輪，然后把驅(qū)動軸壓入法蘭，再用大螺母鎖緊。從動輪則是整合了輪轂法蘭，安裝也比驅(qū)動輪簡單很多。二代軸承看似只是簡單地在外輪形狀上做了些修改，賦予它方便安裝的功能，但在我看來這其實(shí)是在材料和工藝上的一次巨大嘗試。因?yàn)橄褚淮S承這樣純粹的軸承，其鋼制三大件，也就是內(nèi)外輪和滾動體的材料基本都是含碳量0.8%的軸承鋼。這種含碳量在鐵碳共析點(diǎn)(0.77%)以上的鋼材算得上是一種高碳鋼，它的特點(diǎn)是熱處理后硬度很高，所以耐磨。但是硬的同時也脆，韌性不足。當(dāng)外輪整合上車身結(jié)構(gòu)件以后，哪怕只是一個簡單的安裝法蘭，都希望它具有一定的韌性，這樣在萬一情況下，它吸收能量發(fā)生變形，而不是直接斷裂，導(dǎo)致整個輪胎飛出去。這樣可以最大限度降低事故造成的損失。因此這個整合了安裝法蘭或者輪轂法蘭的外輪材料就從原來的軸承鋼變成了含碳量要低一些的結(jié)構(gòu)碳鋼，隨之而來的變化就是熱處理從原來的整件熱處理（ズブ焼き/全體焼き入れ）變成了只針對軌道面進(jìn)行的高頻熱處理（高周波焼入れ）。

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二代軸承就我有限的認(rèn)知范圍里，實(shí)際應(yīng)用不算多，但是這次嘗試顯然是成功的。它的結(jié)果就是現(xiàn)在已經(jīng)基本普及的三代軸承。三代軸承的內(nèi)外輪都做了外部整合，而且統(tǒng)一成外輪整合安裝到懸架上的法蘭，而內(nèi)輪整合輪轂法蘭。驅(qū)動輪和從動輪的區(qū)別僅僅只是驅(qū)動輪有帶花鍵的中心孔用來和驅(qū)動半軸(CVJ)嚙合，而從動輪就是實(shí)心的。這種統(tǒng)一有一個好處，就是方便主機(jī)廠在同一個平臺上開發(fā)兩驅(qū)和四驅(qū)版本時，實(shí)現(xiàn)懸架零件共用。三代軸承的這種整合還帶來一些額外的好處，比方說，1)有更多空間使用防水性更好的三唇密封圈，并且內(nèi)側(cè)密封圈可以集成用磁性橡膠做的輪速編碼器。2)從動輪甚至可以用一個端蓋來替代內(nèi)側(cè)密封圈，既提高了密封性又減少了一個密封圈引入的摩擦阻力矩。端蓋還可以集成輪速傳感器。3)可以通過旋鉚翻邊工藝（就是用在輪輞上的旋壓）鎖緊內(nèi)輪來施加預(yù)載，比以往單純依靠軸頭大螺母緊固的方式更容易實(shí)現(xiàn)預(yù)載管理。

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總的來說，三代輪轂軸承是一種很不錯的軸承衍生產(chǎn)品。在設(shè)計自由度，安裝使用方便性上都要優(yōu)于以往的產(chǎn)品。對主機(jī)廠來說，它節(jié)省了零部件數(shù)量（輪轂法蘭，輪速編碼器等等），簡化了安裝工序，實(shí)質(zhì)上節(jié)省了成本。而對軸承供貨商來說，通過整合周邊零件增加了更多附加價值，也就提高了產(chǎn)品利潤。當(dāng)然隨之而來的缺點(diǎn)就是，軸承總成的成本提高。對整車來說，三代軸承實(shí)際上是化零為整，所以總的采購成本應(yīng)該是下降的。但是對用戶而言，集成度高了意味著任何一個子部件，比方說磁性輪速編碼器的損壞，都需要更換整個軸承，所以維修成本顯然是上升的。過了保修期后，替換件的價格誰看了都不會高興。

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以上三種都是現(xiàn)在實(shí)際投產(chǎn)應(yīng)用了的軸承。用寶馬3系來舉例的話，E46/E90/F30在后輪，也就是驅(qū)動輪上都使用了一代軸承。前輪復(fù)雜一些，兩驅(qū)版本只有E46使用了二代從動輪軸承。E90之后就全部使用三代從動輪軸承了。四驅(qū)版的話，E46和E90沿用后輪的一代軸承設(shè)計，只有F30用了三代驅(qū)動輪軸承。而到了G世代，前后輪就都是三代軸承。不過上述平臺里有一個特例。那就是F80 M3。它的前后輪軸承較之F30都做了特殊優(yōu)化設(shè)計，其中后輪使用了二代驅(qū)動輪軸承。你們看，簡簡單單一個3系就把所有一二三代輪轂軸承都用了個遍。

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實(shí)際上第四代軸承也已經(jīng)問世。它在三代軸承的基礎(chǔ)上把剩下的那半邊內(nèi)輪和等速萬向節(jié)(CVJ)的球籠做了整合。這個產(chǎn)品在我還在職的時候，部門里就在討論要不要做。結(jié)果上來說最后還是做了，畢竟老東家在輪轂軸承和CVJ的全球市場占有率都是數(shù)一數(shù)二的，整合到一起也算是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手。但是我個人并不是很看好這種整合。因?yàn)檩S承和CVJ球籠都是會單獨(dú)損壞的運(yùn)動部件。如果因?yàn)槠渲幸环綋p壞就要把兩個都換掉，這個零件費(fèi)用會非常高。再加上未來電動車時代如果輪邊電機(jī)有一席之地，那萬向節(jié)就沒用了，這意味著四代軸承的需求會降低。當(dāng)然這只是我個人看法，未來會怎么變化，我們可以靜觀。

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接下來聊聊輪轂軸承不為人知的細(xì)節(jié)。既然是軸承，照例還是從壽命說起。不知道各位有沒有聽過一種說法：改裝輪輞會降低輪轂軸承的壽命，這個說法對不對呢？基本正確。因?yàn)檩喬ミ@一帶的零件布局的限制，絕大部分情況下輪輞的中軸線會更靠近雙列角接觸軸承靠車體外側(cè)這一列，使得這列軸承會承受更多的負(fù)載。設(shè)計時如果想把兩列軸承做得一樣大，那么只要看外側(cè)這列的壽命和接觸面壓就行了。當(dāng)負(fù)載過于偏外側(cè)時，還會單獨(dú)增加外側(cè)列球徑，個數(shù)以及節(jié)圓直徑，設(shè)計成兩側(cè)軸承不等大的內(nèi)構(gòu)來強(qiáng)化外側(cè)的負(fù)載能力。當(dāng)然偶爾也會有些例外，比方說比亞迪秦EV的從動輪軸承，就是因?yàn)閮?nèi)側(cè)列載荷更高，我給做了個內(nèi)側(cè)列大于外側(cè)列的設(shè)計。

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那改裝輪輞一般有哪些玩法？是不是立刻想到換裝J值更高的輪輞和通過夾裝法蘭盤改動ET值來獲得寬體效果？這兩種改動都會加重外側(cè)軸列承的負(fù)擔(dān)，使本不富裕的壽命和接觸面壓雪上加霜。所以理論上的減壽是必然的。但實(shí)際上，如果不是壓到路肩或者高速通過路面起伏造成沖擊負(fù)載的話，這個減壽效果也不見得會立刻呈現(xiàn)出來。對于10年起步的設(shè)計壽命來說，20~30%程度的預(yù)期壽命減少對于部分用戶來說也不是不能接受，對吧。

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那說到改裝，就不得不提另一個一定會出現(xiàn)的說法：改輪輞時，如果中心圈直徑不匹配，就要加裝變徑環(huán)，因?yàn)檫@個地方是承受車重的部位，不裝變徑環(huán)會導(dǎo)致輪輞損壞或者螺栓松掉。這個說法對不對呢？完全錯誤！關(guān)于輪輞的負(fù)載如何傳遞到輪轂軸承這件事我在螺栓那期視頻里就解釋過，是通過輪轂螺栓的預(yù)緊力將輪輞連帶剎車盤一起壓在輪轂法蘭上，由這個接觸面上的摩擦力來承受負(fù)載的。而中心環(huán)的作用僅僅是在安裝輪輞時起導(dǎo)向作用。注意還只是導(dǎo)向作用（Pilot/案內(nèi)），連定位作用（Positioning/位置決め）都不是。因?yàn)槎ㄎ欢际强柯菟ǖ腻F面來實(shí)現(xiàn)的。

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可能有人會不信，那我就講得再具體一點(diǎn)。一般輪輞中心孔的直徑比輪轂中心環(huán)的直徑大差不多0.1mm。所以把輪輞掛上去的時候很輕松就能對上去，不會有卡滯的感覺。間隙這么大，還要承受負(fù)載，那輪輞中心孔和輪轂中心環(huán)首先得發(fā)生接觸對不對。大圓和小圓要發(fā)生接觸，那兩者就得有接近0.05mm的偏心量，且這個偏心方向還得隨著車輪轉(zhuǎn)動不斷變化。這意味著輪輞和剎車盤的接觸面在不斷地微動滑移摩擦。那車子開一會兒，這接觸面就該摩擦起熱了。開久了這個接觸面要么燒蝕，像摩擦焊接那樣把輪輞和剎車盤焊在一起，要么接觸面發(fā)生磨損，使螺栓預(yù)緊力喪失，螺栓松脫。想通這個邏輯，就能理解為什么有的廠家，把這個環(huán)做得很短，和輪輞只有短短數(shù)㎜的交蓋長度，比方說某些本田的車型。因?yàn)楸咎镉玫妮嗇炤S承，大部分都是我老東家設(shè)計的。而有些主機(jī)廠，像寶馬在F80/F82上直接就把這個中心環(huán)做成花瓣狀來偷輕。就是因?yàn)檫@個環(huán)在固定完螺栓后就沒啥作用了。要想降低簧下質(zhì)量，從這里下手非常合理。所以這只軸承的設(shè)計我個人非常地欣賞。

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再來說說輪轂軸承上的螺栓。關(guān)于螺栓本身的特性，在螺栓那期視頻里已經(jīng)講了很多了。這次講另一個話題，輪轂法蘭上是像日本車那樣鑲嵌螺栓搭配螺母來固定輪輞好，還是像歐洲車那樣打螺紋孔搭配螺栓好。直接說結(jié)論，日本車那種設(shè)計對用戶和汽修工比較友好，但是對軸承設(shè)計師就不那么友好了。而歐洲車的螺紋孔設(shè)計則反之。法蘭上帶螺栓可以在拆裝輪胎時掛住輪胎，即使不借助幫手，或者使用這種輪輞導(dǎo)銷，也能一個人輕松作業(yè)。如果某根螺栓的螺紋壞了，還可以單獨(dú)把螺栓頂出來換新的，不像打螺紋孔的軸承，螺紋滑絲就得把整個軸承都換掉。當(dāng)然，前提是廠家設(shè)定了螺栓售后件。但恰恰是這個更換螺栓的需求，使得法蘭后方必須給退螺栓留出凈空間。螺栓越長，螺栓頭部越大，需要留出的空間也就越大。這就限制了位于法蘭后方的軸承外輪的直徑?？催^上一期視頻的話，肯定能理解，如此一來，軸承內(nèi)部的鋼球直徑和節(jié)圓直徑就上不去了，軸承的負(fù)載能力也就被限制住了。這對很多油改電的車型來說，將會是一個考驗(yàn)。一方面，客戶為了輪輞的通用性基本不會同意修改螺栓排布的節(jié)圓直徑，而另一方面，因?yàn)榧友b了電池導(dǎo)致的車重增加又勢必要求軸承負(fù)載容量的上升。偏偏像日本車又很喜歡使用100，108mm這種偏小的螺栓節(jié)徑，可以說是設(shè)計師的噩夢。而使用螺紋孔的歐洲車的設(shè)計，就沒有這方面的限制。只要使用的螺栓不是太長，從法蘭背后伸出很多以至于和軸承外輪干涉，那么外輪的設(shè)計自由度就要大很多。而且我見過的很多歐洲車的輪轂軸承都使用120mm這樣的大節(jié)圓直徑，拓展負(fù)載容量的余地是真的比帶螺栓的軸承要大很多?？赡苡行┤藭X得我夸大其詞，但事實(shí)就是設(shè)計成立與否有時候就只是兩三毫米的差距。

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除了限制負(fù)載容量的設(shè)計自由度，鑲嵌螺栓還會影響法蘭盤面的軸向端面跳動（Run-out）。關(guān)于這個軸向端面跳動，我在講剎車抖動的那個視頻里有過說明。我相信絕大部分人都不知道，實(shí)際上輪轂軸承的這個法蘭面并不是理想平面，軌道面的熱處理和鑲嵌螺栓都會影響這個端面跳動偏差值。而這個偏差是會被剎車盤繼承和放大的，最終影響是否發(fā)生蹭盤拖剎。因此，為了防止拖剎以及剎車時的抖動，主機(jī)廠對這個端面跳動的要求也是越來越高。以至于鑲嵌螺栓后，法蘭盤的端面跳動面臨工程能力不足的問題，也就是有超差的風(fēng)險。作為對策，供應(yīng)商搞出了二次車削這種做法，也就是在整個軸承全部組裝完畢后，再放到CNC上對法蘭盤面進(jìn)行一遍車削來降低端面跳動。這里多加了一道機(jī)加工序先不說，為了防止飛濺的切屑劃傷密封圈這種脆弱的部件，還需要做一些遮蔽處理，導(dǎo)致二次車削會極大地增加軸承的成本，所以最終產(chǎn)品也會賣得很貴。做這種二次車削的軸承有個特點(diǎn)，就是在法蘭面上，螺栓所在的圓周上有一個淺淺的凹槽。這就是為了做二次車削用的退刀槽。因?yàn)槎诬囅鲿r，刀具是不能進(jìn)入螺栓所在的這部分圓環(huán)區(qū)域的，不然法蘭轉(zhuǎn)動起來，螺栓就撞刀了。

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如果屏幕前的你有機(jī)會看到自己的原車軸承，法蘭上鑲嵌著螺栓且?guī)н@種退刀槽，那么恭喜你，主機(jī)廠為這款車子提出了很高的法蘭端面跳動的要求，并為此付出了相應(yīng)地成本。不過也不是說所有這個部位有退刀槽的軸承都是為二次車削設(shè)計的。我看到淘寶上有些副廠件也有這種帶退刀槽，但極有可能就只是一個模仿原廠件外形的設(shè)計，而并沒有真正去做二次車削。有沒有做二次車削在從動輪上可以很容易判斷。因?yàn)閺膭虞喌闹行沫h(huán)內(nèi)部會有兩道突起。這是用來在二次車削時驅(qū)動法蘭盤旋轉(zhuǎn)的。驅(qū)動輪沒有這個突起，因?yàn)轵?qū)動輪中心孔有花鍵，可以直接通過花鍵來轉(zhuǎn)動法蘭盤。

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好了，這次想說的就這么多。是不是毫無用處的知識又增加了呢。下一個視頻，我打算回到剎車卡鉗，講講關(guān)于剎車的兩個廣泛流傳的，基本上是誰聽誰信的錯誤說法。有興趣的小伙伴們可以期待一下。那么我們下回見。