轮毂轴承视频文案

照例释放文案稿

今天跟大家聊聊轮毂轴承这个零件。轮毂轴承又叫轴头，英文是Hub Bearing。自行车里的花鼓就是这个Hub的音译。虽然是个底盘零件，但是和减振器，拉杆衬套这些悬挂部件，以及卡钳，刹车盘这些制动部件相比，轮毂轴承的关注度基本为零。再加上它平时被刹车盘和防尘罩一前一后包围着，想看到它本尊都不容易。仅有的出场机会大概就是改装刹车盘时的除锈环节。我没见过有人去讲解这个零件，所以就做了这个视频。

首先花一部分时间了解一下乘用车，也就是轿车或者SUV这种车型级别用的轮毂轴承的代次划分。理解这个代次划分可以帮助你在面临需要更换这个轴承时，对大概需要花多少钱，做好足够的心理准备。

到目前为止，轮毂轴承已经有四代了。不同代的区别主要在于轴承和其他部件的整合程度。第一代就是普普通通的双列角接触轴承。{图1}一般乘用车用的都是滚珠，但偶尔也会有些例外，比方说像早期的Subaru Impreza因为拉力赛车的血统，用的就是商用车，也就是巴士或者卡车用的双列圆锥滚子轴承。显然，同样外观尺寸下，圆锥滚子轴承的负载能力会更大些，不过代价就是滚阻也会大一下。

第二代轮毂轴承的主要特征是把轴承的外轮和其他部件做了整合。整合的对象根据是驱动轮还是从动轮而不同。驱动轮的外轮上整合了用于安装到前轮转向节或者后轮悬架上的法兰和螺栓孔。装车时，需要把轮毂法兰压入内轮，然后把驱动轴压入法兰，再用大螺母锁紧。从动轮则是整合了轮毂法兰，安装也比驱动轮简单很多。二代轴承看似只是简单地在外轮形状上做了些修改，赋予它方便安装的功能，但在我看来这其实是在材料和工艺上的一次巨大尝试。因为像一代轴承这样纯粹的轴承，其钢制三大件，也就是内外轮和滚动体的材料基本都是含碳量0.8%的轴承钢。这种含碳量在铁碳共析点(0.77%)以上的钢材算得上是一种高碳钢，它的特点是热处理后硬度很高，所以耐磨。但是硬的同时也脆，韧性不足。当外轮整合上车身结构件以后，哪怕只是一个简单的安装法兰，都希望它具有一定的韧性，这样在万一情况下，它吸收能量发生变形，而不是直接断裂，导致整个轮胎飞出去。这样可以最大限度降低事故造成的损失。因此这个整合了安装法兰或者轮毂法兰的外轮材料就从原来的轴承钢变成了含碳量要低一些的结构碳钢，随之而来的变化就是热处理从原来的整件热处理（ズブ焼き/全体焼き入れ）变成了只针对轨道面进行的高频热处理（高周波焼入れ）。

二代轴承就我有限的认知范围里，实际应用不算多，但是这次尝试显然是成功的。它的结果就是现在已经基本普及的三代轴承。三代轴承的内外轮都做了外部整合，而且统一成外轮整合安装到悬架上的法兰，而内轮整合轮毂法兰。驱动轮和从动轮的区别仅仅只是驱动轮有带花键的中心孔用来和驱动半轴(CVJ)啮合，而从动轮就是实心的。这种统一有一个好处，就是方便主机厂在同一个平台上开发两驱和四驱版本时，实现悬架零件共用。三代轴承的这种整合还带来一些额外的好处，比方说，1)有更多空间使用防水性更好的三唇密封圈，并且内侧密封圈可以集成用磁性橡胶做的轮速编码器。2)从动轮甚至可以用一个端盖来替代内侧密封圈，既提高了密封性又减少了一个密封圈引入的摩擦阻力矩。端盖还可以集成轮速传感器。3)可以通过旋铆翻边工艺（就是用在轮辋上的旋压）锁紧内轮来施加预载，比以往单纯依靠轴头大螺母紧固的方式更容易实现预载管理。

总的来说，三代轮毂轴承是一种很不错的轴承衍生产品。在设计自由度，安装使用方便性上都要优于以往的产品。对主机厂来说，它节省了零部件数量（轮毂法兰，轮速编码器等等），简化了安装工序，实质上节省了成本。而对轴承供货商来说，通过整合周边零件增加了更多附加价值，也就提高了产品利润。当然随之而来的缺点就是，轴承总成的成本提高。对整车来说，三代轴承实际上是化零为整，所以总的采购成本应该是下降的。但是对用户而言，集成度高了意味着任何一个子部件，比方说磁性轮速编码器的损坏，都需要更换整个轴承，所以维修成本显然是上升的。过了保修期后，替换件的价格谁看了都不会高兴。

以上三种都是现在实际投产应用了的轴承。用宝马3系来举例的话，E46/E90/F30在后轮，也就是驱动轮上都使用了一代轴承。前轮复杂一些，两驱版本只有E46使用了二代从动轮轴承。E90之后就全部使用三代从动轮轴承了。四驱版的话，E46和E90沿用后轮的一代轴承设计，只有F30用了三代驱动轮轴承。而到了G世代，前后轮就都是三代轴承。不过上述平台里有一个特例。那就是F80 M3。它的前后轮轴承较之F30都做了特殊优化设计，其中后轮使用了二代驱动轮轴承。你们看，简简单单一个3系就把所有一二三代轮毂轴承都用了个遍。

实际上第四代轴承也已经问世。它在三代轴承的基础上把剩下的那半边内轮和等速万向节(CVJ)的球笼做了整合。这个产品在我还在职的时候，部门里就在讨论要不要做。结果上来说最后还是做了，毕竟老东家在轮毂轴承和CVJ的全球市场占有率都是数一数二的，整合到一起也算是强强联手。但是我个人并不是很看好这种整合。因为轴承和CVJ球笼都是会单独损坏的运动部件。如果因为其中一方损坏就要把两个都换掉，这个零件费用会非常高。再加上未来电动车时代如果轮边电机有一席之地，那万向节就没用了，这意味着四代轴承的需求会降低。当然这只是我个人看法，未来会怎么变化，我们可以静观。

接下来聊聊轮毂轴承不为人知的细节。既然是轴承，照例还是从寿命说起。不知道各位有没有听过一种说法：改装轮辋会降低轮毂轴承的寿命，这个说法对不对呢？基本正确。因为轮胎这一带的零件布局的限制，绝大部分情况下轮辋的中轴线会更靠近双列角接触轴承靠车体外侧这一列，使得这列轴承会承受更多的负载。设计时如果想把两列轴承做得一样大，那么只要看外侧这列的寿命和接触面压就行了。当负载过于偏外侧时，还会单独增加外侧列球径，个数以及节圆直径，设计成两侧轴承不等大的内构来强化外侧的负载能力。当然偶尔也会有些例外，比方说比亚迪秦EV的从动轮轴承，就是因为内侧列载荷更高，我给做了个内侧列大于外侧列的设计。

那改装轮辋一般有哪些玩法？是不是立刻想到换装J值更高的轮辋和通过夹装法兰盘改动ET值来获得宽体效果？这两种改动都会加重外侧轴列承的负担，使本不富裕的寿命和接触面压雪上加霜。所以理论上的减寿是必然的。但实际上，如果不是压到路肩或者高速通过路面起伏造成冲击负载的话，这个减寿效果也不见得会立刻呈现出来。对于10年起步的设计寿命来说，20~30%程度的预期寿命减少对于部分用户来说也不是不能接受，对吧。

那说到改装，就不得不提另一个一定会出现的说法：改轮辋时，如果中心圈直径不匹配，就要加装变径环，因为这个地方是承受车重的部位，不装变径环会导致轮辋损坏或者螺栓松掉。这个说法对不对呢？完全错误！关于轮辋的负载如何传递到轮毂轴承这件事我在螺栓那期视频里就解释过，是通过轮毂螺栓的预紧力将轮辋连带刹车盘一起压在轮毂法兰上，由这个接触面上的摩擦力来承受负载的。而中心环的作用仅仅是在安装轮辋时起导向作用。注意还只是导向作用（Pilot/案内），连定位作用（Positioning/位置決め）都不是。因为定位都是靠螺栓的锥面来实现的。

可能有人会不信，那我就讲得再具体一点。一般轮辋中心孔的直径比轮毂中心环的直径大差不多0.1mm。所以把轮辋挂上去的时候很轻松就能对上去，不会有卡滞的感觉。间隙这么大，还要承受负载，那轮辋中心孔和轮毂中心环首先得发生接触对不对。大圆和小圆要发生接触，那两者就得有接近0.05mm的偏心量，且这个偏心方向还得随着车轮转动不断变化。这意味着轮辋和刹车盘的接触面在不断地微动滑移摩擦。那车子开一会儿，这接触面就该摩擦起热了。开久了这个接触面要么烧蚀，像摩擦焊接那样把轮辋和刹车盘焊在一起，要么接触面发生磨损，使螺栓预紧力丧失，螺栓松脱。想通这个逻辑，就能理解为什么有的厂家，把这个环做得很短，和轮辋只有短短数㎜的交盖长度，比方说某些本田的车型。因为本田用的轮毂轴承，大部分都是我老东家设计的。而有些主机厂，像宝马在F80/F82上直接就把这个中心环做成花瓣状来偷轻。就是因为这个环在固定完螺栓后就没啥作用了。要想降低簧下质量，从这里下手非常合理。所以这只轴承的设计我个人非常地欣赏。

再来说说轮毂轴承上的螺栓。关于螺栓本身的特性，在螺栓那期视频里已经讲了很多了。这次讲另一个话题，轮毂法兰上是像日本车那样镶嵌螺栓搭配螺母来固定轮辋好，还是像欧洲车那样打螺纹孔搭配螺栓好。直接说结论，日本车那种设计对用户和汽修工比较友好，但是对轴承设计师就不那么友好了。而欧洲车的螺纹孔设计则反之。法兰上带螺栓可以在拆装轮胎时挂住轮胎，即使不借助帮手，或者使用这种轮辋导销，也能一个人轻松作业。如果某根螺栓的螺纹坏了，还可以单独把螺栓顶出来换新的，不像打螺纹孔的轴承，螺纹滑丝就得把整个轴承都换掉。当然，前提是厂家设定了螺栓售后件。但恰恰是这个更换螺栓的需求，使得法兰后方必须给退螺栓留出净空间。螺栓越长，螺栓头部越大，需要留出的空间也就越大。这就限制了位于法兰后方的轴承外轮的直径。看过上一期视频的话，肯定能理解，如此一来，轴承内部的钢球直径和节圆直径就上不去了，轴承的负载能力也就被限制住了。这对很多油改电的车型来说，将会是一个考验。一方面，客户为了轮辋的通用性基本不会同意修改螺栓排布的节圆直径，而另一方面，因为加装了电池导致的车重增加又势必要求轴承负载容量的上升。偏偏像日本车又很喜欢使用100，108mm这种偏小的螺栓节径，可以说是设计师的噩梦。而使用螺纹孔的欧洲车的设计，就没有这方面的限制。只要使用的螺栓不是太长，从法兰背后伸出很多以至于和轴承外轮干涉，那么外轮的设计自由度就要大很多。而且我见过的很多欧洲车的轮毂轴承都使用120mm这样的大节圆直径，拓展负载容量的余地是真的比带螺栓的轴承要大很多。可能有些人会觉得我夸大其词，但事实就是设计成立与否有时候就只是两三毫米的差距。

除了限制负载容量的设计自由度，镶嵌螺栓还会影响法兰盘面的轴向端面跳动（Run-out）。关于这个轴向端面跳动，我在讲刹车抖动的那个视频里有过说明。我相信绝大部分人都不知道，实际上轮毂轴承的这个法兰面并不是理想平面，轨道面的热处理和镶嵌螺栓都会影响这个端面跳动偏差值。而这个偏差是会被刹车盘继承和放大的，最终影响是否发生蹭盘拖刹。因此，为了防止拖刹以及刹车时的抖动，主机厂对这个端面跳动的要求也是越来越高。以至于镶嵌螺栓后，法兰盘的端面跳动面临工程能力不足的问题，也就是有超差的风险。作为对策，供应商搞出了二次车削这种做法，也就是在整个轴承全部组装完毕后，再放到CNC上对法兰盘面进行一遍车削来降低端面跳动。这里多加了一道机加工序先不说，为了防止飞溅的切屑划伤密封圈这种脆弱的部件，还需要做一些遮蔽处理，导致二次车削会极大地增加轴承的成本，所以最终产品也会卖得很贵。做这种二次车削的轴承有个特点，就是在法兰面上，螺栓所在的圆周上有一个浅浅的凹槽。这就是为了做二次车削用的退刀槽。因为二次车削时，刀具是不能进入螺栓所在的这部分圆环区域的，不然法兰转动起来，螺栓就撞刀了。

如果屏幕前的你有机会看到自己的原车轴承，法兰上镶嵌着螺栓且带这种退刀槽，那么恭喜你，主机厂为这款车子提出了很高的法兰端面跳动的要求，并为此付出了相应地成本。不过也不是说所有这个部位有退刀槽的轴承都是为二次车削设计的。我看到淘宝上有些副厂件也有这种带退刀槽，但极有可能就只是一个模仿原厂件外形的设计，而并没有真正去做二次车削。有没有做二次车削在从动轮上可以很容易判断。因为从动轮的中心环内部会有两道突起。这是用来在二次车削时驱动法兰盘旋转的。驱动轮没有这个突起，因为驱动轮中心孔有花键，可以直接通过花键来转动法兰盘。

好了，这次想说的就这么多。是不是毫无用处的知识又增加了呢。下一个视频，我打算回到刹车卡钳，讲讲关于刹车的两个广泛流传的，基本上是谁听谁信的错误说法。有兴趣的小伙伴们可以期待一下。那么我们下回见。